Austrocknungszeit

Die Austrocknungszeit spielt eine entscheidende Rolle in der Welt der Wellpappe und Verpackungstechnik. Unternehmen, die auf Papierverpackungen setzen, kommen um diese wichtige Kenngröße kaum herum. Sie beeinflusst die Qualität der Verpackungen und trägt zur Optimierung des Herstellungsprozesses bei.

Unter Praxisbedingungen wirkt sich die Dauer bis zur ausgeglichenen Materialfeuchte direkt auf Dimensionsstabilität, Planlage, Verklebung der Wellenbahn (Stärkeleim-Aushärtung), Druckbild, Rill- und Faltverhalten sowie auf Festigkeitswerte wie Kanten- und Stapelstauchwiderstand aus. Eine angemessene Austrocknung reduziert Verzug, minimiert Reklamationen in der Weiterverarbeitung und stabilisiert Durchlaufzeiten in der Produktion.

In der Fertigungspraxis zeigt sich der Einfluss der Austrocknungszeit an typischen Erscheinungsbildern: verzogene Zuschnitte bei unausgeglichenen Feuchteprofilen, Delaminationen durch nicht ausgehärtete Klebstoffe, schwankende Rillergebnisse sowie instabile Kanten. Eine systematische Steuerung der Austrocknungszeit schafft ein reproduzierbares Prozessfenster und erhöht die Prozesssicherheit von der Rohbahn bis zum fertigen Zuschnitt.

Definition: Was versteht man unter Austrocknungszeit?

Die Austrocknungszeit ist die Zeitspanne, die benötigt wird, bis das Feuchtigkeitsniveau einer Wellpappe nach dem Produktionsprozess wieder ein angestrebtes, prozessstabiles Niveau erreicht. Dies ist bedeutsam, da während der Produktion von Wellpappe Wasser hinzugefügt wird, um Fasern flexibel zu machen und Bindemittel wirken zu lassen. Nun muss das Wasser wieder entfernt werden, um die gewünschte Stabilität und Beständigkeit der Verpackung zu erreichen.

Im engeren Sinne beschreibt die Austrocknungszeit den Zeitraum bis zum Erreichen eines Feuchtegleichgewichts mit der Umgebung (Gleichgewichtsfeuchte, engl. Equilibrium Moisture Content, EMC). In gemäßigten Klimazonen werden nach der Fertigung häufig Zielbereiche von etwa 6–9 Prozent Materialfeuchte angestrebt, abhängig von Papiersorte, Flutentyp (Wellentyp) und Umgebungsbedingungen. Je höher die aufgebrachte Wassermenge (z. B. durch Leim oder Dampf), desto länger die notwendige Phase zum Abtrocknen und Aushärten.

Praktisch umfasst die Austrocknungszeit sowohl das Abführen prozessbedingter Feuchte (aus Leim, Dampf, Vorwärmern) als auch das nachgelagerte Akklimatisieren an das Lager- und Verarbeitungsklima. Relevante Kenngrößen sind Restfeuchte, Feuchtegradient über den Querschnitt, Temperatur der Bahn und die zeitliche Entwicklung bis zur Masse- und Eigenschaftskonstanz.

Abgrenzung zu verwandten Begriffen

Trocknungszeit betrifft das Abführen von Wasser; Aushärtezeit fokussiert auf das Erreichen der finalen Klebstofffestigkeit; Abkühlzeit beschreibt die Entwärmung nach dem Heizen im Prozess. In der Wellpappenherstellung gehen diese Phasen oft ineinander über, sollten jedoch messtechnisch getrennt bewertet werden.

Ergänzend wird häufig die Akklimatisierungszeit betrachtet: Sie beschreibt den klimatischen Angleich von Wellpappe an die Zielumgebung (Temperatur/Luftfeuchte) vor Druck, Rillen, Stanzen oder Kaschieren. Akklimatisierung ist von der Trocknung abzugrenzen, wirkt jedoch direkt auf Planlage, Maßhaltigkeit und Festigkeiten.

Wichtige Faktoren, die die Austrocknungszeit beeinflussen

Es gibt mehrere Faktoren, die die Austrocknungszeit beeinflussen. Darunter fallen zum Beispiel die Anfangsfeuchtigkeit der Wellpappe, die Umgebungsbedingungen, insbesondere Temperatur und Luftfeuchtigkeit, sowie die Eigenschaften der verwendeten Papiersorten. Zudem hat auch die Art und Weise, wie die Wellpappe gelagert wird, einen Einfluss auf die Austrocknungszeit.

