Stanzen und Rillen

In der Regel werden Stanzen und Rillen bei der Kartonverar-beitung in einem Arbeitsgang im Flachbett-Stanzautomaten durchgeführt. Dieser befindet sich entweder in direktem Anschluss an die Druckmaschine (inline) oder ist separat (offline) untergebracht. Inline-Verfahren kommen bei der Her-stellung von Zigarettenschachteln zum Einsatz, die meisten anderen Kartonanwendungen werden offline weiterverarbeitet. Stanzen und Rillen werden oft mit Prägen kombiniert.

Die Wahl der Werkzeuge, Maschineneinstellungen, Karton-sorte und Bedingungen für den Karton sind von entscheidender Bedeutung für die Erzielung einheitlicher, präziser Ergebnisse beim Stanzen und Rillen. Detaillierte technische Informationen zu diesen Bereichen erteilen die Werkzeug- und Maschinenhersteller. Nicht so ausführlich dokumentiert hingegen ist das Zusammenwirken von Maschinen, Werkzeugen und Karton.

Wichtige Kartoneigenschaften

Zunächst einmal müssen die grundsätzlichen Unterschiede zwischen den Karton-Hauptgruppen, d. h. vollgebleichtem Zellstoffkarton (GZ), Chromokarton (GC) und Chromo-Duplex-Qualitäten (GD) berücksichtigt werden. Alle drei Qualitäten können gestanzt und gerillt werden. Zufriedenstellende Ergebnisse werden jedoch nur mit der entsprechenden Feinabstimmung des Verfahrens erzielt. Der Wirkungsgrad der Kartonverarbeitung beim Stanzen, Rillen und Prägen hängt von den individuellen Eigenschaften jeder Kartonqualität ab.

Bei allen Kartonqualitäten werden die Ergebnisse von der Faserlaufrichtung, dem Feuchtigkeitsgehalt, der Dicke und der Oberflächenbehandlung (Pigmentstrich, Kunststoffbeschichtung oder Folienkaschierung) beeinflusst.

Auch die Laufeigenschaften in der Stanz- und Rillmaschine sind von großer Bedeutung. Kartonbahn oder -bogen müssen sich effektiv stanzen und rillen sowie problemlos trennen und auswerfen lassen. Der effektive Betrieb der Maschine ist durch optimale Einstellungen sicherzustellen. Darüber hinaus sind Feuchtigkeitsgehalt, Form und Abmessungen von Bahn/Bogen und Zuschnitten zu berücksichtigen. Der vorgestanzte Kartonbogen muss stabil genug sein, um zum Kartonausbrecher transportiert werden zu können. Bereits kleine Abweichungen und Störungen können zu einem Bruch führen und die gesamte Produktionslinie blockieren. Nach der Art des Kartons sind daher ein gleichbleibender Feuchtigkeitsgehalt und eine gleichmäßige Dicke die beiden nächstwichtigen Faktoren.

Stanzen

Ein guter Schnitt sollte sauber und frei von losen Fasern und Partikeln sein. Nur so werden präzise und saubere Kanten erzielt und Verunreinigungen bei der weiteren Verarbeitung des Kartons oder beim Abpackvorgang vermieden.

Die gestanzten Zuschnitte werden durch Haltepunkte zusammengehalten. Um zu vermeiden, dass die Zuschnitte beim Transport zu weiteren Stationen unbeabsichtigt getrennt werden, müssen die Haltepunkte die richtige Festigkeit aufweisen. Nur so ist eine gleichbleibend hohe Produktionsrate gewährleistet. Andererseits müssen sich die Kartonzu-schnitte im Kartonausbrecher leicht vom Stanzabfall trennen lassen. Damit trotz dieser gegensätzlichen Anforderungen optimale Ergebnisse sowie saubere und präzise Schnitte erzielt werden können, müssen die Haltepunkte von höchster Qualität sein.

Beschreibung des Stanzwerkzeugs

Die Stanzform besteht aus Stanzmessern und Rilllinien. Während des Stanzvorgangs bewegt sich das Werkzeug über dem Karton auf und ab. Das Kartonmaterial befindet sich auf der Matrize. Nach Beendigung des Vorgangs wird der gestanzte Zuschnitt ausgegeben und ein neuer zugeführt.

Am Ende dieses Handbuchs finden Sie eine Seite zum Ausklappen mit einem Stanzmuster.

Der Auswerfergummi fixiert den Bogen während des Stanzens in seiner Position und hebt den fertigen Zuschnitt aus der Stanzform.

Haltepunkte entstehen durch Einkerbung des Stanz-messers. Die Geometrie der Haltepunkte (Form und Größe) variiert und wird hauptsächlich durch die verwendete Kartonsorte bestimmt. Die Höhe der Kerbe sollte etwas größer sein als die Dicke des Kartons.

Die Werkzeugabmessungen müssen an das zu
stanzende Material angepasst werden. Fragen Sie
Ihren Materiallieferanten nach Empfehlungen.

Stanz- und Rillwerkzeuge. Klicken zum Vergrößern.

