Anwendungstechnische Information Prüfung von
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Anwendungstechnische Information Prüfung von Wellpappe 01 Beschreibung der Prüfaufgaben Prüfmethoden Normen Schrenz besteht aus unsortiertem Altpapier und wird vorwiegend für Deckenpapiere geringster Belastung verwendet. 02 Der Lösungsraum innerhalb der Zwick Roell Gruppe 03 Der Kundennutzen Halbzellstoff besteht aus Zellstoff, dem das Lignin nicht vollständig entzogen wurde. Halbzellstoff wird weitgehend für die Herstellung von Flutings verwendet. Stand: Februar 2009 Wellenstoff wird für Flutings verwendet und besteht überwiegend aus Altpapier. 01 Liner sind die ebenen Papiere einer Wellpappe (Außen- und Innendecke). Beschreibung der Prüfaufgaben Begriffsdefinition Je nach Verwendungszweck gibt es Wellpappe in verschiedensten Ausführungen. Fluting oder Welle ist die gewellte Zwischenlage einer Wellpappe. Man unterscheidet einwellige und mehrwellige Wellpappen. Innen- /Außendecke A-, B, ...Welle Diese Bezeichnungen definieren die Form der verwendeten Welle in Wellenhöhe und Wellenteilung. Fluting Aufbau einwellig Aufbau zweiwellig T Bild 1: Aufbau von Wellpappe H Unterschiede im Aufbau der Wellpappe: Anzahl der Lagen - bis zu 3 Flutings Wellenhöhe und Wellenteilung werden variiert. Wellpappe mit einer Wellenhöhe kleiner als ca. 2 mm wird als Mikrowellpappe bezeichnet. Unterschiede in den verwendeten Papieren: DAI 01396 Kraftliner besteht zu ca. 80 % aus Zellstoff und bietet höchste Festigkeit. Kraftliner bestehen in der Regel aus zwei Schichten. Daher haben die beiden Seiten eines Kraftliners unterschiedliche Oberflächeneigenschaften (Rauheit, Glanz, Farbe). Das Flächengewicht reicht von etwa 150 g/m² bis über 400 g/m². Testliner besteht überwiegend aus sortiertem Altpapier und hat ein Flächengewicht ab ca.125 g/m2. Zweilagige Testliner besitzen eine hochwertige, bedruckbare Außenschicht. Seite 1 von 13 Wellendefinition: T = Wellenteilung, H = Wellenhöhe Gebräuchliche Wellenarten: Wellenart O G N F E D B C A K Bezeichnung Teilung in mm Grafikwelle 1,3 Grafikwelle < 1,8 Grafikwelle 1,6 bis 1,8 Feinstwelle 1,9 bis 2,6 Mikrowelle 3,0 bis 3,5 Midiwelle 3,8 bis 4,8 Feinwelle 5,5 bis 6,5 Mittelwelle 6,8 bis 7,9 Grobwelle 8,0 bis 9,5 > 10,0 Maxiwelle Höhe in mm 0,3 < 0,55 0,4 bis 0,6 0,6 bis 0,9 1,0 bis 1,8 1,9 bis 2,1 2,2 bis 3,0 3,2 bis 3,9 4,0 bis 4,8 > 5,0 Anwendungstechnische Information Prüfung von Wellpappe Prüfarten Entsprechend ihrem Aufbau und ihrer Verwendung wird Wellpappe unterschiedlich geprüft: Prüfart Berstversuch Kantenstauchversuch (ECT) Flachstauchversuch (FCT) Biegeversuch Durchstoßversuch (PET, LPET) Schachtelstauchversuch (BCT) Kompressionsprüfung Stapelprüfung Dickenmessung Prüfling und Aussage der Prüfung Wellpappe Schnelltest bei mehrachsiger Belastung Wellpappe zur Abschätzung der Festigkeit einer Wellkiste Wellpappe Druckfestigkeit einer Wellenlage Wellpappe zur Abschätzung der Festigkeit einer Wellkiste Wellpappe Widerstand gegen eindringende Gegenstände (überlagerte Belastungsarten im Verlauf des Versuchs) Wellpappeschachtel leer, mit Innenverpackung oder komplett mit Versandgut; Bestimmung der Druckfestigkeit Packstück Bestimmung der Druck- und Zeitstandfestigkeit einer Schachtel mit Inhalt Wellpappe Maßhaltigkeit Der Berstversuch DAI 01396 Beim Berstversuch wird eine elastische Membran hydraulisch gegen das Zentrum einer ringförmig eingespannten Wellpappe gedrückt. Die Prüfung ist beendet, wenn die Pappe bricht (Bild 1). Gemessen wird der hydraulische Druck, der mit Silikonöl aufgebracht wird. Als Ergebnis wird der Maximaldruck ermittelt. Unter den physikalischen Bedingungen in der Prüfung steigt der Druck progressiv stark an, so dass nur eine entsprechend schnelle Datenerfassung den Maximaldruck genau erfasst. Seite 2 von 