Infrarottrocknung

Die Infrarottrocknung spielt in der Verpackungsbranche eine zentrale Rolle. Insbesondere für den Bereich der Wellpappe-Verpackungen bietet diese Technologie entscheidende Vorteile. Durch die Beschleunigung der Produktionsprozesse gewinnt sie stark an Bedeutung. Zudem unterstützt sie eine bahnstabile, reproduzierbare Fertigung, verkürzt Rüstzeiten und erhöht die Prozesssicherheit bei wechselnden Aufträgen, Grammaturen und Feuchtegehalten.

Im industriellen Bahnlauf ermöglicht Infrarot eine gezielte, kontaktlose Wärmeübertragung auf Papier und Klebstoffsysteme. Dadurch lassen sich Feuchteprofile stabilisieren, Trocknungszeiten verkürzen und Prozessfenster erweitern, ohne die Papierbahn mechanisch zu belasten. Typische Anwendungsziele sind eine reproduzierbare Adhäsion des Stärkeklebstoffs, verbesserte Planlage und reduzierte Schüsselung. Durch querprofilfähige Strahlerfelder, geschlossene Regelkreise und inline erfasste Messwerte (Temperatur, Feuchte) können Profile über die gesamte Nutzbreite gezielt konditioniert und Lastspitzen im Produktionsablauf abgefangen werden.

Definition: Was versteht man unter Infrarot-Technologie?

Infrarottrocknung ist ein physikalischer Prozess, bei dem Wasser oder andere Flüssigkeiten durch elektromagnetische Strahlung entfernt werden. Dabei wird infrarotes Licht, das für das menschliche Auge unsichtbar ist, genutzt, um in den Materialien Wärme zu erzeugen.

Die Energieübertragung erfolgt primär über Wärmestrahlung. Papierfaserstoffe und wässrige Systeme absorbieren IR-Strahlung abhängig von Wellenlänge, Pigmentierung und Feuchtegehalt. Das führt zu schneller Erwärmung im oberflächennahen Bereich und – je nach Spektrum – zu definierter Eindringtiefe. Durch die entstehende Temperaturdifferenz verdampft Feuchtigkeit, Diffusionsprozesse werden beschleunigt, und der Klebstoff erreicht den Gelpunkt gezielt. Im technischen Kontext werden häufig spektrale Bereiche unterschieden: kurzwelliges NIR (ca. 0,78–1,4 µm), mittlere Wellen (ca. 1,4–3 µm) und Ferninfrarot (>3 µm). Wasser besitzt ausgeprägte Absorptionsbanden, weshalb eine spektrale Anpassung der Strahler die Trocknungskinetik von Wellpappe-Substraten und Stärkeklebstoffen deutlich beeinflusst.

Strahlerarten und Wellenlängenbereiche

• Nahinfrarot (NIR): Kurzwellig, hohe Leistungsdichte, schnelle Ansprechzeit; geeignet für punktuelles Trocknen, Kanten- und Splice-Trocknung. Besonders wirksam bei kurzen Verweilzeiten und schneller Leistungsmodulation für dynamische Prozesssituationen.
• Mittlere Welle: Gute Abstimmung auf Wasserabsorption; oft für flächige Trocknung von Klebstoff- und Papierbahnen eingesetzt. Liefert ausgewogene Eindringtiefe und homogene Erwärmung bei moderaten Liniengeschwindigkeiten.
• Ferninfrarot: Größere Eindringtiefe in bestimmte Substrate; geeignet für gleichmäßige, moderat schnelle Trocknungsprofile. Sinnvoll für dickere Liner, hohe Grammaturen und breitere Prozessfenster mit geringer thermischer Überlast.

Anwendung der Infrarottrocknung in der Wellpapp-Produktion

Die gängige Praxis bei der Herstellung von Wellpappe ist die Verwendung von Dampf zum Erhitzen des Klebstoffes und der Papierbahnen. Mit der Einführung der Infrarottrocknung in den Produktionsprozess kann die Adhäsion beschleunigt und die Qualität der hergestellten Wellpappe verbessert werden. Durch gezielt platzierte Strahlermodule werden zeitkritische Prozessschritte entkoppelt, sodass sich Bahnspannungen, Feuchteschwankungen und Übergänge zwischen Sortenwechseln stabil führen lassen.

