Haftreibung

Die Welt der Verpackungen ist vielfältig und faszinierend, insbesondere wenn es um Wellpappe geht. Einer der Parameter, der einen maßgeblichen Einfluss auf die Qualität und Leistung von Wellpappe hat, ist die Haftreibung. Diese physikalische Kenngröße wirkt an Kontakt- und Fügestellen und beeinflusst Stabilität, Prozesssicherheit, Rutschverhalten und die Steifigkeit von Wellpappkonstruktionen. In der Praxis entscheidet die Haftreibung sowohl über die innere Verbundfestigkeit als auch über die äußere Griffsicherheit, etwa beim Transport, Stapeln und Palettieren. Sie stellt damit eine zentrale Schnittstelle zwischen Werkstoff, Konstruktion und Logistik dar.

Definition: Was versteht man unter Haftreibung?

Die Haftreibung ist eine physikalische Eigenschaft, die den Widerstand beschreibt, der auftritt, wenn zwei Objekte aneinander haften und ein Relativbewegungsbeginn verhindert wird. Sie wirkt bis zu dem Punkt, an dem die anliegende tangentiale Kraft die ruhende Kontaktstelle in Bewegung setzt. Der zugehörige Haftreibungskoeffizient (μs) ist ein dimensionsloser Kennwert, der die Materialpaarung, die Normalkraft sowie die Oberflächenbeschaffenheit und den Zustand (z. B. Feuchte) beschreibt. Praktisch gilt: Je höher μs, desto größer die Kraft, die zum Überwinden des Bewegungsbeginns erforderlich ist.

Wichtig ist die Abgrenzung zur Gleitreibung (kinetische Reibung): Während die Haftreibung den Bewegungsbeginn beschreibt, kennzeichnet die Gleitreibung den Widerstand während der Bewegung. Für Anwendungen mit Wellpappe sind beide Größen relevant, im Fokus dieses Eintrags steht jedoch die Haftreibung, weil sie das Anhaften und die Standfestigkeit im Ruhezustand maßgeblich bestimmt. Mathematisch lässt sich an der geneigten Ebene der Haftreibungskoeffizient aus dem Winkel des Bewegungsbeginns ableiten (μs ≈ tan α).

Abgrenzung: Adhäsion, Kohäsion und Haftreibung

Adhäsion beschreibt die Anziehung zwischen unterschiedlichen Oberflächen, Kohäsion die innere Festigkeit innerhalb eines Materials oder Klebstoffs. Die Haftreibung wirkt zusätzlich als kraftschlüssige Komponente an der Grenzfläche. In Wellpappverbunden entsteht die Verbundwirkung somit aus dem Zusammenspiel von Adhäsion, Kohäsion und haftreibungsgetragener Kraftübertragung.

Die Rolle der Haftreibung bei Wellpappe

Die Haftreibung wirkt direkt auf die Stabilität und Festigkeit von Wellpappe. Sie bestimmt, wie gut die einzelnen Papierschichten zusammenhalten und wie standfest die fertigen Produkte sind. Ein höherer Haftreibungskoeffizient bedeutet – in Kombination mit Adhäsion und Klebstoffkohäsion – eine stärkere Bindung zwischen den Papierschichten, was zu einer widerstandsfähigeren und haltbareren Wellpappe führen kann. Einfluss nehmen dabei u. a. Flutentyp (z. B. B-, C- oder E-Welle), Liner- und Wellenpapier, Faserorientierung sowie die Oberflächenenergie der Deckschichten. Über die resultierende Verbund- und Flächenhaftung beeinflusst μs indirekt Kennwerte wie die Stapelstabilität von Ladeeinheiten und die Prozesssicherheit beim Handling.

Innere Verbunde und Fügeflächen

Im Aufbau der Wellpappe wirken Haftreibung und Adhäsion an den Klebstofffugen zwischen Wellen- und Deckenpapieren. Eine ausreichend hohe haftreibungsgetragene Verbundwirkung unterstützt die Steifigkeit, die Kantenstauchfestigkeit und die Formstabilität. Zu geringe Werte können sich in Delaminationstendenzen, lokalen Öffnungen im Klebverbund oder verminderter Tragfähigkeit äußern. Relevante Einflussgrößen sind die Benetzung der Klebeflächen, der Trocknungsverlauf, die Temperaturführung sowie die Linienlast an den Press- und Andruckzonen.