13 Anwendungsbereich leichte und mittlere Wellpappen Normen ISO 2759 TAPPI T 810 alle Wellpappearten ISO 3037 TAPPI T 811 einwellige Wellpappe ISO 3035 EN 23035 TAPPI T 825 ISO 5628 TAPPI T 836 DIN 53121 DIN 53142-1 (PET) DIN 53142-2 (LPET) Wellpappe vorwiegend für Schwergutoder Gefahrgutbehälter alle Wellpappearten Schachteln aus Voll- oder Wellpappe, mit oder ohne Innenverpackung bzw. Inhalt Versandfertige Packstücke alle Wellpappearten TAPPI T 804 ISO 12048 Anmerkung: Stapelprüfungen nach ISO 12048 benötigen keine Prüfmaschine ISO 3034 TAPPI T 411 Es werden 10 Tests jeweils an Ober- und Unterseite des Materials durchgeführt. Für die Höhe des Berstdrucks ist fast ausschließlich die Festigkeit der Linerpapiere maßgebend. In der Praxis bedeutet dies, dass beim Spannen der Wellpappe ein Zusammenbrechen der Welle ohne Bedeutung ist. Allerdings muss darauf geachtet werden, dass die Linerpapiere nicht vorgeschädigt werden. Anwendungstechnische Information Prüfung von Wellpappe Zu den herausragenden Eigenschaften des ZwickBerstprüfgerätes gehören: • • • • • • Einstellbare Datenrate Messmittelkontrolle mit testXpert® Rascher Membranwechsel Problemlose Kalibrierung Nicht korrosives Silikonöl als Hydraulikflüssigkeit Automatische Brucherkennung und automatische Entlastung nach Bruch Bild 2: Kantenstauchversuch Der Flachstauchversuch (FCT) Bild 1: Berstversuch Beim Flachstauchversuch wird eine Wellpappescheibe mit horizontaler Wellenorientierung bis zum Bruch druckbelastet. Ergebnis ist der FCT-Wert in kN/m². Die Probe hat eine Fläche von 100 oder alternativ 50 cm². Mit dem FCT wird die Welle einer Wellpappe in ihrer Festigkeit charakterisiert. Der FCT kann nicht an mehrwelligen Wellpappen durchgeführt werden. Grund dafür ist, dass die Mittellagen ausweichen können und das Ergebnis verfälschen würden. Der Kantenstauchversuch (ECT) Dieser Druckversuch wird an einem schmalen Wellpappestreifen mit senkrechter Wellenorientierung durchgeführt. Der Streifen wird bis zum Bruch belastet. Die ECT-Prüfung dient allein oder in Verbindung mit der Festigkeit der Wellpappen-Papiere zur Abschätzung der Stauchfestigkeit einer Wellpappe-Schachtel. Das Ergebnis ist der ECT-Wert in kN/m. An mehrwelligen Wellpappen wird daher am gewellten Fluting pro Wellenlage der CMT-Wert ermittelt. Im praktischen Versuch werden für den Flach- und Kantenstauchversuch die gleichen seitlich geführten Druckplatten verwendet. In der Prüfung wird die Probe zunächst durch VierkantStahlklötzchen abgestützt. Ab dem Erreichen einer Last von etwa 50 N werden die Klötzchen entfernt und die Probe bis zum Versagen belastet. DAI 01396 Bild 3: Flachstauchprobe Seite 3 von 13 Anwendungstechnische Information Prüfung von Wellpappe Der Biegeversuch Der Durchstoßversuch Wellpappe wird ausschließlich im 4-Punkt-Biegeverfahren geprüft. Das Versuchsergebnis ist die Steifigkeit, die auf die Probenbreite bezogen wird. Die Steifigkeit ist eine charakteristische Größe einer Wellpappe, mit deren Hilfe die Festigkeit einer Wellpappe-Schachtel vorabgeschätzt werden kann. Der Durchstoßversuch gibt Aussagen über das Festigkeitsverhalten einer Wellpappe bei mehrachsigen, überlagerten Beanspruchungen. In der Prüfung treten Zug-, Druck-, Scher- und Reibkräfte auf. Kraft 1 Kraft 2 Biegung Ein pyramidenförmiger Durchstoßkörper wird unter Federspannung zwischen zwei Halteplatten gespannt und von einer Pyramide durchstoßen. Dabei werden Kraft und Weg gemessen und die Energie bestimmt, die zum Durchstoßen der Pappe benötigt wird. Biegemoment Klemmlänge Probenlänge Bild 1: 4-Punkt-Biegeprüfung nach SCAN P 65 Bei dieser Prüfung gibt es zwei unterschiedliche Lasteinleitungen: Nach SCAN P 65 wird die Probe an den Enden vollflächig geklemmt, die Klemmbacken sind innen kugelig gelagert. Die Prüflast wird an den Enden der Klemmung