• Papiergrammatur und Aufbau: Höhere Flächengewichte, mehrlagige Qualitäten (z. B. Doppel- oder Tripelwelle) und geschlossene Decken erfordern längere Austrocknung als leichte, einwellige Qualitäten.
• Klebstoffsystem und Auftrag: Stärkeleimrezeptur, Trockensubstanz, Auftragsmenge, Leimspalt und Temperatur bestimmen, wie schnell Feuchte entweicht und die Klebung tragfähig wird.
• Maschineneinstellungen: Vorschub- und Welleneinstellung, Vorwärmer-/Trockner-Temperaturen, Dampfzugabe und Produktionsgeschwindigkeit beeinflussen die Restfeuchte nach dem Durchlauf.
• Stapelhöhe und -dichte: Hohe, kompakte Stapel behindern Konvektion. Geringere Stapelhöhen, Abstandshölzer oder durchlüftete Palettierung beschleunigen die Austrocknung.
• Belüftung und Luftwechsel: Luftstrom, Abführung feuchter Luft und gleichmäßige Zirkulation verkürzen die Zeit bis zum Feuchtegleichgewicht.
• Umgebungs- und Jahresklima: Temperatur- und Luftfeuchte-Schwankungen (Sommer/Winter) verändern die Gleichgewichtsfeuchte und die Geschwindigkeit des Feuchtetransports.
• Nachgelagerte Prozesse: Druck, Lackierung oder Kaschierung fügen Feuchte zu oder sperren sie ein und verändern so die notwendige Austrocknungszeit.
• Rohpapierzustand: Anlieferfeuchte, Lagerdauer und Vorkonditionierung der Papiere beeinflussen die Ausgangswerte direkt am Corrugator.
• Format und Zuschnitt: Großformatige Zuschnitte und geschlossene Flächen trocknen langsamer als kleinere, perforierte oder stark gerillte Zuschnitte mit höherer Randaustauschfläche.
• Beschichtungen und Barrieren: Dispersionsbeschichtungen, Kaschierfolien oder Sperrschichten reduzieren Diffusion und verlängern die Zeit bis zur Feuchteangleichung.

Praxisbeispiele und typische Fehlerbilder

Einwellige E- oder B-Welle reagiert rascher auf Klimaschwankungen und trocknet typischerweise schneller als BC- oder AC-Wellen. Ungleichmäßige Feuchteverteilung erzeugt Längs- oder Querkrümmung, Wellenbruch bei zu trockenen Kanten oder Klebstoffversagen bei zu feuchten Verbünden. Frühzeitiges Stanzen vor Erreichen der Ziel-Restfeuchte führt häufig zu nachträglichem Verzug im fertigen Zuschnitt.

Empfehlungen zur Lagerklimatik

Für die Zwischenlagerung haben sich stabile Klimabereiche bewährt, etwa 20–23 °C und 50–55 % r. F., mit ausreichendem Luftaustausch. Das reduziert Verzug und unterstützt die Vereinheitlichung der Materialfeuchte über den Querschnitt. Eine Übersicht zu aktuell ab Lager verfügbaren Verpackungen kann bei der Bedarfsplanung und der Abstimmung von Zwischenlagerzeiten unterstützen.

Empfehlenswert sind definierte Klimazonen, kontinuierliche Klimamessung (Datenlogger), klare FIFO-Strategien und die Vermeidung extremer Temperaturgradienten (z. B. keine Palettierung an Toren, Heizkörpern oder Außenwänden). Saisonale Anpassungen der Klimaführung (Entfeuchtung im Sommer, Befeuchtung im Winter) stabilisieren das Feuchtegleichgewicht und verkürzen die Akklimatisierungsphasen.

Messung und Kontrolle der Austrocknungszeit

Die Austrocknungszeit lässt sich durch verschiedene Methoden messen und kontrollieren. Eine Möglichkeit ist die Durchführung von Feuchtigkeitsmessungen. Dabei kann sowohl die Oberflächenfeuchtigkeit als auch die Feuchtigkeit im Kern des Materials gemessen werden. Darüber hinaus kann die Trocknung auch visuell überwacht werden. Kontrolliert werden sollte regelmäßig, da zu feuchte Wellpappe ihre Stabilität verliert und zu trockene Wellpappe brüchig werden kann.