Äußere Kontaktflächen und Rutschverhalten

An den Außenflächen entscheidet die Haftreibung darüber, wie sicher Einheiten greifen, gestapelt und transportiert werden können. Sie beeinflusst das Anfahren und Stoppen auf Förderern, die Haltekraft in Greifsystemen und die Kippsicherheit im Regal. Für gestapelte Ladeeinheiten trägt eine passende Oberflächenhaftung zur Stabilität des Stapels bei; ergänzend können rutschhemmende Lösungen zum sicheren Schutz von Paletten eingesetzt werden. Oberflächenbehandlungen wie Dispersionslacke, Antirutsch-Beschichtungen oder Kaschierungen verändern die Grenzfläche und damit das Rutschverhalten zwischen Kartonagen oder zwischen Karton und Fördertechnik.

Prozesssicherheit in der Weiterverarbeitung

In Abpack- und Konfektionierlinien unterstützt eine definierte Haftreibung das exakte Vereinzeln, Falten, Rillen und Eintakten. Zu geringe Haftung begünstigt Doppelauszüge oder Verrutschen, zu hohe Haftung kann das Abheben von Zuschnitten erschweren und Taktzeiten beeinflussen. Auch das Wechselspiel mit Vakuum-Saugern, Greifern, Schiebern und Saugbandförderern ist zu beachten: Die Oberflächenhaftung muss so abgestimmt sein, dass der Materialfluss stabil bleibt, ohne unerwünschte Verzögerungen oder Anhaftungen an Werkzeugen zu provozieren.

Messung der Haftreibung bei Wellpappe

Es gibt verschiedene Methoden zur Messung der Haftreibung. Eine gängige Methode ist der sogenannte Schältest, bei dem die Kraft gemessen wird, die benötigt wird, um zwei Papierschichten voneinander zu trennen. Die dabei gewonnenen Daten geben Aufschluss über den Haftreibungskoeffizienten und damit über die Qualität der Wellpappe. Ergänzend werden Reibungsmessungen an Oberflächen zur Beurteilung des statischen Reibwerts herangezogen, um das Anfahrverhalten im Materialfluss zu charakterisieren.

Schältest (Peel) für Fügeflächen

Beim Schältest wird ein geklebter Verbund mit definierter Geometrie unter konstanter Schälgeschwindigkeit beansprucht. Aus der aufgezeichneten Maximalkraft und dem Geometrie-Setup lässt sich die Verbundwirkung beurteilen. Für Wellpappverbunde liefert der Test Hinweise auf Klebstoffrezeptur, Leimmenge und Prozessparameter (Temperatur, Pressdruck). Varianten wie T-Peel, 90°-Peel oder 180°-Peel erlauben die Anpassung an unterschiedliche Fügegeometrien und Lastfälle.

Haftreibungsprüfung auf der Oberfläche

Zur Ermittlung der statischen Reibung an Außenflächen kommen geneigte-Ebene- oder Gleitblock-Verfahren zum Einsatz. Ein Probekörper (z. B. Kartonzuschnitt) wird mit definierter Normalkraft beaufschlagt und die Kraft bzw. der Neigungswinkel bestimmt, bei dem die Bewegung einsetzt. Aus Kraft und Normalkraft wird der Haftreibungskoeffizient μs berechnet; bei der geneigten Ebene gilt näherungsweise μs = tan α. Für vollständige Prozessbewertungen kann ergänzend der dynamische Reibwert (Gleitreibung) erfasst werden.

Prüfbedingungen und Reproduzierbarkeit

• Konditionierung der Proben unter definiertem Klima (typisch konstante Temperatur und relative Luftfeuchte, z. B. Normklima) und dokumentierte Vorlagerzeiten
• Dokumentation von Materialpaarung, Flächenorientierung (Maschinen-/Querrichtung) und Oberflächenbehandlung
• Mehrfachmessungen und Mittelwertbildung zur Absicherung gegen Streuungen
• Konstante Geschwindigkeiten, definierte Auflage- und Kontaktflächen, saubere und kalibrierte Prüfmittel
• Angabe von Probengröße, Flächengewicht und eventuellen Vorbehandlungen (z. B. Lackierung, Bedruckung)

Kalibrierung und Vergleichbarkeit

Regelmäßige Kalibrierungen der Prüfgeräte, referenzierte Vergleichsproben und klar dokumentierte Prüfabläufe erhöhen die Vergleichbarkeit zwischen Linien, Werken und Chargen. Abweichungen werden so schneller identifiziert und Ursachen (z. B. Feuchte, Leimmenge, Oberflächenverschmutzung) gezielt eingegrenzt.