 

Wichtige Kartoneigenschaften

Chemisch gewonnene Fasern verleihen dem Karton Festigkeit und gewährleisten eine effektive Faserbindung. Dies ermöglicht Schnitte mit sauberen Kanten. Aufgrund der hohen Festigkeit von Karton aus Zellstoff sind schmalere Haltepunkte möglich. Die unterschiedlichen Festigkeitseigenschaften in Längs- und Querrichtung müssen bei der Gestaltung der Haltepunkte berücksichtigt werden. Ganz allgemein sind Haltepunkte in Längsrichtung doppelt so fest wie in Querrichtung.

Optimale Stanzbedingungen sind wichtig, um saubere, staubfreie Kanten zu erzielen. Die Festigkeit, Zähigkeit und Dichte des Kartons erfordern den Einsatz scharfer, präzise eingestellter Messer und eine gute Überwachung der Stanz-maschine. Die starken Kräfte, die beim Stanzen wirksam werden, müssen kontrolliert werden, um den sogenannten „Überlauf“ des beweglichen Stanzwerkzeugteils auf ein Minimum zu reduzieren. Gelingt dies nicht, treffen die Messer zu stark auf das Gegenstück und verschleißen sehr schnell. Außerdem wird dadurch die Qualität der Schnittkanten beeinträchtigt.

Die wichtigsten Festigkeitseigenschaften des Kartons sind Reiß- und Zugfestigkeit. Die Festigkeit der Haltepunkte ist proportional zu Zugfestigkeit und Flächengewicht. Laufeigen-schaften und Ergebnisse beim Stanzvorgang sind abhängig vom Feuchtigkeitsgehalt. Ein zu hoher Feuchtigkeitsgehalt macht den Karton fest und zäh, so dass er sich schwer stanzen lässt. Ist der Feuchtigkeitsgehalt zu niedrig, wird der Karton spröde, so dass er beim Transport leicht beschädigt werden kann. Schwierigkeiten beim Stanzen können auf die Dicke des Kartons, Schwankungen des Feuchtigkeitsgehalts, Werkzeugverschleiß und falsche Einstellungen zurückzuführen sein.

Beim Stanzen von Kartonzuschnitten ist es äußerst wichtig, die gewünschte Form präzise zu erzielen, damit die Zuschnitte bei weiteren Arbeitsgängen problemlos zugeführt werden können. Je nach Feuchtigkeitsgleichgewicht und dem mög-lichen Nachlassen der Spannung während des Stanzens können sich die Zuschnitte so verwerfen oder verformen, dass in Weiterverarbeitungs- und Abpackverfahren Störungen auftreten.

Schwankungen des Feuchtigkeitsgehalts und Formände-rungen können zu Fehlpassern zwischen Druckbild, Stan-zungen, Rillungen und Prägungen führen.

Der Verschleiß von Stanzwerkzeugen ist noch nicht hin-reichend erforscht. Strich und Faserzusammensetzung, Druckfarben und Lacke können durchaus einen Einfluss haben.


Position von Haltepunkten, die durch eine Kerbe
im Stanzwerkzeug entstehen.


Stanz- und Rillvorlage für eine Faltschachtel

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Stanzen in der Praxis

Werkzeugvorbereitung
Alle Stanzmesser müssen gleich hoch sein, damit das Stanz- werkzeug die gesamte Dicke des Kartons durchschneidet. Die Feineinstellung der Messer ist sehr wichtig, aber auch äußerst kompliziert. Veränderungen in einem Bereich des Bogens können in einem anderen Bereich zu Problemen führen. Hersteller von Stanzmaschinen können zu diesem Thema spezifischere Informationen liefern. Die Festigkeit der Haltepunkte ist von folgenden Faktoren abhängig:
• Faserlaufrichtung
• Verfahren zur Herstellung der Kerben
• Auswerfergummis der Stanzform
• Maße der Haltepunkte
• Anordnung der Haltepunkte
• Anzahl der Haltepunkte
• Feuchtigkeitsgehalt des Kartons
• Fasertyp.
The ideal position for the nicks is in line with the gripper force. The flaps of a blank should be linked with another blank by two nicks placed as far apart as possible. Nicks should not be made on glue flaps. Nicks are produced by grinding a notch in the cutting rule with a grinding wheel.
The dimensions of nicks should be as small as possible. Generally, the width of the nicks varies from 0.4 mm to 1.0 mm depending on the strength of the paperboard.

Idealerweise sollten sich die Haltepunkte in einer Linie mit den Greifern befinden. Die Laschen eines Zuschnitts sollten durch zwei Haltepunkte mit den Laschen des nächsten Zuschnitts verbunden sein. Dabei sollten die Haltepunkte so weit wie möglich auseinander und nicht auf Klebelaschen angeordnet werden. Haltepunkte entstehen durch Einker-bung des Stanzmessers mit einem Schleifwerkzeug. Die Haltepunkte sollten so klein wie möglich bemessen sein. Je nach Festigkeit des Kartons sind Haltepunkte im Allgemeinen zwischen 0,4 mm und 1,0 mm breit.

