Modell zur Entstehung von Fingerrilligkeit
Fingerrillen sind eine wellige Ausprägung geringer Wellenlänge (~5 – 25 mm).
Während die eigentlichen Fingerrillen erst auf der fertigen Papierrolle nach der Aufwicklung visuell sichtbar werden, zeigt die Papierbahn im Bereich zwischen Kalander und Aufwicklung nur leicht wellige Strukturen (keine Fingerrillen in der Dimension von 5 mm Wellenlänge visuell sichtbar; Papier auch nicht ideal plan).
Beim Aufwickeln des bereits leicht welligen Papiers, kann die Papierbahn nicht axial ausweichen, weshalb die Fingerrillen gebildet werden. Hierbei spielen v. a.
die Wicklungsbedingungen und damit auftretenden Kräfte eine entscheidende Rolle. Zusätzlich müssen strukturelle Inhomogenitäten in der Papierstruktur, eingebracht durch den Stoffauflauf oder Strichauftrag vorliegen, die dann im Wechselspiel mit den mechanischen Wickelkräften lokal Fingerrillen entstehen lassen. Solche Inhomogenitäten können auch durch andere Aggregate wie beispielsweise durch eine zonale Vorschädigung durch den Kalander verursacht werden.
Da bei der Aufwicklung der ersten ~1.800 m Papierbahn keine Fingerrillen entstehen, scheinen hier die mechanischen Wicklungsbedingungen die Bildung von Fingerrillen zu verhindern. Ab 1.800 m werden die Fingerrillen sichtbar, da sie nicht mehr glattgezogen werden; dabei bleibt die Position der Fingerrillen bis zur äußersten Lage des Tambours in den meisten Fällen gleich. Da nun Papier-lage für PapierPapier-lage auf die entstandenen Strukturen gelegt wird, steigt der Lagendruck. Auf Grund dessen, dass das Papier auf der Rolle nicht in CD ausweichen kann (Fixierung auf Tambour bzw. andere Papierlagen), werden die vorhandenen Fingerrillen nicht plattgedrückt, sondern stärker aufgewölbt,
Abbildung 16: Matrixdarstellung der standardisierten Messrahmen- und Wickelhärtedaten; rot hervorgehoben sind die Werte der Wickelhärte -4 – -1,5
woraus eine Zunahme der Wellenlänge resultiert. Des Weiteren treten Fingerril-len vermehrt in der Mitte der Papierbahn auf, da Ausgleichsbewegungen am Randbereich eher möglich sind.
Das Auftreten der Fingerrillen ist also eine Kombination aus Wicklungsbedin-gungen und einer lokalen strukturellen Schwäche des Papiers in der Weise, dass das Papier auftretenden Spannungen nur durch die Ausbildung von Fingerrillen ausweichen kann. Sind die Fingerrillen einmal da, werden diese Fingerrillen in die neuen Lagen im Wicklungsnip zwischen Tragtrommel und Tambour eingeprägt, auch dann, wenn die Wicklungsbedingungen und/oder strukturelle Inhomogenitäten eigentlich an dieser Stelle zu keinen neuen Finger-rillen führen würden. Es gibt allerdings auch Bereiche, in denen die Wicklungs-bedingungen und/oder strukturelle Inhomogenitäten des Papiers konstant so ungünstig sind, dass permanent an diesen Stellen Fingerrillen vorhanden sind.
An diesen Stellen besonders kritischen Stellen zeigt das Papier (Messrahmen-daten) eine geringere flächenbezogene Masse, eine geringere Feuchte und erhöhte Temperatur. Die mechanische Beanspruchung bei der Aufwicklung führt nun in diesen schwachen Bereichen zum Ausweichen des Papiers durch Bildung von Fingerrillen. Erkenntnisse ausgebaut werden. So wurde ein Programm entwickelt welches auf Basis von machine learning Algorithmen und Höhenprofilbildern aus Streifenpro-jektionssmessungen ermöglicht, unterschiedliche Ausprägungen der Fingerrillig-keit automatisiert und objektiv zu klassifizieren. Gleichzeitig kann nun zusätzlich die dominantesten Wellenlängen sowohl grafisch als auch als Absolutwerte dargestellt werden.