eingeleitet. Bei dieser Art der Lasteinleitung wird das Biegemoment in einer Sprungfunktion ab dem Ausgang der Spannklemmen aufgebracht. Die ISO 5628 und die DIN 53121 orientieren sich am physikalischen Grundprinzip der 4-Punkt-Biegeprüfung: Die Probe ruht auf zwei Lagern, die Prüflast wird über die oberen Gegenlager eingeleitet. Charakteristisch ist, dass das Biegemoment zwischen den oberen und unteren Lagern kontinuierlich aufgebaut wird und im mittleren Probenteil, der Messstrecke, konstant bleibt. Vorteil bei der 4-Punkt-Biegeprüfung: Durch das konstante Biegemoment in der Messstrecke wird die Steifigkeit theoretisch unabhängig von den Lagerabständen bestimmt. Praktisch ergeben sich Grenzen nur durch die Inhomogenität der Wellpappe. Dieses Prinzip wird auch bei der Zwick-Biegeeinrichtung benutzt. Kraft DAI 01396 Biegemoment Biegung Probenlänge Bild 2: 4-Punkt-Biegeprüfung nach ISO 5628 und DIN 53121 Seite 4 von 13 Bild 3: Durchstoßversuch nach DIN 53142-2 Die DIN 53142-1 legt als Prüfgerät ein Pendelschlagwerk fest, die DIN 53142-2 schreibt einen linearen Weg des Durchstoßkörpers vor, wie er zum Beispiel bei einer Material-Prüfmaschine auftritt. Da die Randbedingungen für prozesssichere Messungen mit Pendelschlagwerken schwieriger einzuhalten sind (Größe des Messbereichs, Aufstellbedingungen, Datenverwaltung) und zudem bei Material-Prüfmaschinen eine kontinuierliche Versuchskurve aufgenommen wird, unterstützt Zwick die Messart nach DIN 53142-2. Anwendungstechnische Information Prüfung von Wellpappe Der Kompressions- und Stapelversuch (ISO 12048, TAPPI T 804) Während die TAPPI T 804 eine reine Kompressionsprüfung ist, in der primär die Stauchfestigkeit einer leeren Schachtel ermittelt wird, berücksichtigt die ISO 12048 auch die Belastungen einer Schachtel in der Verteilerkette (Umladen, Transportbelastungen, Lagern im Stapel). Dementsprechend ist die ISO 12048 auf fertige Packstücke mit Inhalt ausgelegt und sieht als Belastungsfälle die Zeitstandsprüfung und die Druckprüfung bei stetig steigender Last vor. Um die Belastungsbedingungen in der Verteilerkette besser simulieren zu können, erlaubt die ISO 12048 gleichberechtigt die Verwendung starrer Druckplatten und die Verwendung einer starren und einer kugelig gelagerten Druckplatte. Die TAPPI T 804 räumt demgegenüber den starren Druckplatten bei Referenzversuchen den Vorrang ein. Die Tabelle gibt einen groben Überblick über die wesentlichen Versuchsbedingungen beider Normen. Versuchsbedingungen Prüfling Die Dickenmessung Die Dicke der Wellpappe kann mit rein mechanischen Dickenmessgeräten oder mit automatisch arbeitenden Geräten ermittelt werden. Bei Dickenmessungen sind vor allem die Parallelität der Tastflächen, die Last beim Messen der Dicke und die Geschwindigkeit beim Aufsetzen des Messtasters einzuhalten. ISO 12048 Schachtel mit Innenverpackung und Inhalt 0,1 % für Plattenoberflächen bis 1 m2, sonst 1 mm Druckplatten-Verformung unter Last <1 mm bei 75% Nennkraft Max. seitliche Verschiebung unter Last Bewegliche Druckplatte, Montage starr oder kugelig gelagert Druckplatten-Parallelität ohne Last Versuchsgeschwindigkeit Kraftschwankung im Versuch Anzeigefehler der Kraft Anzeigefehler der Verformung Kraftaufbringung Versuchsergebnisse 10 mm/min 4 % akt. Kraft 2 % akt. Kraft 1 mm Kompressionsprüfung: zügig bis zum Versagen Staplerprüfung: zügig bis zur spezifizierten Kraft, dann Kraftkonstanthaltung bis zur spezifizierten Zeit bzw. bis zum Versagen Kompressionsprüfung: Maximalkraft, Verformung bei Maximalkraft Staplerprüfung: Zeit bis zum Versagen TAPPI T 804 Leere, verschlossene Schachtel oder Verpackung und Inhalt 0,5 mm über die Plattenfläche Plattenfläche > 1m2 0,33 % bezogen auf Plattenlänge 1,3 mm starr für Referenzversuche, kugelig ist erlaubt 13 mm/min 0,5 % akt. Kraft bzw. 22 