Auswerfergummis am Stanzwerkzeug

Die Auswerfergummis am Stanzwerkzeug spielen eine sehr wichtige Rolle für die Qualität des Endergebnisses. Korrekt ausgelegte Auswerfergummis fördern außerdem die Produk-tivität, da sie größere Geschwindigkeiten ermöglichen und das Risiko von Produktionsunterbrechungen durch lose Kartonabfälle in der Maschine oder nicht ordnungsgemäß ausgeworfene Bogen verringern.

Während des Stanzvorgangs fixieren und halten die Auswerfergummis den Bogen vor und beim Stanzen und helfen anschließend, den gestanzten Zuschnitt vom restlichen Bogen zu trennen. Alle Stanzmesser an den Außenkanten sollten mit Auswerfern aus „kompaktem“ Gummi versehen sein. Diese halten die Luft innerhalb der Konturen des Zuschnitts, komprimieren sie und helfen so beim Auswerfen des Bogens aus dem Stanzwerkzeug.

Um unnötige Belastungen der Haltepunkte zu vermeiden, sollten die Gummis nicht eingekerbt sein. Dies würde die Haltepunkte beim Stanzen zusätzlich belasten und ihre Festigkeit um bis zu 30 % verringern, so dass sie vorzeitig brechen könnten.

Empfehlungen

Gummis für Zuschnittstrenner mit Kerben: Der Auswerfer-gummi wird im Allgemeinen in einem Abstand zwischen 1,0 und 2,0 mm vom Stanzmesser angeordnet, um ein Brechen der Haltepunkte zu vermeiden. Die Verwendung von Profilgummi (in bestimmter Form, um die Belastungen bei der Komprimierung genauer zu verteilen) hat zu besseren Resultaten geführt: festere Haltepunkte, weniger Druckstellen und eine genauere Fixierung des Kartons beim Stanzen.

Empfehlenswert ist ein sehr harter Profilgummi (7 mm breit). Bitte beachten: Wenn unerwünschte Druckstellen auftreten, die Härte reduzieren und die Breite nach Möglichkeit erhöhen.

Gummis für Messer ohne Kerben: Die Gummis dienen hier nur zum Auswerfen des Bogens nach dem Stanzen. Die wichtigste Kartoneigenschaft ist in diesem Zusammenhang eine gute Elastizität. Der Gummi sollte mindestens auf die Hälfte seiner normalen Höhe komprimiert werden können.

Härte und Profil der Auflageelemente variieren,
je nachdem ob sie den Karton beim Stanzen
fixieren oder den Zuschnitt nach dem Stanzen
auswerfen sollen. Sowohl Kork als auch verschiedene
Typen und Härtegrade von Gummi werden verwendet.

Die unterstützenden Gummis dürfen durch die
Herstellung der Kerben nicht beschädigt werden.
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Gummis für beidseitig bedruckten Karton: Beim Stanzen eines Kartons, der beidseitig bedruckt wurde, ist es wichtig darauf zu achten, dass der Gummi härter ist. So wird vermieden, dass Druckfarbe auf der Rückseite abblättert. Besonders wichtig ist dies bei der Verwendung einer UV-Farbe oder eines UV-Lacks.

Es empfiehlt sich ein Korkgummi oder ein harter Elastomer. Das Gummiprofil sollte möglichst eng am Stanzmesser angeordnet sein.

Kolbenstanzverfahren

Kolbenstanzen ist eine kraftvolle Stanztechnik, mit der eine Vielzahl von kleinen Formen wie Etiketten, Umschläge und Karten gestanzt werden können. Anders als beim herkömm-lichen Stanzen, bei dem jeweils ein Bogen gestanzt wird, wird beim Kolbenstanzen ein ganzer Stapel gleichzeitig gestanzt. Das bedeutet natürlich auch, dass Kolbenstanzen und Rillen nicht in einem Arbeitsgang durchgeführt werden können.

Kolbenstanzen wird oft für die Verarbeitung von Papier eingesetzt, aber auch aus mehrlagigem Karton lassen sich mit diesem Verfahren erfolgreich einfache Formen stanzen. Zur Vermeidung von Abfällen wird der Karton zunächst in einer herkömmlichen Stanzmaschine auf Maß geschnitten. Dabei bleibt um die vorgesehene Form herum ein Rand von 5 bis 10 mm stehen.

Das Kolbenstanzwerkzeug besteht aus einem Ausstanzer, der an einer Spannvorrichtung angebracht ist. Damit die Kanten nicht aufblättern oder beschädigt werden, empfiehlt sich die Anwendung von Gegendruck. D. h. der Kartonstapel sollte mit einem Hydraulikkolben gegen den Ausstanzer gepresst werden. Unter anspruchsvollen Bedingungen kann nach unseren Erfahrungen ein geeigneter Lack, der das Messer schmieren kann, auch eine Beschädigung der Kanten vermeiden.

Ein Karton hoher Dichte wie ein vollgebleichter Zellstoffkarton eignet sich besser für das Kolbenstanzen als andere Kartonsorten.

Kolbenstanzverfahren. Klicken zum Vergrößern.