In der Praxis kommen folgende Verfahren zum Einsatz:

• Gravimetrische Bestimmung (Ofentrocknung): Proben werden bei konstanter Temperatur getrocknet, bis Massekonstanz erreicht ist. Diese Referenzmethode ist exakt, benötigt jedoch Zeit.
• Elektrische Feuchtemessgeräte: Kapazitive oder dielektrische Sensoren erlauben schnelle, zerstörungsarme Stichproben an Decken- und Wellenbahnen.
• Infrarot-/Mikrowellen-Sensorik inline: Kontinuierliche Überwachung an der Maschine zur sofortigen Regelung von Temperatur- und Dampfzonen.
• Gewichts- und Planlagen-Tracking: Regelmäßige Wägung definierter Stapel sowie Planlagekontrollen zeigen Tendenzen und Über- oder Untertrocknung.
• Klimakammer-Konditionierung: Standardisierte Vorkonditionierung der Proben vor Prüfungen reduziert Streuung und ermöglicht vergleichbare Ergebnisse über Schichten und Zeit.
• Thermografie/Oberflächentemperatur: In Verbindung mit Feuchtemessung liefert sie Hinweise auf Restfeuchteverteilungen und Abkühlverhalten nach der Produktion.

Wichtig sind repräsentative Probenahme (Innen-/Außenlagen, Rand/Mitte), definierte Messpunkte und die regelmäßige Kalibrierung der Messgeräte. Die Kombination aus Referenz- und Schnellverfahren schafft Verlässlichkeit bei vertretbarem Aufwand.

Prozesskontrolle und Dokumentation

Ein Prüfplan mit definierten Entnahmezeitpunkten (z. B. direkt nach dem Corrugator, nach 2, 6, 12 und 24 Stunden) und Grenzwerten schafft Transparenz. Ergänzend unterstützen statistische Prozessregelung, Klimadaten-Logging und Rückverfolgbarkeit (Charge, Lauf, Rezeptur) die Ursachenanalyse bei Abweichungen.

• Messstellenplan: Festlegung von Messorten entlang der Prozesskette, inklusive Wareneingang, Fertigung und Zwischenlager.
• Regelkarten und Alarmgrenzen: Visualisierung von Trends, automatische Hinweise bei Grenzwertverletzungen, definierte Reaktionspläne.
• Ereignisprotokolle: Dokumentation von Maschinenstopps, Rezepturwechseln und Klimasprüngen zur Korrelation mit Qualitätsdaten.

Vor- und Nachteile der Austrocknungszeit

Die Austrocknungszeit bringt sowohl Vorteile als auch Nachteile mit sich. Ein Vorteil ist, dass durch die korrekte Austrocknungszeit eine optimale Stabilität und Haltbarkeit der Verpackungsprodukte gewährleistet werden kann. Zudem lässt sich der Produktionsprozess durch die Kontrolle der Austrocknungszeit optimieren. Ein Nachteil ist jedoch, dass die Austrocknungszeit den Produktionsprozess verlängert und damit auch die Produktionskosten erhöhen kann.

• Vorteile: Reduzierung von Verzug, verbesserte Verklebung, konsistente Rill- und Faltqualität, reproduzierbare Festigkeiten und geringere Ausschussraten in der Weiterverarbeitung.
• Nachteile: Längere Durchlauf- und Wartezeiten, Flächen- und Lagerbedarf, Energieaufwand für Klimatisierung und ggf. kontrollierte Trocknung.

• Weitere Praxisaspekte: Stabilere Planlage reduziert Makulatur in Druck und Weiterverarbeitung; klare Ruhezeiten erleichtern die Feinplanung von Aufträgen.
• Ressourceneinsatz: Optimierte Austrocknung senkt Reklamationskosten, erfordert jedoch konsequentes Klimamanagement und Schulungen.

Risiken bei Unter- und Übertrocknung

• Zu feucht: Erhöhtes Verformungsrisiko, Delamination, geringere Tragfähigkeit, empfindliches Druckbild, Anfälligkeit für Mikroorganismen bei längerer Lagerung.
• Zu trocken: Spröde Kanten, Rissbildung an Rillungen, Faserbruch, Staubentwicklung und potenziell reduzierte Stoß- und Kantenfestigkeit.
• Feuchtegradienten: Unterschiedliche Feuchte in Decklagen und Welle erzeugt bleibende Biegemomente und führt zu Schüsseln der Zuschnitte.
• Sperreffekte: Beschichtungen oder Kaschierungen können Feuchte einschließen, was zu späterem Nachverzug im Karton führt.

