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.
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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
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.
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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.
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
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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
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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.
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
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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
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Bild 2: testXpert ® II für bedienerfreundliches und flexibles Arbeiten
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)
• 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
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Der Flachstauchversuch (FCT)
• 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)
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Bild 4: FCT-Versuchsgrafik mit Auswertung des ersten Kraftmaximums und der Bestimmung der Probendicke
Der Biegeversuch
• 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.
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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.
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
• 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-
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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.
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
• 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
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LC: Kraftaufnehmer
R: resultierendes Biegemoment
rote Punkte: zusammengebrochene Ecken
Bild 3: Versagensfall beim BCT
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
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
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.
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Interne Informationen für Zwick-Mitarbeiter
Stand: 02/2009
Wichtige Ausstattungskomponenten:
DAI 01396
Zubehörteil
Probensäge
für ECT-Proben
Kreisschneider für
Flachstauchproben
Dickenmessgerät
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Artikelnummer UB
396999
US
359212
US
359214
US

Anwendungstechnische Information Prüfung von

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