Einflussfaktoren auf die Haftreibung

• Rohpapier und Oberfläche: Rauheit, Leimungsgrad, Oberflächenenergie sowie Kalander- oder Beschichtungseffekte beeinflussen Anhaftung und Reibwert.
• Klebstoffsystem und Prozess: Rezeptur (z. B. stärkehaltig), Viskosität, Leimmenge, Temperaturfenster und Presszeit steuern die Fügequalität und damit die Verbundwirkung.
• Feuchtegehalt: Steigende Feuchte kann die Fasermatrix weicher machen, die Oberflächenenergie verändern und so Reibwerte senken oder erhöhen – abhängig von der Materialpaarung.
• Bedruckung und Lacke: Farben, Lacke oder Antirutschbeschichtungen modifizieren die Grenzfläche und damit die Haftreibung an der Außenseite.
• Geometrie und Verarbeitung: Rillen, Falten und Schneiden erzeugen definierte Kontaktzonen; Kantenqualität und Faserausrichtung wirken auf das An- und Abheben.
• Temperatur und Alterung: Temperaturwechsel, Kondensat und Alterungseffekte (z. B. durch Lagerzeit) verändern Klebstoff- und Oberflächenzustand.
• Verschmutzungen: Staub, Fasern, Abrieb oder Trennmittel reduzieren oft die effektive Haftung an Greif- und Auflageflächen.

Optimierung in der Praxis

1. Zielwert definieren: Anforderungen aus Transport, Lagerung und Anlagenführung erfassen und einen funktionalen Zielbereich für μs festlegen.
2. Materialwahl abstimmen: Oberflächenqualitäten und Beschichtungen so wählen, dass Anhaftung und Verarbeitung zusammenpassen.
3. Prozessparameter justieren: Leimmenge, Temperatur und Pressdruck im Wellpapp-Prozess auf konsistente Verbundqualität trimmen.
4. Klimamanagement sichern: Konditionierung vor Prüfungen und bei der Lagerung einhalten, um Schwankungen zu minimieren.
5. Funktionsprüfungen ergänzen: Neben Einzelwerten auch Systemtests (z. B. Stapelversuch, Förderstrecke) durchführen, um reale Bedingungen abzubilden.
6. Dokumentation und Überwachung: Prozessfenster definieren, statistisch überwachen und bei Trends frühzeitig nachsteuern.

Typische Anwendungsbeispiele

• Fördertechnik: Sicheres Anfahren und Stoppen von Faltschachteln und Zuschnitten auf Saugband- oder Rollenförderern ohne unkontrolliertes Verrutschen.
• Palettieren und Depalettieren: Ausreichende Haftung zwischen Lagen, um Scherbewegungen zu minimieren, zugleich kontrollierbares Abheben einzelner Packs.
• Regallagerung: Standfeste Positionierung von Versandkartons bei variierenden Umgebungsbedingungen (Temperatur, Luftfeuchte).
• E-Commerce-Verpackungen: Griff- und Halteeigenschaften für manuelles Kommissionieren und automatisiertes Vereinzeln.
• Druck und Veredelung: Wechselwirkungen von Lacken, Farben und Kaschierungen mit dem Reibbeiwert, um Weiterverarbeitbarkeit und Rutschhemmung auszubalancieren.

Fehlerbilder und Ursachen

• Doppelauszug am Anleger: Häufig bei zu geringen Reibwerten oder verschmutzten Auflageflächen; Abhilfe durch Anpassung der Oberflächenhaftung und Reinigung.
• Delamination an Fügepunkten: Möglicher Hinweis auf ungeeignete Leimmenge, zu geringe Presszeit oder Klimaeinflüsse während der Herstellung.
• Rutschen im Stapel: Unzureichende Oberflächenhaftung, glatte Bedruckung oder falsche Materialpaarung zwischen Lagen.
• Abhebeprobleme: Zu hohe Haftung an Greif-/Saugsystemen oder aneinanderhaftende Zuschnitte; Prozessparameter und Oberflächenfinish prüfen.