Laserschnittverfahren

Laserschneiden ist das aufwendigste und exklusivste Schneidverfahren. Diese Technik ermöglicht kleinste Details und äußerst komplexe Formen. Mit dem richtigen Karton ist beinahe jedes Muster realisierbar. Das Verfahrensprinzip ist recht einfach. Das Originalmotiv wird durch eine Kupfer-schablone geätzt, die anschließend über den Kartonbogen gelegt wird. Ein scharf eingestellter Laserstrahl wird über die gesamte Schablone geführt. Wo das Kupfer weggeätzt wurde, verdampft der Laserstrahl den Karton

Der für das Laserschneiden verwendete Karton sollte aus zwei Gründen möglichst leicht gestrichen sein. Zum einen kann der Laserschnitt bei einer dünneren Strichlage schneller erfolgen. Zum anderen hinterlässt das Verfahren eine leicht bräunliche Verfärbung auf der Kartonrückseite, die bei einem sehr stark gestrichenen Karton deutlicher zu erkennen ist. Diese Verfärbung kann überdruckt, aber auch als Teil des Designs integriert werden.

Da die Bogen mit der bedruckten Seite nach unten in die Laserschneidmaschine geführt werden, empfiehlt sich zur Vermeidung von Kratzern im Druck die Verwendung eines Schutzlacks. Von der Verwendung von Karton mit einer Dicke von mehr als ca. 500 μm wird dagegen abgeraten, da das Laserschnittverfahren hier an seine Grenzen stößt. Wenden Sie sich bitte an Ihren Lieferanten und führen Sie nach Möglichkeit auch Probeläufe durch.

Die Vor- und Nachteile von mehrlagigen Kartonprodukten beim Laserschnitt sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt.

Mehrlagiger Karton bietet beim Laserschnitt im Vergleich zu anderen Basismaterialien wie gestrichenem holzfreiem Papier oder Chromo-Duplex-Qualitäten einige wichtige Vorteile. Gestrichenes holzfreies Papier hat ein höheres Verhältnis von Strich zu Basismaterial und enthält üblicherweise Füllstoffe (für die Opazität). Daher wird verhältnismäßig mehr Energie benötigt, um dieselbe Dicke zu schneiden (längere Produk-tionsdauer). Wegen der großen Menge an Strichmasse und Füllstoffen fällt die Verfärbung auch stärker aus als bei Karton.

Chromo-Duplex-Qualitäten enthalten Verunreinigungen von den Sekundärfasern. Dies kann zu einer eher schwarzen als hellbraunen Verfärbung führen. Je nach Art der Chromo-Duplex-Qualität können die geringere Reiß- und Zugfestigkeit ebenfalls die Möglichkeiten für die Herstellung eines komplizierten Motivs begrenzen

Allgemeine Empfehlungen

Die Wechselwirkung zwischen Maschinen, Schneidwerk-zeugen und Karton unterscheiden sich je nach dem Schneidverfahren, dem Design, der zuvor erfolgten Oberflächenbe-handlung (z. B. Kaschierung) und der Wahl des Kartonpro-dukts für die jeweilige Anwendung.
• Im Allgemeinen sind Planlage und Dimensionsstabilität entscheidende Faktoren für die Erzielung guter Laufeigenschaften.
• Der Feuchtigkeitsgehalt ist ebenfalls äußerst wichtig. Bei einer zu hohen Feuchtigkeit lässt sich der Karton zu schwer schneiden, bei einem zu niedrigen Feuchtigkeitsgehalt wird der Karton zu spröde.
• Festigkeit ist bei einem Karton immer eine Grundvoraussetzung für gute Laufeigenschaften und ein gutes Formände-rungsvermögen. Die wichtigsten Festigkeitseigenschaften sind die Reiß- und die Zugfestigkeit.
• Wenn weiße Schnittkanten gefordert werden, muss ausschließlich aus gebleichtem Zellstoff hergestellter Karton verwendet werden.

 

 Kartonsorte
  Vorteile
  Nachteile
Chromokarton (GC)  

Geringere Dichte im Vergleich zur Dicke. Daher muss weniger Energie für das Schneiden aufgewendet werden (wirtschaftliche Produktion).

Einseitig beschichteter Chromokarton verfärbt sich weniger stark. Die Strichmenge ist im Vergleich zur Dicke geringer als bei anderen Qualitäten, die beidseitig beschichtet sind.

 

Geringere Festigkeit als GZ
Vollgebleichter Zellstoffkarton (GZ )   Das starke Fasernetz in einem GZ-Basiskarton ermöglicht ein Design mit feineren Details (bessere Festigkeit der zartesten Elemente als bei anderen Qualitäten).   Geringere Festigkeit als GZ Beidseitig vollgestrichener Zellstoffkarton verfärbt sich stärker, da die Strichmenge im Verhältnis zur Dicke größer ist als bei einseitig gestrichenem Karton.

Rillen

Das Rillen ist ein Verfahren, das den anschließenden Faltvor-gang erleichtert. Beim Rillen wird der Karton entlang genau definierter Falzlinien geschwächt, die dann beim Falten von Verpackungs- oder Grafikprodukten als Scharnier dienen.