N 0,64 mm zügig bis zum Versagen Maximalkraft, Verformung bei Maximalkraft DAI 01396 Tabelle: Gegenüberstellung der Versuchsbedingungen von Kompressions- und Stauchversuchen Seite 5 von 13 Anwendungstechnische Information Prüfung von Wellpappe 02 Der Lösungsraum innerhalb der Zwick/Roell Gruppe Der Berstversuch Vorteile der Zwick-Prüfwerkzeuge • Automatische Brucherkennung schont die Membran vor Überlast • Rationell, da problemlos in Material-Prüfmaschinen mit mehreren Prüfräumen einsetzbar • Hohe Datenerfassungsrate für exakte Maximalwertermittlung • Schnelle, einfache Überwachung des MembranZustands • Einfache Wartung, schneller Membranwechsel • Unkomplizierte Kalibrierung durch frontseitige Kalibrier-Steckverbindung für ein Manometer Das Berstprüfgerät arbeitet in Kombination mit einer Material-Prüfmaschine. Es besteht aus zwei Teilen: Der Hydraulikzylinder, der in der Prüfmaschine eingebaut wird, transportiert die Hydraulikflüssigkeit in die Prüfkammer und erzeugt den Prüfdruck. Das Grundgerät enthält die Prüfkammer, die Spanneinrichtung und den Druckaufnehmer. Es steht getrennt von der MaterialPrüfmaschine. Die Probe wird in ergonomischer Arbeitshöhe zum Prüfen eingelegt. Von der selben Arbeitshöhe aus werden auch die Prüfmaschine und der PC bedient. Je nach Stärke der Wellpappe muss eine Berstprobe mit angepasstem Druck im Berstgerät gespannt werden. Damit der Druck nicht bei jedem Chargenwechsel immer wieder neu eingestellt werden muss, können an einem Druckregler 5 individuelle Drücke voreingestellt und rasch angewählt werden. Das spart Zeit und liefert reproduzierbare Prüfbedingungen. DAI 01396 Messgrößen im Versuch sind der Hub des Arbeitskolbens und der Druck in der Prüfkammer des Berstprüfgerätes. Mit dem eingesetzten DMS-Drucksensor können sowohl Wellpappen-Rohpapiere als auch Wellpappe genau und reproduzierbar gemessen werden. In der Prüfung wird die Kolbenhub-Druck-Kurve dargestellt. Bereits visuell erhält man so eine Kontrolle, ob der Versuch unter gültigen Bedingungen abläuft. Der Druck in der Prüfkammer steigt in der Prüfung progressiv an. Daher ist eine hohe Datenerfassungsrate nötig, damit der Spitzenwert im Moment des Versagens der Probe exakt erfasst wird. Mit bis zu 500 Hz Erfassungsrate sichert Zwick diese messtechnische Aufgabe problemlos . Bild 1: zwicki mit 2 Prüfräumen. Oberer Prüfraum mit Berstzylinder. Unten mitte und rechts: Druckeinsteller und Berstgerät Seite 6 von 13 Bild 2: testXpert ® II für bedienerfreundliches und flexibles Arbeiten Anwendungstechnische Information Prüfung von Wellpappe Die Membran eines Berstprüfgerätes wird mechanisch hoch beansprucht. Sie ist entsprechend dem Verschleiß unterworfen und muss kontinuierlich überwacht werden, damit die Messbeständigkeit des Berstprüfgerätes gewährleistet wird. Dazu wird über die Memran ein metallisches U-Stück gestellt und soviel Hydraulikflüssigkeit in die Kammer gepumpt, bis die Memran den Querbalken des U-Stücks berührt (Bild 1). In diesem Zustand wird der Hydraulikdruck in der Kammer abgelesen und als Membran-Eigenspannung innerhalb festgelegter Toleranzen überwacht. Diese Prozedur hat jedoch einen Nachteil: In der Zeit zwischen der Berührung der Membran am U-Stück und dem Ablesen des Drucks relaxiert die Membran und der Druck in der Kammer fällt ab. Diese nicht reproduzierbaren Versuchsbedingungen führen zu unsicheren Aussagen über den Zustand der Membran. Bild 1: Anordnung zum Testen der Membran-Eigenspannung Ist das Testvolumen erreicht, speichert testXpert® II automatisch den dazugehörigen Druck. So kann ohne weitere Organisationsmaßnahmen auch ein zeitlicher Verlauf der Membranqualität nachverfolgt werden. Der Kantenstauchversuch (ECT) Vorteile der Zwick-Prüfwerkzeuge • Rationell, da problemlos in Material-Prüfmaschinen mit mehreren Prüfräumen