Luftfeuchtigkeitsregulierung

Die Luftfeuchtigkeitsregulierung spielt eine wichtige Rolle für die Verpackungsindustrie, insbesondere bei der Verwendung des Rohmaterials Wellpappe. Je nach Herstellungsprozess und Lagerungsbedingungen kann die Luftfeuchtigkeit das Verhalten und die Eigenschaften der Wellpappe stark beeinflussen und bestimmen somit maßgeblich die Qualität und Effizienz der hergestellten Produkte. Sie wirkt sich unter anderem auf Planlage, Kantenstauchwiderstand (ECT), Stapelstabilität (BCT), Klebung, Falz- und Rillverhalten, Druckbild sowie die langfristige Maßhaltigkeit aus – von der Papierkonditionierung über die Weiterverarbeitung bis zur Lagerung fertiger Erzeugnisse. Zusätzlich beeinflusst zyklische Feuchtebelastung (Feuchtewechsel) das Werkstoffverhalten durch Sorptionshysterese: wiederholte Befeuchtung und Entfeuchtung kann zu bleibenden Verzügen und Maßabweichungen führen. Auch die Faserquellung ist anisotrop (MD/CD-Effekt), was sich direkt auf den Verzug (S- oder W-Warp) und die Biege- sowie Torsionssteifigkeit auswirkt.

Definition: Was versteht man unter Luftfeuchtigkeitsregulierung?

Unter Luftfeuchtigkeitsregulierung versteht man den Prozess, bei dem die relative Luftfeuchtigkeit in einem bestimmten Raum oder Bereich eingestellt und konstant gehalten wird. Dies wird meist durch Geräte erreicht, die in der Lage sind, sowohl Feuchtigkeit aus der Luft zu extrahieren als auch zuzuführen, abhängig von den aktuellen Bedingungen und Anforderungen. Dabei sind folgende Begriffe zentral:
- Relative Luftfeuchtigkeit (r. F.): Verhältnis des aktuellen Wasserdampfgehalts zum maximal möglichen bei gegebener Temperatur (in %). Die r. F. wird von Temperaturänderungen stark beeinflusst, weshalb Feuchte- und Temperaturregelung gemeinsam betrachtet werden müssen.
- Absolute Feuchte und Taupunkt: Größen zur Beurteilung von Kondensationsrisiken, etwa an kühleren Bauteilen. Die Taupunktsteuerung hilft, Kondensat an Maschinen, Papierrollen und Gebäudehülle gezielt zu vermeiden.
- Gleichgewichtsfeuchte (EMC) von Papier und Pappe: Zustand, in dem Materialfeuchte und Umgebungsfeuchte im Gleichgewicht sind. Für Wellpappe liegt der Materialfeuchtebereich praxisnah häufig bei etwa 6–9 %, abhängig von Sorte und Grammatur. Sorptionshysterese (Unterschied zwischen Be- und Entfeuchtungsisothermen) führt dazu, dass die EMC bei gleicher r. F. vom Feuchteverlauf abhängen kann.
In der Praxis bedeutet Regulierung das kontinuierliche Messen, Steuern und Regeln von Feuchte und Temperatur, oft zonenweise organisiert. Übliche Zielkorridore in klimatisierten Produktions- und Lagerbereichen liegen beispielsweise bei 45–55 % r. F. und ca. 20–23 °C, um ein stabiles Feuchtegleichgewicht und reproduzierbare Materialeigenschaften zu unterstützen. Dazu gehören abgestimmte Luftmengen (Zuluft/Umluft), definierte Luftwechselraten, geeignete Regelstrategien (z. B. PID mit Feedforward bei Witterungswechseln) und eine klare Priorisierung von Feuchte- versus Temperaturregelung in kritischen Prozessschritten.

Wie beeinflusst die Luftfeuchtigkeitsregulierung die Qualität der Wellpappe?