Ohne Rillung ist es sehr schwer, beim Falten von Karton gute Ergebnisse zu erzielen. Die oberen Lagen würden reißen oder die Falzlinie wäre schlecht definiert. Bei der Papierverar-beitung (Flächengewichte unter 180 g/m²) erfolgt das Falten häufig ohne vorherige Vorbereitung der Oberfläche. Karton mit Flächengewichten über 600 g/m² muss vor dem Falten mehrmals gerillt oder auch geritzt werden.

Ausschlaggebend für eine perfekte Rillung ist das Verhältnis zwischen der Breite und der Tiefe der Rille.

Die Rillung erfolgt mit Hilfe einer dünnen Stahlleiste mit einer runden, glatten Kante (Rillmesser oder Rilllinie) und einer präzise geschnittenen Nut in einem dünnen und harten Werkstoff (Rillmatrize oder Gegenstempel). Das Rillmesser drückt den Karton, der auf der Matrize aufliegt, in die Nut und formt eine dauerhafte Rille.

Konstruktion und Leistungsmerkmale des Rillwerkzeugs spielen eine entscheidende Rolle bei der Erzielung optimaler Rillergebnisse.

Beschreibung des Rillwerkzeugs

Die Rilllinien werden in den Stempel des Rillwerkzeugs eingesetzt. Während des Rillvorgangs bewegt sich der Stempel über dem Karton, der auf dem Gegenstempel liegt, auf und ab. Nach Beendigung des Vorgangs wird der gerillte Kartonbogen ausgeworfen und ein neuer zugeführt.

Die Dicke des Rillmessers, die Nutbreite, die Matrizendicke und die Kartondicke müssen beim Rillen präzise aufeinander abgestimmt werden. Jede Kartonsorte erfordert eine andere Werkzeuggeometrie.

Rillen – eine Verformung

Der Karton wird gerillt, indem er in eine Nut in der Matrize gepresst wird. Die auftretenden Kräfte verformen den Karton auf festgelegte Weise dauerhaft. Die Rillung weist einen geringeren Biegewiderstand auf. Der Karton ist daher entlang der Rille schwächer als in der Fläche. Beim Rillen wird der Karton in vier engen Bereichen gebogen. In diesen Bereichen treten hohe Zug- oder Stauchbelastungen auf.



Rillverfahren.


Beim Rillen und anschließenden Falten ist der
Karton großen Belastungen und Verformungen
ausgesetzt.


Wenn der Karton sehr dick ist, muss er vor dem
Falten doppelt gerillt werden.
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Die Rillparameter können anhand folgender Formeln berechnet werden:



Wenn die Eindringtiefe der Dicke des Kartons entspricht, wird dieser Wert laut DIN-Norm mit ±0 angegeben. Die Eindringtiefe erhält einen positiven Wert (+), wenn die Rilltiefe geringer ist als die Dicke des Kartons, und einen negativen Wert (-), wenn die Tiefe größer ist als die Dicke. Leider hat sich diese Bezeichnung für die Eindringtiefe noch nicht überall in der Industrie durchgesetzt. Iggesund Paperboard arbeitet jedoch mit den Begriffen der DIN-Norm.

Es ist nicht immer möglich, Matrizen oder Gegenstempel einzusetzen, deren Dicke exakt der Dicke des Kartons ent-spricht. Ganz allgemein gilt, immer die nächstgrößere Dicke zu wählen, z. B. 0,40 mm für einen 0,35 mm dicken Karton.

Die Breite der Rilllinie beträgt in der Regel 0,70 mm bei Dicken zwischen 0,20 und 0,55 mm und 1,05 mm bei Kartondicken über 0,55 mm.

Die Breite der Nut entspricht immer dem Anderthalbfachen der Dicke des Kartons plus Breite der Rilllinie. Die Nut sollte schmaler sein, wenn das Rillen in Längsrichtung (MD) erfolgt.

Wichtige Kartoneigenschaften

Jede Kartonsorte weist ein unterschiedliches Rillverhalten auf. Optimale Ergebnisse können nur mit Werkzeugen erzielt werden, die auf die spezifischen Kartoneigenschaften zugeschnitten sind.

Unterschiedlicher Aufbau der Kartonlagen

Die meisten Kartonqualitäten bestehen aus mehreren Lagen. Faserzusammensetzung und physikalische Eigenschaften unterscheiden sich von einer Kartonsorte zur anderen sehr stark. Präzise Rillungen und Falze mit niedrigem Faltwider-stand können nur erzielt werden, wenn das Kartonmaterial eng und tief gerillt wurde. Während des Rill- und Faltvorgangs wird der Karton außerordentlich starken Belastungen und Verformungen ausgesetzt.

Die besten Rillergebnisse werden mit Karton erzielt, dessen Außen- und Strichlagen sich durch hohe Festigkeit auszeichnen. Außerdem muss die Rillung als stabiles Scharnier fungieren können. Im Idealfall sollte sich der Karton über die gesamte Dicke in eine bestimmte Anzahl dünner, unbeschädigter Lagen aufblättern.