Damit lässt sich das Fehlerbild von anderen welligen Planlageabweichungen wie z. B. Cockling eindeutig abgrenzen. Zusätzlich wurde eine Methodik entwickelt, die erstmals eine Bewertung des Auftretens der Fingerrilligkeit über die maschi-nenbreite Papierbahn ermöglicht.
Durch die Quantifizierungsmethode auf Basis der Topografiebilder konnte erstmals ein Zusammenhang zwischen der Dimension des Fehlerbildes und dem Tambourdurchmesser nachgewiesen werden. Die Fingerrillen werden erst nach einem Abstand von 35 mm von der Oberfläche des Tambourkerns sichtbar; dies entspricht in etwa 1.800 m aufgewickelter Papierbahn. Dabei steigt die Wellen-länge der Fingerrillen mit steigender Anzahl an übereinander gewickelten Papier-lagen an und liegt mit steigendem Tambourdurchmesser in stabilerer Ausprä-gung vor. Der Anstieg der Wellenlänge ist zudem abhängig von der
Vorha-Die Beobachtungen von Mac Gregor bzgl. der Faserorientierung als alleinige Hauptursache der Fingerrilligkeit, konnten im Rahmen dieses Projektes wieder-legt werden. In den Analysen wurde nicht berücksichtigt, dass die Wellenlänge
bensabschluss Entstehungsmec hanismen
der Fingerrillen stark abhängig vom Tambourdurchmesser ist. So steigt diese beispielsweise von ~5 mm auf ~16 mm an. Der Abstand der Stufendiffusoraus-gänge hingegen ist bautechnisch bedingt gleichbleibend. Gleichzeitig konnte bei den hochauflösenden Faserorientierungsmessungen kein periodisch wiederkeh-render Defekt detektiert werden.
Wäre die Faserorientierung für diesen Defekt, wie in Abbildung 5, verantwortlich, sollte bei einer Rückbefeuchtung und anschließenden Trocknung der Papierpro-be, aufgrund der unterschiedlichen Faserschrumpfung in MD und CD, abermals wellige Strukturen entstehen. Dies ist nicht der Fall (s. Abbildung 14).
Vielmehr werden durch die Rückbefeuchtung, eingefrorene Spannungen (plasti-sche Verformung) gelöst. Diese können durch die mechani(plasti-schen Belastung bei der Aufwicklung in Kombination mit stofflichen Inhomogenitäten (schwache Strukturen) auftreten – als Ursache denkbar sind auch unterschiedliche Trock-nungsbedingungen.
Ein Faserorientierungsdefekt als alleinige Hauptursache konnte somit wiederlegt werden.
Stattdessen konnte gezeigt werden, dass das Auftreten des Fehlerbildes stark abhängig von seiner Prozesshistorie ist und durch die dem Stoffauflauf folgenden Aggregate beeinflusst werden kann. So treten Fingerrillen bei der Wicklung nur dann auf, wenn das Papier mindesten einlagig gestrichen und anschließend kalandriert wurde. Je mehr Strichschichten aufgetragen werden, desto stärker wird die Ausprägung. Allerdings reicht der Strich alleine nicht aus, um fingerrilli-ges Papier bei der Aufwicklung zu erzeugen – so sind kalandrierte und unfingerrilli-gestri- ungestri-chene Papiere fehlerfrei. Weiterhin konnte auf Basis einer Datenauswertung zahlreicher Messrahmendaten herausgearbeitet werden, dass Fingerrillen v. a. in den Bereichen auftreten, an denen die flächenbezogene Masse geringer ist und folglich eine geringere Feuchte und erhöhte Temperatur zu beobachten sind.
Das im Kapitel 5.9 dargestellte Modell zur Entstehung der Fingerrillen, beschreibt diese als eine Kombination aus ungünstigen Wicklungsbedingungen am Tam-bour und einer lokalen strukturellen Schwäche des Papiers in der Weise, dass das Papier auftretenden Spannungen nur durch die Ausbildung von Fingerrillen ausweichen kann.
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