In der Linie wird IR typischerweise an strategischen Positionen eingesetzt: nach dem Leimauftrag zur raschen Gelierung des Stärkeklebstoffs, vor dem Doppelliner zur Stabilisierung des Feuchtehaushalts, an Rändern zur Kantenstabilisierung sowie im Bereich von Spleißen (Splice-Drying), um Produktionsstopps zu vermeiden. In Kombination mit konvektiven Systemen und Dampfheizungen lassen sich hybride Trocknungsstrategien realisieren. Zusätzlich sind Vorwärmzonen an Preheater/Preconditioner, lokale Booster zur Vermeidung von Unterklebungen und module-basierte Randtrockner gebräuchlich, um Profilfehler und Schüsselung zu reduzieren.

Strahlertechnologien und Aufbau

Zum Einsatz kommen Halogen-NIR-Strahler mit sehr kurzen Hochlaufzeiten, Quarzstrahler im mittleren Wellenbereich für flächige Anwendungen sowie keramische Elemente für robuste, wartungsarme Szenarien. Reflektor-Geometrien, Abschirmbleche und optische Linsen beeinflussen die Leistungsdichteverteilung (kW/m²) sowie die Homogenität des Feldes. Modulare Systeme erlauben segmentierte Regelung in Bahnlaufrichtung und quer zur Bahn, was die Anpassung an unterschiedliche Liner- und Wellenkombinationen erleichtert.

Praxisbeispiele und Einsatzszenarien

• Booster-Trocknung direkt nach dem Leimauftrag zur schnellen Gelpunkt-Erreichung bei hohen Liniengeschwindigkeiten.
• Kantenstabilisierung bei breiten Nutzformaten, um Randauflösungen und Wellenflattern zu minimieren.
• Splice-Trocknung am Rollenwechsel, um Klebefehler und Bahnabrisse zu vermeiden und die Verfügbarkeit zu erhöhen.
• Feuchtemanagement vor dem Doppelliner, um Planlage und Ebenheit im nachgelagerten Rillen- und Schneidprozess zu sichern.

Einflussgrößen und Prozessparameter

• Wellenlänge und Strahlerleistung: Bestimmt Absorption und Trocknungskinetik von Papier und Klebstoff.
• Abstand und Anstellwinkel: Beeinflusst Leistungsdichte und Homogenität des Trocknungsfeldes.
• Liniengeschwindigkeit und Verweilzeit: Legen die erforderliche Leistungsbereitstellung fest.
• Grammatur und Feuchtegehalt: Höhere Masse und Feuchte erfordern angepasste Energieeinträge.
• Regelung: Temperatur- und Feuchtesensorik, Pyrometer oder Thermografie zur geschlossenen Regelung.
• Erläuterungen zu relevanten Abmessungen im Prozess unterstützen das Verständnis von Bahnführung und Strahlerabdeckung.
• Oberflächenfarbe und Pigmentierung: Dunklere, absorbierende Oberflächen erwärmen sich schneller als helle, reflektierende Liner.
• Konvektion und Umströmung: Ergänzende Luftströmung kann Verdampfung und Abtransport von Feuchte fördern.
• Reflexion und Abschirmung: Reflektoren und Leitbleche konzentrieren Strahlung, reduzieren Randverluste und schützen sensitive Komponenten.
• Thermisches Budget: Begrenzungen durch nachgelagerte Aggregate (z. B. Rill-/Schneideinheiten) erfordern abgestimmte Temperaturfenster.

Auswirkungen der Infrarottrocknung auf die Produktqualität

Die Infrarottrocknung ermöglicht eine gleichmäßige und kontrollierte Trocknung und verbessert so die Qualität und Stärke der Wellpappe. Die Kontrolle des Trocknungsprozesses ermöglicht zudem die Einsparung von Ressourcen und Energie. Durch fein skalierbare Leistungsprofile lassen sich kritische Bereiche gezielt konditionieren, was die Reproduzierbarkeit von Bahneigenschaften steigert.