Wellpappe ist stark hygroskopisch, das heißt, sie nimmt Feuchtigkeit aus der Umgebung auf und gibt sie wieder ab. Bei erhöhter Luftfeuchtigkeit quellen die Fasern, der Elastizitätsmodul sinkt, und es kann zu vermindertem Kantenstauchwiderstand, geringerer Stapelstabilität und Verzug (Warp) kommen. Feuchte beeinträchtigt zudem die Klebung (z. B. längere Abbindezeiten), kann das Druckbild verändern und die Maßhaltigkeit reduzieren. Auf der anderen Seite kann bei zu geringer Luftfeuchtigkeit das Material spröde werden, Rissbildung an Rillungen und Kantenbrüche begünstigen sowie statische Aufladung und Staubbildung fördern. Daher ist eine genaue Kontrolle der Luftfeuchtigkeit von entscheidender Bedeutung für die Qualität und Langlebigkeit des Produkts. Eine stabile Klimaführung senkt Ausschuss, reduziert Format- und Planlageschwankungen und sorgt dafür, dass Prüfwerte (z. B. ECT/BCT) näher an den spezifizierten Zielkorridoren bleiben. Zusätzlich stabilisiert sie die Verarbeitbarkeit bei Rillen, Stanzen und Falten, verbessert die Verklebung von Deck- und Wellenpapieren (insbesondere bei stärkehaltigen Klebstoffsystemen) und vermindert Registerabweichungen im Flexo- und Digitaldruck. Unterschiede zwischen Florten (A, B, C, E etc.) reagieren dabei unterschiedlich sensibel auf Feuchteänderungen, ebenso beeinflusst die Faserrichtung (MD/CD) die Verzugsneigung.

Methoden zur Regulierung der Luftfeuchtigkeit

Es gibt verschiedene Methoden zur Regulierung der Luftfeuchtigkeit. Diese umfassen:

• Einsatz von Luftentfeuchtern
• Verwendung von Luftbefeuchtern
• Kontrolle der Raumtemperatur
• Nutzung von speziellen Verpackungsmaterialien, die Feuchtigkeit absorbieren
• Integration von HLK-Systemen (Heizung, Lüftung, Klimatisierung) mit präziser Feuchteregelung
• Zonierung von Produktions- und Lagerbereichen mit separaten Sollwerten
• Gebäudetechnik: Abdichtung, Wärmedämmung und Vermeidung von Kältebrücken zur Kondensationsprävention
• Nutzung von Datenloggern und verteilten Sensoren zur kontinuierlichen Überwachung
• Konditionierung von Papierrollen und Halbfabrikaten vor der Verarbeitung
• Organisatorische Maßnahmen wie angepasste Materialflüsse, Luftschleusen und kurze Wege
• Taupunktgesteuerte Regelung zur gezielten Vermeidung von Kondensation an Maschinen, Leitungen und Lagerflächen
• Schnelllauftore, Schleusen und Andockabdichtungen an Rampen zur Reduktion von Fremdluft- und Feuchteeintrag
• Wärmerückgewinnung und bedarfsgerechte Volumenstromregelung zur Minimierung von Energieeinsatz bei stabiler Feuchteführung
• Regelstrategien mit PI/PID und optionalem Feedforward (Wetter, Prozesslast), um Überschwinger und lange Einschwingzeiten zu vermeiden
• Aufbereitung des Befeuchtungswassers (Filtration/Entmineralisierung) und hygienegerechter Betrieb offener Systeme
• Einsatz von Trockenmitteln/Adsorbern für Transporte und Zwischenlager, wenn klimatisierte Bereiche nicht verfügbar sind

Jede dieser Methoden hat ihre eigenen Vorteile und Anwendungsbereiche, je nach genauer Anforderung und Umgebung kann daher eine Kombination mehrerer Ansätze sinnvoll sein. Kondensations- und Adsorptionsentfeuchter, Dampf-, Ultraschall- oder Hochdruckbefeuchter sowie PID-Regelungen werden passend zur Hallengröße, Prozessabwärme, Jahreszeit und Feuchtebelastung ausgewählt. Wichtig sind regelmäßige Wartung, Hygiene (insbesondere bei offenen Befeuchtersystemen), Sensorplatzierung im Materialfluss und klare Alarmgrenzen, um auf Abweichungen schnell reagieren zu können. Ebenso sinnvoll sind definierte Betriebsmodi (Tag/Nacht/Wochenende), um An- und Abfahrprozesse reproduzierbar zu halten und Feuchteschocks zu vermeiden.