Trocknungsstrategien und Praxisempfehlungen

• Materialgerecht produzieren: Temperaturzonen, Dampf und Geschwindigkeit auf Papierqualitäten und Flutentypen abstimmen.
• Stapelmanagement: Stapelhöhen begrenzen, Zwischenlagen/Abstandshalter verwenden, Luftwege freihalten und Paletten nicht an kalten Außenwänden platzieren.
• Ruhezeiten einplanen: Vor dem Stanzen, Rillen oder Kaschieren ausreichende Akklimatisierungsphasen vorsehen; bei schweren Qualitäten längere Intervalle berücksichtigen.
• Klimaführung: Produktions- und Lagerbereiche mit stabiler Temperatur und relativer Luftfeuchte betreiben; jahreszeitlich anpassen.
• Qualitätsfenster definieren: Grenz- und Zielwerte für Restfeuchte und Planlage festlegen, regelmäßig prüfen und dokumentieren.
• Vorkonditionierung: Rohpapiere vor dem Einsatz an das Hallenklima anpassen, um Feuchtesprünge am Corrugator zu vermeiden.
• Abluft und Entfeuchtung: Feuchte Luft gezielt abführen, bei Bedarf Entfeuchter einsetzen, um die Trocknungsdauer zu stabilisieren.
• Terminketten steuern: Kritische Weiterverarbeitungsschritte so terminieren, dass definierte Ruhe- und Akklimatisierungszeiten eingehalten werden.

Checkliste für die Umsetzung

• Ziel-Restfeuchte je Materialaufbau festlegen und kommunizieren.
• Messroutine mit Referenz- und Schnellverfahren etablieren.
• Stapelhöhen, Palettierung und Luftwege standardisieren.
• Klimadaten kontinuierlich erfassen und bewerten.
• Reaktionsplan bei Grenzwertüberschreitung definieren.

Typische Praxiswerte und Einfluss auf Prüfgrößen

Je nach Grammatur und Aufbau liegen Ruhe- bzw. Austrocknungszeiten häufig im Bereich einiger Stunden bis hin zu einem Arbeitstag, bevor kritische Weiterverarbeitungsschritte erfolgen. Die konkreten Werte sind anlagenspezifisch zu ermitteln. Ein stabiler Feuchtehaushalt wirkt sich positiv auf Kantenstauchwiderstand (ECT), Stapelstauchwiderstand (BCT) und Flachstauchwiderstand (FCT) aus, während Schwankungen die Streuung dieser Prüfwerte erhöhen können.

Als grobe Orientierung trocknen leichte E- oder B-Wellen unter konstantem Klima häufig innerhalb weniger Stunden stabil aus, während mehrlagige BC- oder AC-Wellen signifikant längere Akklimatisierungsphasen benötigen. Höhere Umgebungsfeuchte oder dichte Stapelungen verlängern die Zeiten, aktive Luftführung und reduzierte Stapelhöhen verkürzen sie. Prüfungen sollten erst nach Erreichen der Ziel-Restfeuchte durchgeführt werden, um belastbare ECT-, BCT- und FCT-Werte zu erhalten.

Einfluss auf Prüfgrößen im Detail

• ECT: Sensibel gegenüber Feuchteanstieg; zu hohe Restfeuchte reduziert die Kantenstauchwerte und erhöht die Streuung.
• BCT: Abhängig von ECT, Planlage und Klebstofffestigkeit; nicht ausgeglichene Feuchte führt zu instabilem Stapelverhalten.
• FCT: Lokale Feuchtegradienten verändern die Flachstauchantwort und begünstigen Frühversagen bei Rillungen.

Zusammenfassung:

• Die Austrocknungszeit ist der Zeitraum, den ein Produkt benötigt, um vollständig zu trocknen. Bei Verpackungen aus Wellpappe ist dies besonders relevant, da die Feuchtigkeit die Qualität und Stabilität beeinflussen kann.
• In der Verpackungsindustrie spielt die optimale Kontrolle der Austrocknungszeit eine wesentliche Rolle. Ein schneller Austrocknungsprozess steigert die Produktionsgeschwindigkeit und verringert mögliche Verzögerungen in der Lieferkette.
• Allerdings sollte die Austrocknungszeit nicht zu kurz sein, da dies zu Qualitätsverlust und Beschädigungen der Wellpappen-Verpackung führen kann. Es gilt daher, den perfekten Mittelweg zu finden, um die Effizienz zu maximieren und gleichzeitig die Qualität der Endprodukte zu gewährleisten.
• Ein definierter Zielbereich der Restfeuchte, stabile Lagerklimatik und ein abgestimmter Prüfplan helfen, gleichbleibende Eigenschaften und eine reproduzierbare Weiterverarbeitung sicherzustellen.
• Unter- oder Übertrocknung wirkt sich unmittelbar auf Planlage, Verklebung und Festigkeitswerte aus und sollte daher prozessbegleitend überwacht und dokumentiert werden.
• Die Kombination aus materialgerechter Produktion, Klimaführung, Stapelmanagement und klaren Ruhezeiten minimiert Verzug und stabilisiert ECT-, BCT- und FCT-Ergebnisse.