Durch gezieltes Feuchtemanagement werden Planlage und Ebenheit stabilisiert, Delaminationsneigungen reduziert und Festigkeitswerte wie Kantenstauchwiderstand (ECT) und Durchstoßwiderstand reproduzierbar erreicht. Eine homogenere Gelierung des Stärkeklebstoffs reduziert Fehlverklebungen, minimiert Ausschuss und unterstützt konstante Falteigenschaften sowie präzise Rill- und Schneidqualität nachgelagerter Prozesse. Darüber hinaus wirkt die kontaktlose Wärmeübertragung der Bildung von Druckstellen entgegen und fördert ein konsistentes Erscheinungsbild gedruckter Oberflächen.

Mess- und Qualitätskriterien

• Feuchteprofile der Bahn: Inline erfasst und mit IR geregelt.
• Temperaturverlauf: Oberflächentemperatur via Pyrometer, gegebenenfalls Substrattemperatur mittels Referenzmessungen.
• Planlage und Schüsselung: Optische Inspektion und statistische Prozesskontrolle.
• Klebefestigkeit: Zug- und Schältests zur Beurteilung der Adhäsion.
• COBB- und Grammaturwerte: Bewertung des Wasseraufnahmeverhaltens und des Materialeinsatzes im Kontext der Trocknungsstrategie.
• ECT/BCT-Routinen: Regelmäßige Prüfungen sichern konstante Festigkeitskennwerte entlang der Charge.
• Energiekennzahlen: Spezifischer Verbrauch (z. B. kWh/t) als Grundlage für kontinuierliche Verbesserungen.

Vor- und Nachteile von Infrarottrocknung

Infrarottrocknung bietet viele Vorteile, darunter eine schnellere Trocknungszeit, höhere Produktionsgeschwindigkeiten und eine verbesserte Produktqualität. Allerdings gibt es auch einige Nachteile zu berücksichtigen. Dazu zählen unter anderem die höheren Anfangsinvestitionen und der Aufwand für die Kontrolle des gesamten Prozesses. Eine sorgfältige Auslegung und regelmäßige Wartung sind daher unerlässlich.

• Vorteile
  • Schnelle Ansprechzeiten der Strahler und damit flexible Leistungsanpassung.
  • Kontaktlose Energieeinbringung, geringe mechanische Belastung der Papierbahn.
  • Lokalisierbare Trocknung (z. B. Kanten, Spleiße), reduzierter Ausschuss.
  • Kombinierbar mit Dampf- und Konvektionssystemen für ein breites Prozessfenster.
  • Geringer Umbauaufwand bei modularen Systemen und gute Skalierbarkeit in der Bahnbreite.
  • Gezieltes Feuchteprofiling quer zur Bahn für verbesserte Ebenheit.
• Herausforderungen
  • Investitionen in Strahler, Stromversorgung und Regeltechnik.
  • Erforderliche Abstimmung auf Papierqualitäten, Klebstoffrezepturen und Liniengeschwindigkeit.
  • Wartung und Reinigung der Strahlerflächen zur Sicherung gleichmäßiger Emission.
  • Thermisches Management zur Vermeidung lokaler Überhitzung.
  • Elektrotechnische Infrastruktur (Lastmanagement, Absicherung) und Platzbedarf für Kühlung/Abschirmung.

Zusätzliche Aspekte der Infrarottrocknung

Weitere Aspekte, die bei der Infrarottrocknung Beachtung finden sollten, sind die Anpassung der Wellpapierbahnen auf die spezifische Infrarotanlage und die Anforderungen an die Sicherheit und den Gesundheitsschutz der Mitarbeiter. Im Hinblick auf den Nachhaltigkeitsaspekt ist besonders die Energieeffizienz der Infrarottrocknung hervorzuheben. Auch die Dokumentation von Prozessparametern und die Nutzung standardisierter Rezepte unterstützen eine konsistente Produktion.

