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Wellenbildung im Buchblock

Nahezu typisch für die im Rollenoffset gedruckten Buchblöcke ist eine mehr oder minder starke Wellenbildung an den Schnittkanten (Abb. 1 und Abb. 2). Die Welligkeit im Buchblock kann so stark ausfallen, dass sich bei der Pressung der Buchblöcke, die nach dem Einhängen in die Buchdecke notwendig wird, kein bzw. nur ein geringer Kontakt zwischen Vorsatzpapier und Buchdecke herstellen lässt . Die Folge davon sind Ablöseerscheinungen in den Bereichen des Vorsatzes, an denen keine Pressung erfolgte.

Abbildungen (von links nach rechts)

Abb. 1: Wellenbildung an den Schnittkanten.
Abb. 2: Wellenbildung an den Schnittkanten.
Abb. 3: Adsorptionsisotherme eines Rollenoffsetpapiers.
Abb. 4: Raumfeuchte im Sommer.
Abb. 5: Raumfeuchte im Winter.
Abb. 6: Minimale und maximale Rollenfeuchte bei 12 unterschiedlichen Produktionen.
Abb. 7: Feuchteschwankungen im Falzbogenstapel.
Abb. 8: Feuchteschwankungen im Falzbogenstapel durch falsche Lagerung.
Abb. 9: Feuchtemessung über der Papierbahn.

         


Mögliche Ursachen

Papier ist aufgrund seiner hygroskopischen Bestandteile Zellstoff und Holzschliff bestrebt, die Feuchte seiner Umgebung durch Adsorption bzw. Desorption aufzunehmen bzw. abzugeben. Diese Vorgänge werden anhand der sog. Sorptionsisothermen dargestellt, die den Wassergehalt (Feuchtebeladung) eines Papiers in Abhängigkeit der Temperatur und der rel. Luftfeuchte aufzeigen. Diese Sorptionsisothermen nehmen für jedes Papier einen eigenen Verlauf, jedoch ist ihre Form bei allen Papieren ähnlich. Die Adsorptionskurve beschreibt dabei die Feuchtezunahme eines ursprünglich trockenen Papiers bei sukzessiv ansteigender rel. Luftfeuchte (Abb. 3). Die Desorptionsisotherme beschreibt analog die Entwicklung bei sinkender rel. Luftfeuchte. Wird das Papier einem anderen Umgebungsklima ausgesetzt, so beginnt ein Ausgleichsvorgang durch Wasserdampfdiffusion, der solange andauert, bis der neue Gleichgewichtszustand erreicht ist. Ein derartiger Vorgang stellt sich auch beim Lauf des Papiers durch den Rollenoffsettrockner ein. Durch die Prallstrahlschwebedüsen wird Luft mit Temperaturen von 180 °C bis 300 °C und mit Geschwindigkeiten von 35 m/s bis 50 m/s auf die Bahn aufgeblasen und dem Papier somit ein hoher Wärmestrom zugeführt.

Aufgrund der übermäßigen Austrocknung des Papiers ist nach dem Trocknerdurchlauf in manchen Fällen nur noch eine Restfeuchtebeladung von <1,5 % bis 2 % abs. Feuchte in den Papieren festzustellen. Durch die Trocknung und die damit einhergehende Faserschrumpfung werden im Mikrobereich der Fasern - vor allem in den Hemicellulosen – und im Makrobereich – der fibrillären Struktur der Faserwand - zum Teil irreversible Spannungen aufgebaut . Während der Adsorptionsphase im Falzbogenstapel bzw. im Buchblock kommt es infolge der Feuchteaufnahme über die Schnittkanten, des damit einhergehenden Aufquellens der Fasern und der im Buchblock auftretenden Spannungen zur Wellenbildung im Buchblock.

