Befeuchtung

Die Bedeutung der Befeuchtungsprozesse in der Wellpappindustrie ist enorm. Es ist ein entscheidender Schritt in der Herstellung hochwertiger Wellpappenverpackungen, der den Endqualitäten der Produkte, wie ihrer Stabilität und Leistung, zugutekommt. Eine abgestimmte Feuchteverteilung unterstützt die planlagegerechte Verarbeitung, verbessert die Verklebung der Papierbahnen und senkt Ausschussquoten. Dabei wirken Feuchte, Temperatur und mechanische Belastungen der Papierbahnen zusammen – nur ein kontrollierter Ausgleich führt zu reproduzierbaren Ergebnissen über unterschiedliche Grammaturen, Wellenprofile und Produktionsgeschwindigkeiten hinweg.

Als übergreifendes Ziel der Befeuchtung gilt, über die gesamte Prozesskette hinweg ein stabiles Feuchteniveau sicherzustellen, das die Fasermobilität erhöht, die Stärkeleim-Gelatinierung unterstützt und thermomechanische Spannungen minimiert. So lassen sich Verzug, ungleichmäßige Planlage und schwankende Festigkeiten systematisch vermeiden, während Anfahrmakulatur und Stillstände reduziert werden.

Definition: Was versteht man unter Befeuchtung?

Unter Befeuchtung versteht man in der Wellpappenindustrie das Zuführen von Feuchtigkeit zur Wellpappe während ihrer Herstellung. Dieser Prozess ist integraler Bestandteil der Produktion und beeinflusst die endgültigen Eigenschaften des Endprodukts. Das Ziel der Befeuchtung ist es, die Flexibilität und Formbarkeit des Materials zu verbessern, um letztendlich ein leistungsfähiges und zuverlässiges Produkt zu erzielen. In der Praxis wird der Feuchtegehalt des Rohpapiers (Liner und Wellenpapier) gezielt angehoben oder ausgeglichen, um Spannungen zu reduzieren, die beim Erhitzen und Verkleben auf dem Wellpappenaggregat entstehen.

Typischerweise bewegt sich der Feuchtegehalt fertiger Wellpappe in einem moderaten Bereich (Richtwert: etwa 6–9 %), wobei die optimale Zielgröße von Papiersorte, Wellenart (z. B. E-, B-, C-, BC-Welle) und Prozessparametern abhängt. Entscheidend ist ein homogenes Feuchteprofil über die Breite und durch die Dicke des Verbunds, um Verzug zu vermeiden.

Zusätzlich ist das sorptive Verhalten des Faserstoffs zu berücksichtigen: Gleichgewichtsfeuchten (Equilibrium Moisture Content, EMC) unterscheiden sich je nach Klimabedingungen und zeigen Hysterese zwischen Adsorption und Desorption. Eine präzise Befeuchtung adressiert diese Materialeigenschaften, indem Zielwerte nicht nur als absolute Prozentwerte, sondern in Relation zur relativen Luftfeuchte und Temperatur des Prozessumfelds geführt werden.

Verfahren der Befeuchtung in der Wellpappenproduktion

Es gibt verschiedene Verfahren der Befeuchtung in der Wellpappenproduktion. Sie haben alle das gleiche Ziel, nämlich die Zugabe von Feuchtigkeit zum Material, unterscheiden sich jedoch in ihrer technischen Umsetzung. Bei einigen Methoden wird Wasser direkt auf die Wellpappe gesprüht, bei anderen wird das Material durch Wasserdampf befeuchtet. Es gibt auch Systeme, die eine Kombination aus diesen Methoden nutzen.

Unabhängig vom Verfahren sind Dosiergenauigkeit, Reaktionsgeschwindigkeit und Reproduzierbarkeit entscheidend. Die Regelung muss auf Liniengeschwindigkeit, Papierwechsel, Flächengewichte und thermische Lasten (z. B. Vorwärmerleistung) adaptiv reagieren, damit Feuchteverteilung und Temperaturprofil im Verbund synchron bleiben.

Direkte Befeuchtung mit Sprüh- oder Nebelsystemen

Fein zerstäubte Düsen tragen Wasser in definierten Mengen auf die Ober- oder Unterseite von Linerbahnen auf. Moderne Systeme arbeiten mit Impuls- oder Zonensteuerungen, um Kanten- und Mittenfeuchte gezielt zu nivellieren. Die Tropfengröße und der Sprühwinkel bestimmen die Eindringtiefe und damit die Wirksamkeit bei verschiedenen Grammaturen.