Richtwerte, Normen und Prüfklima

Für die Beurteilung von Papier, Karton und Wellpappe haben sich standardisierte Klimata etabliert (z. B. 23 ± 2 °C und 50 ± 5 % r. F.). Prüfergebnisse für Festigkeitswerte sind nur dann gut vergleichbar, wenn Proben vorab ausreichend akklimatisiert wurden. In der Praxis bedeutet das:

• Akklimatisierung von Rollenware, Zuschnitten und Stanzlingen bis zum Erreichen der Gleichgewichtsfeuchte (oft 24–48 Stunden, abhängig von Dicke, Format und Verpackungseinheit).
• Konsequente Trennung zwischen Prüfklimaraum und Produktion; Vermeidung häufiger Türöffnungen oder Querlüftungen.
• Dokumentation von Temperatur- und Feuchteverläufen bei Prüfungen, um Trends und saisonale Schwankungen nachvollziehen zu können.
• Beachtung einschlägiger Regelwerke (z. B. Standard-Atmosphären nach ISO 187/ISO 554 oder vergleichbaren branchenüblichen Verfahren), um Vergleichbarkeit und Rückführbarkeit sicherzustellen.
• Klare Definition der Akklimatisierungsdauer in Abhängigkeit von Materialdicke, Lagenzahl und Packeinheit; Proben möglichst in Endanwendungsnähe prüfen.

Eine saubere Trennung von Prüf-, Produktions- und Lagerklima verbessert die Reproduzierbarkeit von Messergebnissen und die Prozessrobustheit. Zusätzlich unterstützen Prüfpläne mit Freigabekriterien (z. B. ECT/BCT-Toleranzbänder) eine konsistente Beurteilung über Chargen und Jahreszeiten hinweg.

Messung und Monitoring

Eine verlässliche Luftfeuchtigkeitsregulierung setzt auf Mess- und Datentransparenz. Wichtige Aspekte sind:

• Sensorik: Kombination aus Temperatur- und Feuchtesensoren in relevanten Zonen (Zuluftebene, Anlagenumfeld, Lagerzonen, Hallenrückluft).
• Kalibrierung: Regelmäßige Überprüfung, um Messdrift zu vermeiden und Regler sauber auf den Istwert zu referenzieren.
• Datenanalyse: Trendbeobachtung, Alarmierung bei Grenzwertverletzungen, Auswertung von Hysterese und Einschwingverhalten der Regelkreise.
• Materialfeuchtemessung: Ergänzend zur Raumfeuchte sind Stichproben (z. B. mittels Ofentrocknung oder dielektrischer Messverfahren) sinnvoll, um die Feuchte im Material direkt zu bewerten.
• Sensorplatzierung und Abschirmung: Repräsentative Einbauhöhen, Schutz vor direkter Zugluft, Strahlungs- und Maschinenwärme, um Messfehler zu minimieren.
• Leistungskennzahlen: Anteil der Zeit im Sollband (r. F./°C), Häufigkeit und Dauer von Grenzwertverletzungen, Korrelationen zu Ausschuss- und Qualitätsdaten.

Ziel ist eine stabile Regelung ohne große Überschwinger, mit klar definierten Toleranzbändern und dokumentierter Akklimatisierungszeit. Ein zentrales Monitoring mit Berichten (z. B. Tages- und Wochentrends) erleichtert Ursachenanalysen bei Planlageabweichungen, Verzugsereignissen oder Schwankungen in ECT/BCT.