einsetzbar • Sichere Erkennung des Bruchs • Druckplatten auch für andere Druckversuche nutzbar • Druckplatten-Einsatz bis Fmax 20 kN auch für andere Druckversuche (FCT, CMT, CCT, RCT) Das nötige Zubehör hierfür sind präzisionsgeführte Druckplatten, mit denen die Probe belastet wird (Bild 2 Seite 3). Sie können ab der zwicki Z2.5 in allen Material-Prüfmaschinen eingesetzt werden. Zur normgerechten Ermittlung der Kantenstauchwerte ist ein sauberer, rechtwinkliger und kantenparalleler Schnitt bei der Probenherstellung unabdingbar. Hierzu ist am besten eine Präzisions-Doppelblatt-Probensäge mit widiabestückten Sägeblättern geeignet. Sie bietet gefahrloses Arbeiten und hohe, konstante Probenqualität. Hier hilft testXpert® II weiter: In einem ersten Schritt wird einmalig das Testvolumen ermittelt, das für das Aufwölben der Membran bis zum Querträger des U-Stücks nötig ist. Zum Überprüfen der Membran wird nun ein Versuch ohne Probe bis zum Erreichen des Testvolumens durchgeführt. DAI 01396 Bild 3: Automatische ECT-Probensäge Bild 2: Überwachung der Membranspannung mit testXpert ® II Seite 7 von 13 Anwendungstechnische Information Prüfung von Wellpappe Der Flachstauchversuch (FCT) Vorteile der Zwick-Prüfwerkzeuge • Rationell, da problemlos in Material-Prüfmaschinen mit mehreren Prüfräumen einsetzbar • Ermittlung des ersten und des höchsten Kraftmaximums im Versuch • Druckplatten-Einsatz bis Fmax 20 kN auch für andere Druckversuche (FCT, CMT, CCT, RCT) • Steife Druckplatten für Mikrowellpappe erhältlich • Dickenmessung im Versuch möglich Für den Flachstauchversuch werden die gleichen präzisionsgeführten Druckplatten mit hervorragender Seitensteifigkeit eingesetzt wie beim Kantenstauchversuch. Hiermit gehören Wellenkipper, wie im Bild unten skizziert, der Vergangenheit an. Mit kleiner werdender Wellenhöhe werden die FCT-Werte höher. Bild 3: Geführte Druckplatten für Mikrowellpappe (links) und für Standard-Wellpappe (rechts) Als Prüfmaschine bietet sich für Qualitäten bis 500 kPa die zwicki an. Darüberhinaus kommen zweisäulige Material-Prüfmaschinen in Frage, die dann auch für den Schachtelstauchversuch ausgerüstet werden können. Bedingt durch Fertigungstoleranzen, können einzelne Wellen oder Wellengruppen früher oder später versagen. In der Versuchskurve äußert sich das durch das Auftreten mehrerer Maximalwerte. testXpert® II als Prüfsoftware erkennt mehrfach auftretende Maxima und wertet sie entsprechend aus. testXpert® II bietet eine weitere nützliche Eigenschaft: Wird im Versuch eine Vorkraft benutzt, welche gleich groß ist wie die Messkraft bei der Dickenmessung, kann in einem Arbeitsgang neben dem FCT-Wert auch die Wellpappendicke gemessen werden. Bild 1: Geführte Druckplatten für den FCT-Versuch Daher ist bei der Bestimmung des FCT an Mikrowellpappe besonders auf die Seitensteifigkeit der Prüfeinrichtung zu achten. Für diese Fälle bietet Zwick extrem steife Druckplatten, die für Vertikalkräfte bis 250 kN ausgelegt sind. DAI 01396 Bild 2: Welle vor FCT (links), ok nach FCT(mitte), ungültig nach FCT (rechts) Seite 8 von 13 Bild 4: FCT-Versuchsgrafik mit Auswertung des ersten Kraftmaximums und der Bestimmung der Probendicke Anwendungstechnische Information Prüfung von Wellpappe Der Biegeversuch Vorteile der Zwick-Prüfwerkzeuge • Rationell, da problemlos in Material-Prüfmaschinen mit mehreren Prüfräumen einsetzbar • Anwendbar von E-Welle bis zu Schwerwellpappe • Zügige Messung der Biegesteifigkeit ohne Wartezeiten • Automatische Lastbegrenzung ohne zeitraubendes manuelles Auswählen von Prüfgewichten • Überwachung des Versuchsendes durch Begrenzung der aktuellen Randfaserdehnung verhindert Fehlmessungen • Die Biegeeinrichtung ist tolerant gegenüber Schnittkanten an den Probenrändern, sowie twist und warp in den Proben • Die Probe wird nicht durch Klemmung