Praxisaspekte: Eine gleichmäßige Tropfengrößenverteilung reduziert Fleckenbildung und sorgt für definierte Eindringzeiten. Wasserqualität (Entmineralisierung zur Vermeidung von Ablagerungen), Filterstufen sowie eine regelmäßige Düsenreinigung sichern die Langzeitstabilität. Bei asymmetrischem Verzug lassen sich Randzonen differenziert ansteuern, um Kantenhoch- oder -tiefstand zu kompensieren.

Dampfbefeuchtung und Vorwärmer

Wasserdampf wird genutzt, um Feuchte in Kombination mit Wärme in das Papier einzubringen. Vorwärmerzylinder und Dampfhauben erhöhen gleichzeitig die Temperatur für die Stärkeleim-Gelatinierung und die Formgebung der Welle. Dampfleisten vor dem Leimauftrag verbessern die Fasermobilität, was die Klebebindung stabilisiert.

Wesentlich ist die kontrollierte Kondensation: Zu hohe Dampfdrücke oder zu lange Verweilzeiten können lokale Überfeuchtung verursachen. Optimal abgestimmte Oberflächentemperaturen, definierte Wickelwinkel und geregelte Kondensatableitung sorgen für reproduzierbare Energiewirkung bei minimalem Feuchteüberschuss.

Vorkonditionierung der Rohpapiere

Vorkonditionierer (Preconditioner) beeinflussen Temperatur und Feuchte vor der Profilierung. Durch definierten Wickelwinkel und Dampf- bzw. Sprühunterstützung wird das Wellenpapier elastischer, die Wellenbildung homogener und der Leimfilm gleichmäßiger.

Eine prozesssichere Vorkonditionierung reduziert Faserschädigungen im Kamm, senkt die Neigung zu Microfluting-Defekten und verbessert die Übergänge bei Wechseln zwischen leichten und schweren Sorten. Feedforward-Setpoints können dabei aus Papierspezifikationen und Feuchtemessungen vor der Profilierung abgeleitet werden.

Kombinierte Systeme und Querschnittsregelung

Kombinationen aus Sprüh- und Dampfbefeuchtung sind verbreitet, um sowohl kurzfristige Korrekturen (z. B. Kantenfeuchte) als auch grundlegende Konditionierung zu erreichen. Querverteilungseinheiten mit Zonenregelung gleichen Feuchtegradienten in der Breite aus und reduzieren Planlagenfehler.

Insbesondere bei breiten Arbeitsbreiten und wechselnden Klimabedingungen sind adaptive Querschnittsregler mit modellprädiktiver Logik hilfreich. Sie berücksichtigen Totzeiten, Querprofile von Vorwärmern und Leimwerk sowie thermische Nachwirkungen hinter dem Trocknungsbereich.

Die Auswirkung der Befeuchtung auf die Qualität der Wellpappe

Die Auswirkung der Befeuchtung auf die Qualität der Wellpappe ist signifikant. Eine korrekt durchgeführte Befeuchtung kann die Produktionseffizienz erhöhen und die endgültigen Eigenschaften des Produkts verbessern. Ein Produkt, das in einem gut befeuchteten Zustand hergestellt und gelagert wird, bietet höhere Leistung, bessere Widerstandsfähigkeit und Langlebigkeit.

Durch optimierte Feuchteverteilung lassen sich relevante Kennwerte stabilisieren: Die Kantenstauchfestigkeit (ECT) und der Kastenstauchwert (BCT) profitieren von einer intakten Faserstruktur und einer festen Leimfuge. Gleichzeitig sinkt das Risiko von Rissbildung beim Rillen und Stanzen, und Falzkanten bleiben formstabil. Ebenso wird der Verzug (Schüsseln, Wellen) vermindert, da Feuchte- und Temperaturspannungen zwischen Deck- und Zwischenlagen ausgeglichen werden.

Neben den mechanischen Eigenschaften beeinflusst Befeuchtung die Verarbeitbarkeit nachgelagerter Prozesse: Druckbild und Farbannahme bleiben gleichmäßiger, Rillungen sind präziser und die Zuschnittgenauigkeit steigt, weil der Verbund weniger arbeitet. Überfeuchtung hingegen führt zu verlängerten Trocknungszeiten, erhöhtem Energieeinsatz und möglicherweise zu Delamination oder Weichstellen.

Auch die Dimensionsstabilität unter wechselnden Klimen (Transport, saisonale Schwankungen, Export) verbessert sich durch kontrollierte Befeuchtung. Ein ausgeglichenes Feuchteniveau reduziert S- und W-Verzug, minimiert Kantenkrümmung und trägt zu konstanten Palettenbildern bei.