Einfluss entlang der Prozesskette

Die Auswirkungen der Luftfeuchtigkeitsregulierung zeigen sich in allen Stationen der Wertschöpfungskette:

• Papierkonditionierung: Rollen erreichen erst nach ausreichender Liegezeit die EMC; zu kurze Akklimatisierung führt zu Inhomogenitäten zwischen Kern- und Randzonen.
• Wellpappenherstellung: Klebstoffaufnahme, Wärmehaushalt an Vorheizern und Trocknung beeinflussen Bindefestigkeiten; schwankende r. F. verändert den Wärme- und Feuchtetransport.
• Konfektion (Rillen, Stanzen, Falten): Zu trockene Materialien erhöhen Rissneigung an Rillungen, zu feuchte verringern Rillstabilität und Maßhaltigkeit.
• Druck: Wasserbasierte Farben reagieren empfindlich auf Klima; Registerhaltigkeit, Trocknung und Glanzgrad hängen vom Feuchte-/Temperaturniveau ab.
• Lagerung/Transport: Schwankende Außenbedingungen (Sommer/Winter, Nachtabkühlung) erfordern Schutzmaßnahmen gegen Kondensation und zu schnelle Feuchteänderungen.

Eine konsistente Klimaführung über alle Schritte reduziert Varianzen und erhöht die Prozessfähigkeit.

Häufige Fehlerquellen und Abhilfen

• Schnelle Klimasprünge: Langsamer Übergang zwischen Klimazonen, Pufferzeiten und Luftschleusen einplanen.
• Ungeeignete Sensorpositionen: Sensoren von Wärmelasten, Zugluft und Sonneneinstrahlung fernhalten, repräsentative Zonen wählen.
• Unzureichende Hygiene bei Befeuchtern: Wartungspläne, Wasseraufbereitung und regelmäßige Reinigung etablieren.
• Fehlende Dokumentation: Akklimatisierungszeiten, Sollwerte und Abweichungen protokollieren; Korrelation mit Qualitätsdaten herstellen.
• Übersehen von Kältebrücken: Bauliche Schwachstellen identifizieren (Thermografie) und isolieren, Taupunkt im Blick behalten.
• Unpassende Regelstrategie: Regelparameter an Hallenvolumen, Laständerungen und Jahreszeit anpassen; Feedforward nutzen.

Durch vorbeugende Audits und regelmäßige Reviews lässt sich die Luftfeuchtigkeitsregulierung nachhaltig stabilisieren.

Praxisempfehlungen für Verarbeitung, Lagerung und Transport

Folgende Punkte haben sich bewährt, um Schwankungen der Luftfeuchtigkeit und deren Effekte auf Wellpappe zu minimieren:

• Rollen und Zuschnitte vor der Verarbeitung bei Zielklima akklimatisieren; kalte Ware nicht unmittelbar in warm-feuchte Bereiche einschleusen.
• Materialflüsse so planen, dass Kondensationsrisiken (z. B. bei Witterungswechsel oder Nachtkühlung) verringert werden.
• Lagerlogistik mit First-in-first-out-Prinzip, Abstand zum Boden und ausreichender Luftzirkulation organisieren; Abdeckungen diffusionsoffen wählen.
• Paletten- und Regallager so anordnen, dass keine „toten Ecken“ ohne Luftwechsel entstehen; regelmäßige Begehungen und Feuchte-Screenings durchführen.
• Befeuchtungs- und Entfeuchtungstechnik mit Wartungsplänen betreiben; Hygienerisiken (Biofilme, Aerosole) proaktiv managen.
• Kommunikation zwischen Produktionsplanung, Qualitätssicherung und Instandhaltung stärken, um saisonale Anpassungen der Sollwerte frühzeitig abzustimmen.
• Andockmanagement an Laderampen mit Schleusen und Abdichtungen, um feuchte Außenluft und Wetterspitzen vom Lager fernzuhalten.
• Für längere Transporte geeignete Schutzmaßnahmen (z. B. Trockenmittel, ventilierte Abdeckungen) wählen und Klimadatenlogger nutzen.
• Verpackungseinheiten so gestalten, dass Luftzirkulation möglich bleibt; zu dichte Folierungen vermeiden, wenn Kondensationsgefahr besteht.