vorbelastet und wird ab ihren natürlichen Eigenschaften gemessen • Auflösung der Durchbiegungsmessung im Submikrometerbereich Die Biegeeinrichtung von Zwick ist optimal für Wellpappe ausgelegt. Bedingt durch die Materialeigenschaften des Werkstoffs Wellpappe müssen eine Reihe von Randbedingungen eingehalten werden: Fertigungsbedingt kann Wellpappe in Wellenrichtung und quer dazu Materialspannungen enthalten, die die Wellpappe bereits im Rohzustand verformen (warp und twist). Diese Verformungen müssen von der Biegeeinrichtung weitgehend akzeptiert werden, ohne die Messergebnisse zu beeinflussen. Dies ist durch entsprechende schwenkund kippbare Auflager optimal gelöst. Auch hier hat Zwick durch entsprechende Aussparungen an den Auflagern dafür gesorgt, dass diese Einflüsse im Versuch erst gar nicht auftreten.Wellpappe ist leider kein Festkörper, der trotz linienförmiger Einleitung von Biegekräften partiell so gut wie nicht nachgibt. Daher müssen Biegeauflager für Wellpappe so beschaffen sein, dass partielle Druckverformungen ausgeschlossen sind. Auch diese Forderungen erfüllt diese Biegeeinrichtung ideal. Bild 2: Partielle Verformungen bei der Einleitung von Linienlasten Die Zwick-Biegeeinrichtung wird einfach in eine zwicki oder in eine 2-Säulen-Prüfmaschine eingebaut. Zum Versuch legt man die Probe einfach auf die unteren Auflager und startet die Material-Prüfmaschine. Versuchsstart und -ende sowie die Versuchsergebnisse ermittelt die Material-Prüfmaschine automatisch. DAI 01396 Bild 1: Warp und twist bei Wellpappe Bei der Probenherstellung mit einer ziehenden Klinge wird die Probe an ihren Rändern häufig aufgeworfen. An diesem Schneidgrat treten im Versuch hohe Spannungen auf. Sie belasten die Probe partiell im Druckmodus, was die Biegesteifigkeitsmessung in Richtung höhere Werte verfälschen kann. Seite 9 von 13 Bild 3: 4-Punkt-Biegeeinrichtung im Versuch In der Versuchsgrafik werden die Messkurve und die Resultate standardmäßig dargestellt, so dass man bereits am Kurvenverlauf auf die Qualität einer Probe Rückschlüsse ziehen kann. Anwendungstechnische Information Prüfung von Wellpappe Bild 2: LPET-Durchstoßprüfung Bild 1: 4-Punkt-Biegeprüfungen mit testXpert® II Eine besonders benutzerfreundliche Eigenschaft ist, dass die Prüfvorschrift auch den E-Modul von Festkörpern berechnet. Zur Überprüfung des gesamten Geräts kann demzufolge ein Flachstahl mit bekanntem E-Modul benutzt werden. So kann jederzeit die messtechnische Sicherheit nachvollzogen werden. Der Durchstoßversuch Vorteile der Zwick-Ausrüstung Prüfmaschine wird die Kraft-Weg-Kurve zwischen vordefinierten Grenzen integriert. Die Untergrenze ist dabei die Kraft von 0,5 N; Obergrenze ist der Weg der Durchstoßpyramide von 25 mm zuzüglich der Probendicke. Damit ein Prüfer die Probendicke nicht bei jeder Probe individuell messen muss, bestimmt testXpert®II im Messzyklus die Probendicke automatisch. Ein Prüfer legt also nur noch die Probe zwischen die Spannplatten und startet die Material-Prüfmaschine - alles Andere erledigt testXpert® II. DAI 01396 • Rationell, da problemlos in Material-Prüfmaschinen mit mehreren Prüfräumen einsetzbar • Einfach zu handhaben ohne Gewichtswechsel • Geringe Streuungen • Korreliert gut mit Pendelschlagwerken • Dickenmessung im Versuch möglich Durchstoßversuche werden nach DIN 53142-1 (PET) mit Pendelschlagwerken oder nach DIN 53142-2 (LPET) mit Material-Prüfmaschinen durchgefühft. Die ZwickEinrichtung für den LPET-Durchstoßversuch wurde mit dem Ziel entwickelt, besser reproduzierbare Versuchsergebnisse zu erhalten und den Versuch bedienerfreundlicher zu gestalten. Die Versuchseinrichtung lässt sich in jede Material-Prüfmaschine mit 600 mm/min Prüfgeschwindigkeit einsetzen. Das Arbeiten mit Material-Prüfmaschinen bietet einen weiteren Vorteil: Prüfmaschinen