Langzeitmessungen der Fogra in verschiedenen Produktionsräumen wie Papierlagern, Druckmaschinenräumen, Zwischenlagern und Buchbindereiräumen zeigten, dass während des Sommerhalbjahres mit relativ hohen Feuchtewerten von 45 % bis 55 % rel. Luftfeuchte in nahezu allen Fertigungsräumen zu rechnen ist (Abb. 4). Zwischen den, aus dem Rollenoffset kommenden, trockeneren Buchblöcken und der weitaus höheren Umgebungsfeuchte kommt es dadurch in der Regel zu einer raschen Feuchteaufnahme in den Randbereichen der Buchblöcke und damit zur möglichen Wellenbildung im Buchblock. Reklamationen zur Wellenbildung im Buchblock werden daher – infolge der hohen Feuchtedifferenzen zwischen Buchblock und Raumklima – verstärkt in den Frühlings- und Sommermonaten registriert.

Während des Winterhalbjahres herrschen durch beheizte Produktionsräume entsprechend niedrigere Luftfeuchtewerte im Raumklima. Die Werte liegen dabei im Schnitt zwischen 20 % und 35 % rel. Luftfeuchte (Abb. 5) und entsprechen in etwa den Feuchtewerten von rückbefeuchteten Rollenoffsetprodukten. Aufgrund der weitaus geringeren Raumluftfeuchte kommt es in den Wintermonaten zu einer geringfügigeren Feuchtediffusion an den Schnittkanten der Buchblöcke und damit verbunden zu einem weitaus besseren Planlageverhalten der Buchblöcke.

Für die Bewertung eines Produktes bezüglich Planlage bestehen keine verbindlichen Toleranzen. Die Frage nach Akzeptanz von Nichtplanlage hängt von der Art und Wertigkeit des Produkts ab.

Da die Wellenbildung oft im Zusammenspiel mit mehreren Faktoren entsteht, können auch durchaus mehrere der nachfolgend genannten Punkte in Kombination oder einzeln die Wellenbildung hervorrufen bzw. verstärken.

Dies sind folgende mögliche Ursachen:

1. Zu hohe Rollenfeuchte des Papiers bei Anlieferung
2. Übermäßig starkes Querdehnverhalten des Papiers
3. Zu hohe Zugkräfte bei der Bahnspannung
4. Ungünstige Drucksujet-Verteilung auf der Druckform
5. Stark ungleichmäßig aufgetragene Rückbefeuchtung
6. Ungünstige klimatische Voraussetzungen bei der Druckweiterverarbeitung und/oder bei der Lagerung


Mögliche Abhilfen

Zahlreiche Untersuchungen auf diesem Gebiet zeigten, dass die Wellenbildung durch den Einsatz von Rückbefeuchtungsanlagen tendenziell verringert, jedoch nicht ganz vermieden werden kann. Messungen an Falzbogen und auch fertigen Büchern haben gezeigt, dass sich durch eine Rückbefeuchtung während des Druckprozesses die relative Feuchte des Papiers auf 25 % bis 35 % rel. Feuchte wieder anheben lässt.

Des Weiteren weiß man, dass eine nachträgliche, langsame Reklimatisierung bei Gebrauch der Broschuren oder Bücher auf Normalklima (ca. 50 % rel. Feuchte / 23 °C) eine deutliche Verbesserung des Planlage mit sich bringt.

Als weitere Abhilfe- bzw. Vorsichtsmaßnahmen sind zu nennen:

Die Heatset-Trocknereinstellung sollte über den gesamten Fertigungszeitraum möglichst konstant gehalten werden.

Zu hohe Zugkräfte bei der Bahnspannung sind grundsätzlich zu vermeiden.

Gleichmäßig stark aufgetragene Rückbefeuchtungsmengen über die gesamte Auflage halten.

Die Verweilzeit der Papierbahn in der Trockenstrecke sollte möglichst lang sein bei möglichst geringer Trocknertemperatur. Daraus resultiert allerdings eine verminderte Produktionsgeschwindigkeit.

Die Faserlaufrichtung des Papiers sollte parallel zum Bundsteg verlaufen.

Die Rollenfeuchte des angelieferten Papiers vor Druckbeginn sollte zwischen 40 % rel. Feuchte und 45 % rel. Feuchte liegen.