Für einen stabilen Betrieb sind klare Sicherheitskonzepte notwendig: Abschirmungen gegen direkte Strahlung, Temperaturüberwachung, Not-Aus-Funktionen sowie Brand- und Staubprävention. Ergonomische Maßnahmen (z. B. Hitzeschutz bei Wartung) und die Schulung des Bedienpersonals tragen zur Betriebssicherheit bei. Energetisch wirkt sich die gezielte Strahlungswärme positiv auf den Wirkungsgrad aus, insbesondere bei lastvariablen Fahrweisen und kurzen Hochlaufzeiten. Ein vorausschauendes Instandhaltungskonzept (z. B. Zustandsüberwachung von Strahlern) unterstützt die Verfügbarkeit.

Integration und Inbetriebnahme

• Layoutplanung: Positionierung der Strahler zur vollständigen Abdeckung der Nutzbreite bei minimierten Randverlusten.
• Kalibrierung: Abgleich von Soll-/Ist-Profilen über Referenzpapiere und definierte Feuchtestufen.
• Prozessvalidierung: Versuche zur Parametrierung (Leistung, Abstand, Geschwindigkeit) für wiederholbare Ergebnisse.
• Wartungszyklen: Reinigungsintervalle und Sichtprüfungen zur Sicherung der Emissionsstabilität.
• Schnittstellen und Datenlogging: Anbindung an Leitrechner, Rezeptverwaltung und Trendanalyse für kontinuierliche Verbesserungen.
• Schulung: Qualifizierung des Personals in Bedienung, Sicherheit und Fehlerdiagnose.

Typische Fehlerbilder und Troubleshooting

• Unterklebung: Erhöhung der Leistungsdichte oder Verlängerung der Verweilzeit, Prüfung der Leimauftragsmenge.
• Lokale Überhitzung: Anpassung des Abstands/Anstellwinkels, Homogenisierung des Strahlerfeldes, Einsatz von Profilregelung.
• Randwelligkeit: Gezielt stärkere Kantenbeaufschlagung und Feinjustage der Feuchtequerprofile.
• Inhomogene Planlage: Kombination aus IR und Konvektion prüfen, Grammatur- und Feuchtegradienten ausgleichen.

Energie- und Umweltaspekte

IR-Module lassen sich präzise takten und folgen der Liniengeschwindigkeit, wodurch Lastspitzen minimiert werden. In hybriden Set-ups ermöglichen abgestimmte Betriebsweisen eine Reduktion des spezifischen Energieeinsatzes. Durch gezielte Strahlführung verringern sich Streuverluste, und die kontaktlose Arbeitsweise trägt zu einem sauberen, emissionsarmen Prozessumfeld bei. Energiemonitoring schafft Transparenz für Optimierungsmaßnahmen.

Zusammenfassung:

• Infrarottrocknung ist ein effizientes Verfahren, das bei der Produktion von Verpackungen aus Wellpappe angewendet wird, um Feuchtigkeit schnell und gleichmäßig zu entfernen. Sie unterstützt stabile Bahneigenschaften und fördert eine verlässliche Adhäsion des Stärkeklebstoffs.
• Diese Methode nutzt die Vorteile von Infrarotstrahlung, die im Gegensatz zur rein konvektiven Trocknung eine gezielte, tiefenwirksame Erwärmung im oberflächennahen Bereich erlaubt, was zu einer verbesserten Produktqualität führt. Dadurch werden Feuchtegradienten ausgeglichen und Nachbearbeitungsaufwand gesenkt.
• Die Infrarottrocknung ist ein umweltfreundliches Trocknungsverfahren. Es reduziert den Energieverbrauch und verbessert die Effizienz in der Produktion, was für Wellpappe-Verpackungshersteller besonders wertvoll ist. Gleichzeitig ermöglicht die modulare Regelung ein bedarfsorientiertes Lastmanagement.
• Durch präzise Regelung von Leistung, Wellenlänge und Verweilzeit lassen sich Adhäsion, Planlage und Festigkeitswerte stabil einstellen und Ausschussquoten senken. Integrierte Mess- und Regeltechnik sorgt dabei für hohe Reproduzierbarkeit.
• Eine sorgfältige Integration in bestehende Linien, inklusive Sicherheits- und Wartungskonzepten, ist Voraussetzung für einen robusten, energieeffizienten Betrieb. Klare Prozesse für Inbetriebnahme, Kalibrierung und Instandhaltung sichern die Langzeitstabilität.