werden vielfach eingesetzt und sind heute ein Standardprodukt, das auch in wesentlich größeren Stückzahlen als Pendelschlagwerke hergestellt wird. Zur Ermittlung der Durchstoßarbeit mit einer Material- Seite 10 von 13 Bild 3: Durchstoßprüfung, Versuchsgrafik Bei neuen Versuchsarten stellt sich immer die Frage, wie gut sie mit hergebrachten Tests korrelieren. Beim Durchstoßversuch ist also die Korrelation zwischen LPET-Versuchen nach DIN 53142-2 und PET-Versuchen mit Pendelschlagwerken von Interesse. Anwendungstechnische Information Prüfung von Wellpappe Hierzu wurden umfangreiche Tests im Verbund mit dem deutschen Verband der Wellpappenindustrie durchgeführt. Das Ergebnis war, dass beide Versuchsarten mit einer Unsicherheit von 8,5% (Standardabweichung) miteinander vergleichbar sind. Schwingungsrichtung des Pendels angeordnet ist. Dieser Effekt tritt bei der LPET-Prüfung mit der MaterialPrüfmaschine nicht auf. Hier tritt eine mehrachsige Bewegung nicht auf. Daher bleibt die Last auch bei wechselnder Probendicke immer ideal einachsig. Die Umrechnungsformel ist: PET* = -0,011*LPET² + 1,4904 * LPET * 0,2805 J Der Schachtelstauchversuch Vorteile der Zwick-Prüfwerkzeuge • Kostengünstig mit Einzweckmaschinen oder flexibel mit Material-Prüfmaschinen durchführbar • Beim Einsatz in Material-Prüfmaschinen: In Kombination mit anderen Versuchen kein Umrüsten erforderlich • Der Einsatz von testXpert® II erlaubt Kompressionsund Stapelprüfung • Hohe Konstanz der Prüflast durch digitale Regelung • Zuverlässige, schnelle Ergebnisse mit Versuchsgrafik Bild 1: Umrechnung von LPET auf PET* Differenz: Welle in Schlagrichtung zu Welle quer zur Schlagrichtung Hierbei ist PET* der umgerechnete Vergleichswert für einen fiktiven Versuch mit dem Pendelschlagwerk. Im Zug der Vergleichbarkeit konnte ein Isotropie-Effekt geklärt werden, der nur mit Pendelschlagwerken gemessen wird: Prüft man eine Probe mit Wellenlage parallel zur Schwingungsebene des Pendels, erhält man häufig höhere PET-Werte als mit Wellenlage quer zur Schwingungsebene des Pendels. Schachtelstauchversuche geben Auskunft über das rein statische Verhalten oder über das Zeitstandsverhalten einer Schachtel. Da die mechanischen Bedingungen für beide Versuchsarten sehr ähnlich sind, können für beide Versuchstypen gleiche Lastrahmen und Druckplatten benutzt werden. Obwohl Versuche an Schachteln leicht durchschaubar scheinen, haben es die Belastungen auf die Kraftmesseinrichtung in sich. Im Versagensfall (Bild 3) kann die gesamte anstehende Last außerhalb des zentralen Lasteinleitungspunkts auf den Kraftaufnehmer wirken. Konsequenz ist, dass jetzt ein Biegemoment auftritt, das im Abstand vom Druckplattenzentrum zur Außenkante wirkt. Dieses Biegemoment muss vom Kraftaufnehmer aufgenommen werden, ohne dass er beschädigt wird. PET-Energie in J DAI 01396 Bild 2: Anisotropie bei PET-Prüfungen Grund für diesen Effekt ist, dass ein Pendel eine kreisförmige Bewegung macht: Die Horizontalkomponente dieser Bewegung verursacht höhere Kräfte, wenn die Probe mit Wellenlage parallel zur Seite 11 von 13 LC: Kraftaufnehmer R: resultierendes Biegemoment rote Punkte: zusammengebrochene Ecken Bild 3: Versagensfall beim BCT Anwendungstechnische Information Prüfung von Wellpappe Worst case Biegemoment bei Bruch in Nm Das folgende Diagramm soll helfen, den richtigen Kraftaufnehmer für den BCT auszuwählen. Aufgetragen ist das Biegemoment, das an einer Schachtel auftritt, über der größten Stellflächenabmessung (Länge oder Breite). Die farblich hinterlegten Felder geben an, welcher Kraftaufnehmer bei gegebenen Schachtel-Nennlasten eingesetzt werden muss. Wird die Prüflast nicht über die ganze Druckplattenfläche aufgebracht, muss die zulässige Grenzbelastung des Kraftaufnehmers im Einzelfall berechnet werden. Prüfung nach TAPPI T 804 