Angesichts der großen Auswahl an Kartonqualitäten mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften sollte der Karton, der den Anforderungen an das Rillergebnis optimal gerecht wird, mit Sorgfalt ausgesucht werden. Die Abstimmung von Karton und Rillwerkzeug ist genauso wichtig.

Wichtige Eigenschaften

Da das Rillen eine mechanische Verformung mit sich bringt, müssen vor allem die messbaren Festigkeitseigenschaften wie Zugfestigkeit, Stauchwiderstand, Dehnung und Elastizität berücksichtigt werden.

Rillen in der Praxis

Werkzeugvorbereitung
Die Breite der Rilllinie, die Nutbreite und die Dicke der Matrize müssen unter Berücksichtigung der Kartonsorte, der Kartondicke und der Rillrichtung (Längs- oder Querrichtung) bestimmt werden.

Folgende Faktoren sind für das Rillergebnis entscheidend:
• Höhe und Breite des Rillmessers
• Dicke der Matrize
• Breite der Nut
• Genauigkeit und Härte der Matrize
• Anpressdruck der Stanzmaschine.

Es ist einfacher, in Längsrichtung (MD) als in Querrichtung (CD) zu rillen. Bei sehr hohen Anforderungen sollten die Rillungen in Querrichtung separat definiert werden. Soll der Karton sehr viele Rillungen in geringem Abstand zueinander erhalten, wird das Rillen in Längsrichtung empfohlen.

Die Präzision des Rillwerkzeugs ist ausschlaggebend für die genaue Platzierung der Rillen. Ungenaue Rillungen beeinträchtigen besonders bei bedrucktem Karton das optische Erscheinungsbild.

 

Geometrie des Rillwerkzeugs.

Rillbarkeitsbereich. Klicken zum Vergrößern.

Dicke

Nicht das Flächengewicht, sondern die Dicke ist die wichtigste Variable für die Auslegung des Rillwerkzeugs. Auch wenn sich die Kartondicke lediglich im Rahmen derselben Kartonqualität ändert, müssen die Werkzeuge entsprechend angepasst werden (siehe Abschnitt „Beschreibung des Rillwerkzeugs“). Die Unterscheidung zwischen Dicke und Grammatur ist sehr wichtig. Jede Kartonsorte hat ein anderes Dicke-Flächengewicht-Verhältnis und unterschiedliche physikalische Eigenschaften. Um optimale Ergebnisse zu erzielen, müssen die Werkzeuge auf die gewählte Kartonsorte und -dicke abgestimmt werden.

Kartonsorte

Um Ihnen bei der Optimierung Ihrer Rillergebnisse zu helfen, haben wir für jede Kartonsorte Empfehlungen ausgearbeitet. Weitere Informationen entnehmen Sie bitte dem Produktkatalog.

Prüfung der Rillergebnisse

Die Qualität einer Rillung kann durch Biegen in einem Winkel von 90° oder 180° geprüft werden. Der jeweilige Winkel hängt davon ab, ob die Kartonzuschnitte aufgerichtet und geklebt oder als geklebte plane Zuschnitte geliefert werden.

Rillungen werden subjektiv auf Fehler, Risse usw. geprüft. Ein gutes Ergebnis wird bei einem Faltfaktor von 50 % erzielt (Begriffserläuterung später in diesem Kapitel).

Kartonsorte
  Kartoneigenschaften
Rillergebnisse
Vollgebleichter Zellstoffkarton (GZ)

Dichter, fester und zäher Karton. Durchgehend feste Lagen, die sich hervorragend rillen lassen.

 

Präzise und dauerhafte Rillungen. Über ein breites Spektrum von Rillgeometrien werden Rillen mit geringem Faltwiderstand und guter Faltfähigkeit erzielt. Auch sehr enge und tiefe Rillungen sind möglich.
Chromokarton (GC)   Steifer Karton mit geringer Dichte. Feste Außenlagen, die problemlos gerillt und verformt werden können.   Präzise Rillungen. Die kompressiblen Innenlagen verringern die Dauerhaftigkeit der von den Werkzeugen definierten Rillungen. Die hohe Steifigkeit im Verhältnis zum Faltwiderstand ergibt eine gute Faltfähigkeit.
Chromo-Duplex-Qualitäten (GD)   Dichter Karton mit mittlerer bis geringer Festigkeit und Steifigkeit. Festere Außenlagen ermöglichen einfache Rillungen.   Rillungen sind möglich, wenn die Werkzeuge auf die Kartonqualität abge- stimmt werden. Physikalische Eigenschaften und Faserzusammensetzung variieren sehr stark. Daher können keine typischen Werte angegeben werden.

 

Ritzen

The bookbinding industry is developing in many fields. Demands on shorter make-ready time, shorter runs and higher speed makes the traditional creasing technique less profitable. The use of inline scoring in the binder for both soft cover production and saddle stitching as well as for folders is the prevailing technique.

Beschreibung des Ritzverfahrens

Das Papier oder der Karton durchläuft einen Satz gegenläufiger Werkzeuge mit Patrize und Matrize, die eine dauerhafte Nut in das Basismaterial pressen.

