Technischer Leitfaden mit Quellen · ROLL Lab
Die Festigkeit von Papphülsen: Flat Crush, Radial Crush und Steifigkeit
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Die drei Prüfungen, und warum sie verschiedene Werte liefern
| Prüfung | Durchführung | Ergebnis |
|---|---|---|
| Flat Crush ISO 11093-9, CCTI T-108 | 100-mm-Prüfling zwischen zwei parallelen Platten mit 50–65 mm/min bis zum ersten Maximum gestaucht | Kraft pro Längeneinheit: kN/m (100 N/100 mm = 1 kN/m) |
| Radial Crush CCTI T-158 / T-159 | Die Hülse in einer Kammer, in der der Druck gleichmäßig auf die ganze Oberfläche steigt; T-158 mit Stahlkugeln und Messung des Einfalls, T-159 mit Luftschlauch | Druck beim Versagen in bar |
| Steifigkeit des Innen-Ø | Welcher Druck den Innendurchmesser um 0,1 mm einfallen lässt | bar / 0,1 mm: entscheidet, ob die Rolle von der Welle geht |
Platten oder Schraubstock?
Die beiden Werte hängen kaum zusammen: Hülsen mit gleichem Flat Crush können sehr unterschiedliche Radial-Crush-Werte haben, und umgekehrt. Der Grund ist geometrisch: Die Folie drückt die Hülse nicht zwischen zwei Platten zusammen, sie umschließt sie von allen Seiten.
Was die Folie mit der Hülse macht
Folie ist elastisch: Nach dem Wickeln schrumpft sie weiter, und jede Lage drückt auf die darunter. Auf die Hülse wirkt ein gleichmäßiger Druck, der in der Praxis von etwa 5 bis über 100 bar reicht. Innendurchmesser, Außendurchmesser und Länge ändern sich gemeinsam; kritisch ist der Innendurchmesser, denn fällt er zu stark ein, bleibt die Rolle auf dem Wickler oder passt nicht mehr auf den Abwickler.
Der Druck hängt von Größen ab, die vor der Hülse liegen: Foliendicke, Kontaktwalze, Zahl der Lagen, Zug, Folientyp und Rezeptur, Alter der Rolle, Umgebung. Down-Gauging (dünnere Folie bei gleicher Haltekraft) erhöht den Radialdruck.
Wann sie versagt: oft nicht vor Ihren Augen
| Folie | Typisches Versagen |
|---|---|
| Cast | innerhalb von 72 Stunden |
| Blas | nach 7 bis 14 Tagen |
Der Folientyp entscheidet, wann die Hülse versagt; das Verhältnis von Druck zu Radialdruckfestigkeit entscheidet, ob sie versagt. Eine Hülse, die gut aus der Linie kommt, ist noch nicht freigegeben: Man prüft nach 72 Stunden und nach 14 Tagen erneut.
Die Stauchkurve: Pappe und Kunststoff misst man nicht gleich
Kraft über Verformung
Bei Pappe (ISO 11093-9) ist der Wert die Spitze: Die Kraft steigt, die Wand gibt nach, die Kraft fällt und stabilisiert sich. Die Norm legt aber nicht fest, bei welcher Verformung die Spitze liegt; zwei Hülsen mit gleichem Wert können sie bei 3 % oder bei 10 % Verformung erreichen. Bei Kunststoff gibt es keine Spitze: Man liest die Kraft bei 3 % des Durchmessers ab (ISO 9969), und die Höchstlast liegt bei etwa dem 2,2-Fachen dieser Kraft. Eine Lastspezifikation schreibt man nach der schwächsten Hülse im Vergleich, nicht nach der höchsten Kurve.
Die Stellgrößen der Festigkeit
- Wandstärke und Kartonqualität: Die Qualität des Kartons wiegt mehr als seine Dichte. Dichterer Karton wiegt mehr; was die Festigkeit verschiebt, ist die Sorte.
- Feuchte: der stärkste Hebel und der einzige, der sich nach der Lieferung ändert. Ein Prozentpunkt mehr kostet etwa 3,6 % Flat Crush, 7,1 % Radial Crush und 12,3 % Steifigkeit des Innen-Ø (Leitfaden zur Feuchtigkeit).
- Durchmesser: Bei gleicher Wand hat eine 6"-Hülse eine geringere Radialdruckfestigkeit als eine 3"-Hülse: In Versuchen mit 10 mm Wand 28,8 bar gegenüber 39,2 (−27 %).
- Hülsenaufbau: Streifenbreite und Wickelwinkel, Kartonsorte (Rundsieb- oder Langsiebmaschine) und Leimart verschieben die Radialdruckfestigkeit auch bei gleichem Flat Crush. Das sind Entscheidungen des Herstellers: Fragen Sie danach, wenn Sie den Lieferanten wechseln.
- Alter: Die dynamische Belastbarkeit steigt mit der Ablagerung; Eillieferungen gehen mit noch nicht voll entwickelter Festigkeit raus.