Vor- und Nachteile von Befeuchtung

Die Vorteile der Befeuchtungsmethoden liegen auf der Hand: Sie ermöglichen eine verbesserte Verarbeitbarkeit des Materials, erhöhen seine Festigkeit und verbessern die allgemeine Qualität des Endprodukts. Andererseits erfordert die Befeuchtung auch Energie und Ressourcen. Ein Übermaß an Feuchtigkeit kann zu Problemen führen, wie einer verspäteten Trocknung der Wellpappe, die ihrerseits die Produktionsgeschwindigkeit reduziert und das Risiko von Qualitätseinbußen erhöht.

• Vorteile: geringerer Verzug, stabilere Leimfuge, reduzierte Rissneigung beim Rillen, konsistente Mechanik (ECT/BCT), höhere Prozessfenster in Bezug auf Geschwindigkeit und Papierwechsel.
• Herausforderungen: zusätzlicher Regelungsbedarf, erhöhter Wartungsaufwand der Düsen/Dampfleisten, potenzielle Fleckenbildung bei ungleichmäßiger Applikation, Risiko von Überfeuchtung mit Folgekosten durch Nachtrocknung.
• Abwägung: Eine abgestimmte Feuchte- und Temperaturführung ist entscheidend. Ziel ist die minimale, aber ausreichende Feuchtezugabe für eine stabile Verklebung und planlagegerechte Platten.

Zusätzlich zu Energie- und Wartungskosten ist die Wasserqualität ein Einflussfaktor: Härtebildner und Partikel können Düsenbilder verändern und Oberflächenartefakte hervorrufen. Präventive Maßnahmen wie Filtration, Entkalkung und regelmäßige Inspektion minimieren diese Risiken nachhaltig.

Messung, Steuerung und Prozessintegration

Für reproduzierbare Ergebnisse ist eine geschlossene Regelkette erforderlich. Online-Sensorik erfasst Bahntemperatur, Flächengewicht und Feuchtegehalt vor und nach kritischen Aggregaten. Daraus werden Zonen-Setpoints für Sprüh- und Dampfsysteme abgeleitet. Ergänzend dienen Klimadaten (relative Luftfeuchte und Raumtemperatur) als Führungsgrößen für Hallenbefeuchtung.

• Messmethoden: kapazitive oder Mikrowellen-Feuchtesensoren, Infrarot-Pyrometer für Oberflächentemperatur, punktuelle Laborprüfungen zur Kalibrierung.
• Regelstrategien: Feedforward (papier- und geschwindigkeitsabhängig) kombiniert mit Feedback (Planlage-/Feuchterückmeldung) reduziert Anfahrmakulatur und stabilisiert Qualität bei Chargenwechseln.
• Leimprozess: Die Wechselwirkung aus Feuchte, Leimviskosität und Temperatur beeinflusst die Gelatinierung. Eine sauber eingestellte Feuchte erleichtert die Ausbildung einer dünnen, tragfähigen Leimfuge.

Eine robuste Prozessintegration berücksichtigt Massestrombilanzen (zugeführtes Wasser versus verdampfte Anteile), thermische Kopplungen an Vorwärmer und Trocknungsstrecken sowie Wartungsfenster für Reinigung und Kalibrierung. Datenbasierte Auswertung (Trendanalysen, Alarmgrenzen, Korrelationen zwischen Feuchteprofil und Ausschussgründen) unterstützt kontinuierliche Verbesserungen.

Klimaführung in Lagerung und Weiterverarbeitung

Auch nach der Produktion wirkt sich die Feuchteführung auf Maßhaltigkeit und Festigkeit aus. Konstante Raumluftbedingungen senken die Schwankung des Materialfeuchtegehalts und damit Dimensionsänderungen der Zuschnitte. Richtwerte für die Weiterverarbeitung liegen häufig im moderaten Bereich relativer Luftfeuchte (z. B. 45–60 % r. F.) bei stabiler Temperatur.

Für standardisierte Anwendungen mit typischen Materialstärken und Formaten hilft eine Praxisnahe Übersicht häufig benötigter Verpackungen direkt ab Lager, die Auswirkungen von Klimaführung und Befeuchtung auf unterschiedliche Qualitätsstufen einzuordnen, ohne in projektspezifische Sonderlösungen zu wechseln.

In der Praxis empfiehlt sich eine getrennte Betrachtung von Produktions-, Zwischenlager- und Versandbereichen. Pufferzeiten zur Akklimatisierung, geeignete Palettierung (Luftzirkulation) und schützende Umverpackungen helfen, das Feuchteniveau bis zur Weiterverarbeitung stabil zu halten.