In der Faltstation wird das Basismaterial durch die an Wellen angebrachten Werkzeuge geführt, bevor es die Messerfalzeinheit durchläuft.

In der Einbandstation einer Drahtheftmaschine wird der Einband erfasst und um eine rotierende Walze mit einem Ritzrad geführt, das die Patrize darstellt.

In der Einbandstation einer Klebebindemaschine werden die Einbände durch zwei mit Werkzeugen bestückte Wellensätze geführt. Werkzeuge für Rückennuten sowie für dekorative Nuten für die Vorder- und Rückseiten von Einbänden sind gegenüberliegend angeordnet.

Es gibt drei Haupttypen des Matrizenrads:
• Eine Negativform aus weichem Gummi ohne Nut, bei der die Komprimierbarkeit der Oberfläche für die dauerhafte Verformung des Basismaterials ausreicht.
• Eine Metalloberfläche mit gefräster Nut in einem festgelegten Maß.
• Zwei verstellbare Teile aus Metall, die die Einstellung der Nutbreite ermöglichen.

Im ersten Fall ist die einzige Einstellung, die während der Produktion erfolgen kann, die Einstellung des Drucks, indem die Patrize stärker in das Basismaterial hineingepresst wird. Im zweiten Fall kann der Druck so weit erhöht werden, bis das Einschneiden des Basismaterials droht. Die Breite der Nut kann durch Anbringung einer neuen Matrize mit einem anderen Nutmaß angepasst werden. Im dritten Fall lassen sich sowohl der Druck (die Eindrucktiefe) als auch die Nutbreite durch Hebel an der Maschine unabhängig voneinander verstellen.

Faltverhalten

Im Rahmen einer Studie über 240–260 g/m² und FBB 200–240 g/m² von 2008 wurden die wichtigsten Unterschiede zwischen herkömmlichem Rillen und Ritzen in Bezug auf das Verhalten des gerillten Materials ermittelt.

Einstellungen

Die Werkzeuggeometrie für die Ritzwerkzeuge in dieser Studie sah wie folgt aus: Die Breite der Ritzpatrize wurde auf 0,7 mm eingestellt, was der Breite der Rilllinie entsprach.

Gemäß den Empfehlungen des Herstellers war die Breite der Nut beim Ritzwerkzeug etwa 0,6 mm breiter als die Nut der in der Rillstudie verwendeten Matrize.

Prinzip des Ritzverfahrens mit
gegenläufigen Werkzeugen.

In der Faltstation wird das Basismaterial
mittels an Wellen angebrachter Walzen
durch die Ritzsektion geführt.

In der Einbandstation für die
Taschenbuchproduktion wird der Karton
vierfach geritzt, wobei zwei Ritzlinien nach
innen und zwei nach außen zeigen.

Die drei üblichsten Werkzeugkonfigurationen
für das Ritzverfahren.

 

Rilltiefe (hi)

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Sowohl beim GZ- als auch beim GC-Karton war die Tiefe der Nut im geritzten Material 25 – 30 % flacher, wenn mit einer Eindringtiefe der Patrize von h = 0 gearbeitet wurde. Wurde die Eindringtiefe jedoch um 20 % erhöht, bildete sich beim GZ eine gleich tiefe Nut wie bei der herkömmlichen Rillung, doch bei den GC-Proben war sie immer noch 15 % flacher als beim gerillten Karton.
Dies lässt sich wahrscheinlich auf die höhere Dichte des GZ-Kartons zurückführen. Im Gegensatz dazu erfordert die Kompressibilität des GC-Kartons zur Erzielung einer dauerhaften Verformung gleicher Tiefe einen höheren Druck.

Rillungs-Faltwiderstandsdiagramm eines L&W-Biegeprüfgeräts.

Rillungs-Relaxationsdiagramm eines L&W-Biegeprüfgeräts. Klicken zum Vergrößern.

Nutbreite

Die Breite der Nut innerhalb der Wulst wurde aufgezeichnet, und hier ergab sich für den geritzten Karton eine größere Breite als beim gerillten Karton. Bei den GZ-Proben war die Nut etwa 20 %, beim GC 15 % breiter. Eine Erhöhung des Drucks hin zu einer positiven Eindringtiefe hatte keinen wesentlichen Einfluss auf die Breite der Nut.

Zusammenfassend kann man sagen, dass eine Ritzlinie meist flacher und breiter ist als eine Rillung.

Ein Beispiel für die Auswirkung auf den Faltwiderstand (Moment) ist im Diagramm auf der vorherigen Seite abgebildet.

Der GC- und der GZ-Karton weisen trotz des Unterschiedes in ihrem Flächengewicht nach dem Rillen einen gleichen Faltwiderstand bei 90° auf. Bei den geritzten Proben ist der Widerstand bei 90° etwa 25 % höher, hauptsächlich wegen der unvollständigen Wulstgeometrie beim geritzten Karton. Der verbleibende Widerstand nach dem Falten um 90° fällt ab und wurde über eine Dauer von 15 Sekunden aufgezeichnet. Dies ist eine wichtige zu überwachende Eigenschaft, da dies der Einspanndauer in einer Klebebindemaschine entspricht. Die Kraft, mit der der Karton nach dem Ende der Einspanndauer wieder zurückfedert, gefährdet nämlich die Intaktheit der Klebenaht. Das Moment, in das der Karton nach 15 Sekunden wieder zurückkehren möchte, ist beim geritzten Karton wiederum 25 % höher als beim gerillten Karton.