Ergänzend können je nach Bedarf Hinweise zu praxisnahen Informationen zu breit verfügbaren Verpackungen ab Lager für unmittelbare Bedarfe hilfreich sein, etwa wenn Lagerumschlagshäufigkeiten und Klimaführung aufeinander abgestimmt werden müssen. In der Praxis bewährt sich zudem eine klare Zuordnung von Klimazonen (Wareneingang, Zwischenlager, Verarbeitung) mit definierten Übergabeprozessen und Freigabekriterien.

Vor- und Nachteile der Luftfeuchtigkeitsregulierung

Die Vorteile der Luftfeuchtigkeitsregulierung in der Wellpappeherstellung liegen auf der Hand: durch die Steuerung der Luftfeuchtigkeit kann die Qualität der Endprodukte sichergestellt werden. Ändert sich die Feuchtigkeit in der Umgebung nicht stark, bleibt auch das Produkt konstant in Form und Festigkeit. Ein Nachteil der Regulierung ist der damit verbundene Aufwand: Es benötigt Technologie und Energie, um die Luftfeuchtigkeit konstant zu halten. Auch kann die dauerhafte Exposition gegenüber hoher Feuchtigkeit in einigen Fällen zu Schimmelbildung führen, insbesondere wenn nicht genügend Luftzirkulation vorhanden ist. Eine dritte Herausforderung besteht darin, das richtige Gleichgewicht zu finden: Ist die Luft zu trocken, kann das Produkt spröde werden. Ist die Luft zu feucht, kann es seine Form verlieren. Daher muss ein optimales Niveau an Feuchtigkeit gefunden und eingehalten werden. Zusätzlich sind Investitions- und Betriebskosten (CAPEX/OPEX), Wartungs- und Hygienekonzepte (insbesondere bei Befeuchtung), die Vermeidung von Kondensation an Kältebrücken sowie die korrekte Sensorplatzierung und -kalibrierung zu berücksichtigen. Ein stabiler, dokumentierter Regelbetrieb mit klaren Toleranzen reduziert diese Risiken und sorgt für gleichbleibende Materialeigenschaften. Ergänzend ist die Abstimmung mit dem Energiemanagement sinnvoll, um Lastspitzen zu vermeiden und Wirtschaftlichkeit, Arbeitsschutz und Materialqualität in Einklang zu bringen.

Zusammenfassung:

• Die Luftfeuchtigkeitsregulierung ermöglicht ein präzises Management der Feuchtigkeit in einem bestimmten Bereich, was für Unternehmen, die Verpackungen aus Wellpappe produzieren, von großer Bedeutung ist.
• Mit einer effektiven Kontrolle der Luftfeuchtigkeit kann die Qualität und Haltbarkeit von Wellpappenverpackungen verbessert werden, da sie anfällig für Feuchtigkeitsschäden sind.
• Eine sorgfältige Regelung der Luftfeuchtigkeit hilft auch, das Wachstum von Schimmelpilzen auf Wellpappenverpackungen zu verhindern, was eine potenzielle Kontaminationsquelle darstellt.
• Empfohlene Zielkorridore in vielen Anwendungen liegen bei etwa 45–55 % r. F. und 20–23 °C; Akklimatisierung von Material ist ein wesentlicher Erfolgsfaktor.
• Monitoring mit kalibrierten Sensoren, definierte Alarmgrenzen und dokumentierte Prüfklimata erhöhen die Reproduzierbarkeit von ECT/BCT- und Verarbeitungswerten.
• Ein ganzheitlicher Ansatz aus Technik (Befeuchten/Entfeuchten), Gebäudehülle, Logistik und Organisation minimiert Ausschuss, Verzug und Rissbildung.
• Die Beachtung von Sorptionshysterese und Taupunkt senkt Kondensationsrisiken und verbessert die Maßhaltigkeit in der gesamten Prozesskette.
• Standardisierte Prüfklimata und klare Freigabekriterien sichern die Vergleichbarkeit von Messergebnissen über Chargen und Jahreszeiten.