Biegung, Drehmoment und stehende Last
Flat Crush und Radial Crush sagen nicht alles. Eine breite Rolle, die an den Enden gelagert ist, lässt die Hülse wie einen Balken arbeiten: Es zählen Biegebruchkraft und Biegemodul (ISO 11093-6 und -7) und auf schnellen Maschinen die kritische Drehzahl (die Formel steht auf der Seite zu Papierfabriken). Gezahnte Spannköpfe, die die Rolle anfahren und bremsen, übertragen ein Drehmoment auf die Enden: Bei schwacher Wand reißt das Papier und die Hülse dreht durch. Stehend gelagerte Rollen belasten die Hülse schließlich in axialer Richtung.
Keine dieser Festigkeiten lässt sich aus dem Flat Crush ableiten. Wenn eine davon für Ihre Linie gilt, schreiben Sie sie mit Prüfverfahren in die Spezifikation; die Begriffe erklärt das Glossar.
Eine Spezifikation, die wirklich hilft
Für eine Folienhülse: Mindest-Radial-Crush in bar mit genanntem Verfahren (T-158 oder T-159), mit Reserve auf den in der Linie gemessenen Druck; Flat Crush nach ISO 11093-9 als Produktionskontrolle; maximale Feuchte bei Lieferung, im Trockenschrank gemessen; Innen-Ø mit Toleranz nach ISO 13542 und Dreipunktmessung. Druck und Reserve im radialen Duell schätzen.
Häufige Fragen
Was ist der Flat Crush einer Papphülse?
Der Scheitelstauchwiderstand: Ein 100 mm langer Prüfling wird zwischen zwei parallelen Platten bis zum ersten Versagen zusammengedrückt. Die Norm ist die ISO 11093-9 (in Deutschland DIN ISO 11093-9, in den USA CCTI T-108). Das Ergebnis wird in kN/m oder N/100 mm angegeben.
Was ist der Unterschied zwischen Flat Crush und Radial Crush?
Beim Flat Crush wird die Hülse zwischen zwei Platten entlang einer Linie gedrückt. Beim Radial Crush wirkt ein gleichmäßiger Druck auf die ganze Oberfläche, wie bei einer aufgewickelten Folie; gemessen wird in bar (CCTI T-158 mit Stahlkugeln, T-159 mit Luftschlauch). Die beiden Werte hängen kaum zusammen: Für Folienrollen zählt der radiale Wert.
Was ist die Steifigkeit des Innendurchmessers?
Sie gibt an, wie viel bar nötig sind, damit der Innendurchmesser um 0,1 mm einfällt. Es geht nicht um Bruch, sondern um Steifigkeit, und sie entscheidet, ob sich die Rolle von der Welle ziehen lässt. Sie leidet auch am stärksten unter Feuchte: nach Schätzungen des ROLL Lab etwa −12 % je Prozentpunkt mehr Feuchte.
Wie rechnet man N/100 mm, kN/m und lbf/in um?
100 N/100 mm = 1 kN/m = 1 N/mm. 1 lbf/in = 175,1 N/m = 17,5 N/100 mm. Also sind 1.500 N/100 mm = 15 kN/m ≈ 85,7 lbf/in. Der Umrechner im ROLL Lab erledigt alle Umrechnungen.
Wie viel Druck übt eine Folienrolle auf die Hülse aus?
Laut Fachliteratur etwa 5 bis über 100 bar. Er hängt von Wickelzug, Dicke und Art der Folie, Zahl der Lagen, Kontaktwalze und Zeit ab. Die Folie schrumpft nach dem Wickeln nach und drückt weiter: Bei Castfolien kommt das Versagen typisch innerhalb von 72 Stunden, bei Blasfolien nach 7 bis 14 Tagen.
Was beeinflusst die Festigkeit einer Papphülse?
Wandstärke, Kartonqualität, Durchmesser, Feuchte, Streifenbreite und Wickelwinkel, Leimart (Silikat oder Dextrin), Alter der Hülse. Die Feuchte ist der stärkste Hebel und der einzige, der sich nach der Lieferung weiter ändert.
Warum liefert dieselbe Prüfung bei Pappe und Kunststoff andere Zahlen?
Bei Pappe (ISO 11093-9) misst man die Kraft beim ersten Versagen, also den Höchstwert. Kunststoff hat keinen solchen Höchstwert: Er wird oval und hält weiter, deshalb misst man die Kraft bei einer festen Verformung von 3 % des Durchmessers (ISO 9969). Bei Kunststoff liegt die Höchstlast etwa beim 2,2-Fachen des Werts bei 3 %.
Reicht der Flat Crush in einer Spezifikation?
Nein, wenn die Hülse unter eine Folienrolle kommt. Der Flat Crush reagiert kaum auf die Größen, die für die radiale Festigkeit zählen: Auf Feuchte und Hülsenaufbau reagiert er 3- bis 25-mal schwächer als die Steifigkeit des Innendurchmessers. Eine brauchbare Spezifikation nennt auch den Mindest-Radial-Crush in bar und das Prüfverfahren.
Quellen
- ISO 11093-9:2006 (rev. 2019) — Determination of flat crush resistance (DIN ISO 11093-9: Scheitelstauchwiderstand)
- UNI 10328-7 — italienische Norm zur Druckfestigkeit
- CCTI T-108; CCTI T-158 (Stahlkugeln, 2011); CCTI T-159 (Luftschlauch)
- ISO 9969:2007 — Thermoplastics pipes, ring stiffness
- Gerhardt, ASME Journal of Engineering Materials and Technology 112 (1990) 144–150
- Auswertung ROLL Lab
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