Ritzen in der Praxis

Der Hauptunterschied zwischen herkömmlichem Ritzen und dem Rillen von Kartonzuschnitten ist die Richtung der Ritzlinie. Während die Wulst beim Rillen von Karton immer innen im Falz liegt, erfolgt das Ritzen für Bücher und Broschüren hauptsächlich auf der anderen Seite. Dafür gibt es zwei Gründe: Zum einen wird die Technik vor allem für dünneres Feinpapier eingesetzt, weil hier die Aussichten für einen guten Falz mit geringem Widerstand eher schlecht sind. Eine gut definierte Delaminierung innerhalb der Struktur ist wegen des einlagigen Aufbaus von Papier und einer hohen inneren Faserbindung nämlich nur schwer möglich.

Zum anderen gibt es in drei verschiedenen Fällen eindeutige praktische Gründe:
• Das Falten der „richtig“ angeordneten Wulst würde die Genauigkeit des Falzmessers in der Falzmaschine beeinträchtigen, wenn die Wulst zwischen die Falzrollen gedrückt wird. Dies führt zu Fehlpassern und Abweichungen in der Produktion.
• Wenn die Wulst gegen die Innenseiten einer Zeitschrift gerichtet ist, wirkt sich dies möglicherweise störend auf die Ausrichtung zwischen Innenteil und Einband aus. Dies führt zu Fehlpassern bei Illustrationen, die sich über Einband und Innenseiten erstrecken. Zudem schwinden die Möglichkeiten für ein kontrolliertes und gleichbleibendes Verfahren.
• Wenn der Einband in einer Klebebindemaschine mit den Innen-seiten verbunden werden soll, verhindert die Wulst entweder den engen Sitz des Rückens oder die Durchgängigkeit der seitlichen Klebenaht an der Vorder- und Rückseite des Einbands.

 

Die herkömmliche Ausrichtung einer Rillung mit der Wulst innen im Falz kann bei
einem Faltvorgang in einer Messerfalzeinheit störend wirken.

Beim Rillen des Einbands von der
Stirnseite entsteht eine Wulst, die
die Ausrichtung zwischen Einband
und Innenseiten stören kann.

Die herkömmliche Art des Rillens und
Faltens von Karton kann den engen Sitz
des Bucheinbands verhindern.
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Wichtige Kartoneigenschaften

Es ist erwiesen, dass beim herkömmlichen Rillen tiefere und engere Rillungen entstehen, die die Faltfähigkeit verbessern. Beim Ritzen müssen die Werkzeuge und Einstellungen auf eine negative Eindringtiefe (gemäß DIN-Norm) eingestellt werden. Die Breite der Matrize muss auf ein absolutes Mindestmaß eingestellt werden, ohne dass es zu einem Einschnitt der Oberfläche kommt.

Wichtige Kartoneigenschaften für die Faltfähigkeit beim Ritzen

• Festigkeit und Zähigkeit in Längs- und Querrichtung, Zugfestigkeit, Stauchwiderstand, Dehnung und Elastizität
• Steifigkeit in Längs- und Querrichtung
• Fester und elastischer Strich

 

Problem
  Ursache und Maßnahmen
Kartonoberfläche reißt beim Faltvorgang.

Zu hohe Spannung an den Kanten der Rillung. Nut verbreitern oder Höhe der Matrize reduzieren.

Seiten der aufgerichteten Schachtel beulen aus.   Nuten in der Matrize zu breit. Rilllinie erhöhen. Zur Korrektur der Rillung Matrize erneuern. Faltwiderstand zu groß.
Unregelmäßige Rillungen; Karton faltet sich entweder links oder rechts von der Rillung.
  Nuten in der Matrize zu breit. Rilllinie erhöhen. Zur Korrektur der Rillung Matrize erneuern. Faltwiderstand zu groß.
Einreißen der Decklage.   Eindringtiefe oder Rilltiefe nicht ausreichend. Nut zu schmal. Karton zu trocken.
Ungleichmäßige Wulst   Eindringtiefe nicht ausreichend. Nut zu breit, möglicherweise durch abgenutzte Matrize.
Durchschneiden   Schlechte Ausrichtung von Rilllinie und Nut
Rückseitiges Einreißen der Rillung   Wulst in Nut, da Matrize nicht dick genug oder Nut verschmutzt.
Bersten   Rillung lokal gerissen durch Partikel o. Ä. in der Nut.
Faserausrisse   Ausrisse auf der Rückseite an den Schneidkanten durch nicht optimale Gummierung. Harten Auswerfergummi etwa 1 mm vom Messer entfernt anbringen.

Contact

Iggesund Paperboard
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