Prüfung nach TAPPI T 804 werden mit leeren, verschlossenen Schachteln durchgeführt. Beim Verschließen muss sorgfältig auf die Lage der Boden- und Deckelklappen geachtet werden, damit die Klappen die eingeleiteten Kräfte nicht in unzulässiger Weise abfangen. Die TAPPI T 804 erlaubt entweder feststehende Druckplatten oder eine feste und eine kardanisch aufgehängte Platte. Für Schiedsfälle werden immer feste Druckplatten benutzt. Im Versuchsablauf wird zunächst eine Vorlast aufgebracht, die vom Schachteltyp abhängt: Art der Schachtel einwellig zweiwellig dreiwellig größte Seitenlänge einer Schachtel in m Vorlast 223 N 446 N 2230 N Anschließend wird zügig bis zum Versagen der Schachtel belastet, wobei Kraft und Verformung aufgezeichnet werden. Ergebnisse sind: • Maximalkraft • Verformung bei Maximalkraft Bild 1: Kraftaufnehmer-Auswahlhilfe für den BCT Prüfung nach ISO 12048 - Kompressionsprüfung Das folgende Bild zeigt sehr deutlich, wie beim Kompressionsversuch das Kräfteverhalten ist. Ab der Maximalkraft von > 2000 N bricht die Kraft stufenweise bis auf eine Restkraft von unter 1000 N zusammen. Dieser Versuch mit Messung der Verformung beginnt ab einer Vorlast, die von der Nennlast der Schachtel abhängt (Bild 2). Beginn der Messung bei Vorlast in N Anschließend sind zwei Abläufe denkbar: Im ersten Fall wird die Last kontinuierlich bis zur Nennlast erhöht. Wird die Nennlast nicht erreicht, ist die maximal erreichte Last zu registrieren. Bild 2: Kraftverhalten bei der Kompressionsprüfung Kompressionlast der Schachtel in N DAI 01396 Bild 3: Vorkraft bei der Kompressionsprüfung Seite 12 von 13 Anwendungstechnische Information Prüfung von Wellpappe Im zweiten Fall wird die Nennlast über eine festgelegte Zeit konstant gehalten. Tritt innerhalb dieser Zeit der Versagensfall ein, ist der Versuch mit dem Versagen der Schachtel beendet und die Zeit unter Belastung ist festzuhalten. Dickenmessung Vorteile der Zwick-Prüfwerkzeuge Als intelligente Prüfsoftware steuert testXpert® II sowohl den Startpunkt des Versuchs ab der nötigen Vorlast und registriert auch beide Fälle - sowohl die Einhaltung der Prüfzeit unter Last, als auch die Belastungszeit, sofern der Versuch vor der Belastungszeit beendet wurde. Dickenmessung an Papier und an Wellpappe erfordert Präzisionsmessgeräte. Zur Dickenmessung an Wellpappe bietet Zwick ein Gerät, mit hydraulisch gedämpfter Gewichtsabsenkung und einen digitalen Messtaster, der an einen PC angeschlossen werden kann. Die direkte Kommunikation mit testXpert® II verhindert Fehleingaben und beschleunigt die Messung gegenüber manuellen Aufzeichnungen. Prüfung nach ISO 12048 - Stapelprüfung • Präzisionsmessgerät mit digitalem Messtaster • Datenanbindung über PC mit testXpert® II Dieser Versuch beginnt, sofern die Deformation erfasst wird, ab der gleichen Vorlast wie im Kompressionsversuch. Er läuft dann ab, wie im Fall zwei der Kompressionsprüfung. DAI 01396 Für alle Versuche stehen Druckplatten zur Verfügung, die wahlweise parallel ausgerichtet und in dieser Lage fixiert werden können. So ist auch die Lasteinleitung auf Ecken oder Kanten normgerecht möglich. Diese anwendungstechnische Information wurde von uns nach bestem technischen Wissen und sorgfältig erstellt. Trotzdem kann es sein, dass Versuchsergebnisse aus werkstoff- oder anwendungsspezifischen Gründen mit geänderten Methoden ermittelt werden müssen. In diesem Sinne sind unsere Anwendungstechnischen Informationen Richtlinien zur Versuchsdurchführung. Seite 13 von 13 Anwendungstechnische Information Prüfung von Wellpappe Interne Informationen für Zwick-Mitarbeiter Stand: 02/2009 Wichtige Ausstattungskomponenten: DAI 01396 Zubehörteil Probensäge für ECT-Proben Kreisschneider für Flachstauchproben Dickenmessgerät Seite 14 von 13 Artikelnummer UB 396999 US 359212 US 359214 US