Vor- und Nachteile von Haftreibung

Die Nutzbarkeit der Haftreibung bringt eine Reihe von Vorteilen mit sich. Eine hohe Haftreibung sorgt für eine bessere Stabilität und Strapazierfähigkeit der Wellpappe. Dies ermöglicht es, dass die Verpackungen schwere Lasten tragen und stärkeren Einflüssen standhalten können. Zudem lässt sie sich durch verschiedene Methoden zuverlässig messen, was eine konstante Qualitätssicherung ermöglicht. Auf der anderen Seite kann eine zu hohe Haftreibung allerdings dazu führen, dass die Wellpappe schwer zu bearbeiten ist. Zudem können hierfür zusätzliche Beschichtungen oder Oberflächenmodifikationen erforderlich sein, die das Flächengewicht und damit die Transportkosten beeinflussen. Es ist daher wichtig, einen optimalen Haftreibungskoeffizienten zu erreichen, der die bestmögliche Leistung der Wellpappe gewährleistet.

• Vorteile: erhöhte Stapelsicherheit, bessere Griff- und Halteeigenschaften, robustere Verbundstellen, geringere Rutschgefahr im Handling.
• Nachteile: potenziell erschwertes Vereinzeln, höherer Energiebedarf beim Abheben/Abzug, mögliche Ablöseprobleme bei bestimmten Prozessen.
• Abwägung: Ziel ist nicht maximal, sondern anwendungsbezogen angemessen – abhängig von Produkt, Anlage und Logistikweg.

Praxis-Tipps für Prüf- und Produktionsalltag

• Proben sauber halten und Oberflächen vor der Prüfung nicht berühren, um Hautfetteintrag zu vermeiden.
• Messreihen mit identischen Parametern durchführen und Ausreißer sachlich begründen oder erneut prüfen.
• Materialwechsel dokumentieren (Papierqualität, Grammatur, Lacke), um Reibwertänderungen nachvollziehbar zu machen.
• Greif- und Förderkomponenten regelmäßig warten, Verschleißflächen austauschen und Reibschluss gezielt einstellen.

Zusammenfassung:

• Haftreibung spielt eine entscheidende Rolle bei der Lagerung und dem Transport von Produkten in Wellpappe-Verpackungen, da sie bestimmt, wie fest ein Objekt auf einer Oberfläche liegt.
• Die Höhe der Haftreibung ist wichtig für die Stabilität des verpackten Produktes. Ein zu niedriger Haftreibungswert kann dazu führen, dass der Inhalt während des Transports in der Verpackung rutscht oder sogar herausfällt.
• Eine gezielte Optimierung der Haftreibungseigenschaften von Wellpappe kann die Sicherheit und Effizienz des Transports und der Lagerung verbessern, indem das Risiko von Beschädigungen oder Verlusten reduziert wird.
• Unterschieden wird zwischen statischer Reibung (Bewegungsbeginn) und Gleitreibung (Bewegung), wobei für Standfestigkeit und Anhaftung die Haftreibung maßgeblich ist.
• Praxisrelevante Prüfungen umfassen Schältests für Verbundstellen sowie Gleitblock- oder geneigte-Ebene-Verfahren zur Ermittlung des Haftreibungskoeffizienten an Außenflächen.
• Material, Klebstoff, Oberflächenfinish, Feuchte und Prozessführung wirken zusammen auf den Reibwert; reproduzierbare Prüfbedingungen sind daher wesentlich.
• Das Ziel liegt in einem anwendungsbezogenen Optimalbereich, der Verarbeitungssicherheit, Schutzfunktion und Handhabung in Einklang bringt.
• Dokumentierte Prüfprozesse, saubere Probenvorbereitung und regelmäßige Kalibrierungen erhöhen die Aussagekraft der Messergebnisse.
• Die richtige Balance der Haftreibung unterstützt stabile Ladeeinheiten, effiziente Weiterverarbeitung und minimiert Ausschuss sowie Reklamationen.