Beispiele

Feuchteschwankungen in angelieferten Papierrollen

An erster Stelle der Produktionskette steht die für den Druckprozess so wichtige Eingangsfeuchte der angelieferten Papierrollen, deren Feuchtegehalt im Rollenoffset idealerweise ca. 40 % rel. Feuchte betragen sollte. Messungen an Papierlieferungen für 12 unterschiedliche Rollenoffsetproduktionen zeigten, dass von den untersuchten Fertigungen lediglich 2 Auflagen mit Rollenpapieren gefertigt wurden, die, über die ganze Auflage verteilt, in ihren Feuchtewerten nahezu im Idealbereich von 40 % rel. Feuchte lagen. Bei den übrigen untersuchten Papieranlieferungen lagen die Messwerte über die gesamte Fertigung bzw. in Teilbereichen zwischen 31 % rel. Feuchte und 68 % rel. Feuchte (Abb. 6).

Feuchteschwankungen im Falzbogenstapel

Bei einer Großauflage mit Rückbefeuchtung wurden von der Fogra Feuchtemessungen in den Falzbogenstapeln vorgenommen. Über einen Produktionszeitraum von 4 Wochen wurden 70 Falzbogenstapel untersucht. Trotz sorgfältigster Fertigung während des gesamten Herstellungsprozesses zeigten die Ergebnisse der Untersuchungen relativ starke Schwankungen mit Werten von 22 % bis 32 % rel. Feuchte (Abb. 7). Diese Feuchteschwankungen können zu unterschiedlich starker Wellenbildung in der gesamten Auflage bzw. in Teilbereichen der Auflage führen.

Feuchteschwankungen im Falzbogenstapel durch falsche Lagerung

Als weiterer kritischer Punkt ist die Lagerung von nicht eingeschweißten bzw. nicht banderolierten Falzbogenstapeln zu nennen. Messungen an offen gelagerten Falzbogenstapeln zeigten, dass in den mittleren und unteren Lagen Feuchtewerte von 5 % rel. Feuchte bis 15 % rel. Feuchte vorzufinden waren, während in den oberen Lagen des Falzbogenstapels bereits Gleichgewichtsfeuchte zwischen Falzbogen und Raumklima erreicht war (Abb. 8). Verarbeitungsprobleme in Form von unterschiedlichen Laufeigenschaften der Druckbogen bei der Weiterverarbeitung und Wellenbildung im Endprodukt Buch sind die Folge. Empfehlenswert wäre es in diesem Zusammenhang, wenn die zwischengelagerten Paletten generell eingeschweißt bzw. banderoliert würden und die Bandumreifungen erst unmittelbar vor der Weiterverarbeitung gelöst würden.

Feuchteschwankungen bei der Rückbefeuchtung

Bei Untersuchungen zur Feuchtemessungen über der Papierbahn bei laufender Produktion wurde festgestellt, dass die durch die Rückbefeuchtung aufgebrachte Wassermenge von vielen Faktoren beeinflusst wird und mitunter Schwankungen unterliegt. Neben Maschinenstillstandzeiten, Anlaufzeiten und unterschiedlichen Maschinendrehzahlen sind es vor allem unterschiedliche Maschineneinstellungen am Befeuchtungsaggregat, die zu Schwankungen innerhalb einer laufenden Produktion führen können (Abb. 9).


Allgemeine Hinweise

Für den Reklamationsfall

Rel. Feuchte des Auflagenpapiers vor dem Druck messen.

Rel. Feuchte des Auflagenpapiers nach dem Druck feststellen.

Einstellungen des Heißlufttrockners ermitteln.

Reklamierte Muster sicherstellen.


Ergänzende Literatur

FALTER, K.-A.; KIRMEIER, M.:
Erfassung der Wirkungsweise von Rückbefeuchtungsanlagen in Rollenoffsetmaschinen.
Wiesbaden: Bundesverband Druck E. V., 1995, - Informationen

WIMMER, M.:
Untersuchung von Einflussparametern auf die Verarbeitungseigenschaften von Rollenoffsetprodukten bei der Buchherstellung.
München: Fogra, 1998 (73006) - Forschungsbericht

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