Typische Fehlerbilder bei unzureichender oder übermäßiger Befeuchtung

• Unterbefeuchtung: spröde Fasern, Mikrorisse beim Rillen, unvollständige Leimfuge, erhöhtes Bruchrisiko an Falzkanten, planlagenkritische Platten.
• Überbefeuchtung: weiche Zonen, Verzögerung der Aushärtung, Durchfeuchtung mit Fleckenbildung, erhöhte Welligkeit, Maßinstabilität im Zuschnitt.
• Inhomogene Feuchte: Kantenhoch- oder -tiefstand, Querkrümmung, lokale Festigkeitsminderungen und erhöhtes Reklamationsrisiko in der Weiterverarbeitung.

Diagnosehinweise: Querprofilmessungen, Planlagenlineale, Klimaprotokolle und ECT-Streudiagramme helfen, Feuchteursachen einzugrenzen. Gegenmaßnahmen reichen von Zonenanpassungen über Vorwärmereinstellungen bis zur Optimierung von Leimviskosität und Bahntemperatur.

Praxis- und Zielwerte (Anhaltsgrößen)

• Materialfeuchte: fertige Wellpappe häufig im Bereich von ca. 6–9 %, abhängig von Papiersorten und Produktionsparametern.
• Raumklima: moderate relative Luftfeuchte (z. B. 45–60 % r. F.) und konstante Temperatur zur Minimierung von Dimensionsänderungen.
• Prozess: gleichmäßige Querverteilung der Feuchte; bei Kantenverzug gezielte Zonenbefeuchtung zur Kompensation.

Weitere Orientierungsgrößen: kontrollierte Vorwärmeroberflächentemperaturen (angepasst an Sorten und Geschwindigkeiten), definierte Wasserqualitäten (z. B. geringe Leitfähigkeit) und regelmäßige Kalibrierintervalle der Sensorik zur Sicherung der Datenqualität.

Zusätzliche Best Practices und Sicherheit

Für eine nachhaltige Prozessstabilität sollte die Wartung fest im Produktionsplan verankert sein. Dazu zählen das Spülen von Leitungen, der Austausch verschlissener Düsen, Dichtigkeitsprüfungen an Dampfkomponenten sowie die Dokumentation aller Eingriffe. Arbeitssicherheit umfasst Schutz vor Verbrühungen an Dampfstellen, Vermeidung von Rutschgefahr durch Sprühnebel und eine klare Kennzeichnung wärmeführender Aggregate.

Ein integriertes Energiemanagement betrachtet den Zielkonflikt zwischen Feuchtezugabe und notwendiger Trocknung. Effiziente Wärmerückgewinnung, bedarfsgerechte Hallenbefeuchtung und intelligente Stillstandsprogramme senken den Energiebedarf, ohne die Produktqualität zu beeinträchtigen.

Zusammenfassung:

• Regulierung des Raumklimas: Die Befeuchtung spielt eine wichtige Rolle bei der Kontrolle der Luftfeuchtigkeit, vor allem in Räumen, wo Wellpappe gelagert wird. Eine korrekte Feuchtigkeitsregulierung verhindert, dass die Pappe zu trocken wird und ihre Qualität verliert.
• Auswirkungen auf die Produktqualität: Bei der Produktion von Wellpappverpackungen kann eine angemessene Befeuchtung den Herstellungsprozess verbessern und die Endqualität der Produkte steigern. Zu trockene Pappe kann brüchig werden, wohingegen ausreichend befeuchtete Pappe optimal verformbar und haltbar ist.
• Entwicklung spezifischer Verpackungslösungen: Befeuchtungssysteme können dabei helfen, Verpackungslösungen zu entwickeln, die auf die speziellen Anforderungen von Wellpappprodukten abgestimmt sind. Eine geeignete Befeuchtung sorgt dafür, dass die Verpackung ihre Form behält und die Produkte sicher schützt.
• Prozesssicherheit: Sensorgestützte Messung und geschlossene Regelkreise stabilisieren die Feuchteprofile und reduzieren Ausschuss bei Papier- und Geschwindigkeitswechseln.
• Wirtschaftlichkeit: Eine bedarfsgerechte Befeuchtung senkt Nacharbeit, verbessert die Planlage und unterstützt konstante Qualitätskennwerte über unterschiedliche Aufträge hinweg.
• Praxisnutzen: Durch die Kombination aus geregelter Befeuchtung, passender Leimeinstellung und stabiler Klimaführung werden Verzug, Fleckenbildung und Leimfugenfehler nachhaltig minimiert.
• Konsistenz über die Prozesskette: Von der Vorkonditionierung bis zur Lagerung sorgt ein abgestimmtes Feuchte- und Temperaturmanagement für reproduzierbare Ergebnisse und robuste Wellpappenverpackungen.