1. Versuchsanleitung

2. Exp eriment e

3. Schülerer ge bn isse

c) Darstellung der Ergebnisse

b) Auswertung der Daten

4. Laborergebnisse

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Station 2: Flächenbezogene Masse

2. Experimente

a) Lösung der Aufgaben (Teil 1)

3. Schülerergebnisse

b) Lösung der Aufgaben (Trockenkurve, Teil 2)

c) Darstellung der Ergebnisse

4. Laborergebnisse

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Station 3: Reißlänge

2. Experimente

3. Schülerergebnisse

b) Darstellung der Ergebnisse (Papier 1 , Papier 2 )

4. Laborergebnisse (Papier 1 , Papier2 )

5. Fehlerbetrachtung

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Station 4: Edge-Crush-Test (ECT)

2. Experimente

b) Versuchsdurchführung

3. Schülerergebnisse

b) Darstellung der Ergebnisse

4. Laborergebnisse

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Station 5 : Ring-Crush-Test (RCT)

2. Experimente

3. Schülerergebnisse

a) Lösung der Aufgaben (Teil 1, Teil 2)

b) Darstellung der Ergebnisse

4. Laborergebnisse

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Station 6: Box-Crush-Test (BCT)

1. Versuchsanleitung

2. Experimente

3. Schülerergebnisse

b) Darstellung der Ergebnisse

4. Laborergebnisse

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Station 1 : Cobb-Test : Wasseraufnahmefähigkeit von Papier und Wellpappe

Zusammenhang (Warum misst man das ?):

Das Wellpappenpapier muß den Leim, der auf Wasserbasis zubereitet wird, gut aufsaugen. Ebenso muß das Deckenpapier die Druckfarben (ebenfalls auf Wasserbasis) gut aufsaugen und in feuchtem Zustand noch eine gute Festigkeit aufweisen. Je nach Einsatz soll die Aufnahmefähigkeit auch besonders gering sein.

Station 2 : Flächenbezogene Masse

Ein rechteckiges Prüfstück wird gewogen und in einen Zylinder mit einer Grundfläche von 100 cm²eingespannt. Dann wird es 1 cm hoch mit destilliertem Wasser bedeckt. Nach 60 s (Cobb 60) wird das Prüfstück herausgenommen und - um die noch darauf haftende Feuchtigkeit zu beseitigen - mit einem Lappen kurz abgewischt. Anschließend wird es wieder gewogen und die Massenzunahme bestimmt.

Aufgaben (So misst du das !):

1. Wiege die drei verschiedenen Prüfstücke und notiere die Meßwerte.

2. Spanne ein Prüfstück in den dafür vorgesehenen Zylinder, so dass die Außenfläche nach oben zeigt.

3. Miß den Radius des Zylinders und berechne daraus seine Grundfläche. Überlege nun, wieviel Milliliter Wasser du in den Zylinder füllen mußt, damit das eingespannte Prüfstück 1 cm hoch mit Wasser bedeckt ist. Lass dein Ergebnis vom Lehrer kontrollieren.

4. Fülle nun die errechnete Menge destillierten Wassers in den Zylinder und starte die Stoppuhr. Kippe nach 60 sec das Wasser aus und wische die feuchte Oberfläche kurz mit einem Lappen ab.

5. Wiege das Prüfstück erneut und notiere den Meßwert. Wiederhole die Messungen mit den anderen beiden Prüfstücken.

6. Berechne die Wasseraufnahme in g/m² (Gramm pro Quadratmeter Papier/Wellpappe) für jede der drei Wellpappenproben. Gib eine Formel an, mit der man die Wasseraufnahme allgemein berechnen kann.

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Zusammenhang (Warum misst man das ?):

Die Festigkeit von Kartons und Verpackungen ist direkt proportional zur Flächenmasse des Papiers.

Station 3 : Reißlänge (Dehnbarkeit) eines Papiers

Mit einem Kreisprobenschneider wird aus dem jeweiligen Papier/der jeweiligen Wellpappe ein 100 cm² Prüfstück hergestellt. Bei Papier kann das Prüfstück direkt gewogen werden, bei Wellpappe werden zuerst die Papierlagen voneinander getrennt, indem man das 100 cm² Prüfstück kurz in heißes Wasser legt, bis sich die Lagen ohne Probleme voneinander trennen lassen. Danach werden die einzelnen Lagen bei 105°C ½ Stunde im Trockenschrank getrocknet und anschließend gewogen.

Aufgaben (So misst du das !):

1. Um die Trockeneffizienz des Ofens zu bestimmen wird zunächst eine Trockenkurve aufgenommen. Dazu wird eines der drei verschiedenen Prüfstücke kurz in heißes Wasser gelegt und die drei Lagen voneinander getrennt. Dann werden diese in nassem Zustand gewogen und anschließend in den Trockenschrank (T = 105°C) gelegt.

2. Nun wird die Zeitmessung gestartet und ½ Stunde lang alle 2 Minuten erneut die Masse der drei Proben bestimmt. Die Messwerte werden in eine Tabelle der folgenden Form eingetragen:

Zeit nach Mess‑ beginn in Minuten	Masse des Außenpapiers in g	Masse des Wellenpapiers in g	Masse des Innenpapiers in g
0
2
4

3. Trage die Messwerte in ein Koordinatensystem (x-Achse: Zeit in min) und bestimme die Zeit, die eine Probe mindestens im Trockenofen gelegen haben muß, damit sie als getrocknet bezeichnet werden kann (Massenänderung < 0,1 g).

4. Wiederhole die Messung mit den beiden anderen Proben und trockne sie entsprechend der in 3. bestimmten Zeit.

5. Berechne die Flächenmasse in g/m² (Gramm pro Quadratmeter Papier/Wellpappe) für jede einzelne Lage der drei Wellpappenproben. Gib eine Formel an, mit der man die Flächenmasse allgemein berechnen kann. (Hinweis: Beim Wellenpapier muß die Masse noch um den Einzugsfaktor der Riffelwalzen/die Ellipsenfläche „×0,7“ korrigiert werden.)

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Zusammenhang (Warum misst man das ?):

Die Reißlänge ist die „minimale theoretische Länge, bei der ein aufgehängter Papierstreifen unter seinem eigenen Gewicht zerreißt“, also ein Maß dafür, bei welcher Kraft ein Papierstück mit festgelegter Länge und Breite zerreißt. Diese Größe gibt direkt Auskunft über die Belastbarkeit des verwendeten Papiers.

Papierproben mit einer Breite von 15 mm und einer freien Einspannlänge von 180 mm (Papierlänge nach dem Einspannen) werden in zwei Metallblöcke eingespannt. Ein Motor bewegt die Metallblöcke mit konstanter Geschwindigkeit auseinander, bis die Probe reißt. Die beim Bruch des Papiers wirkende Kraft ist die eine Meßgröße. Die zwei überstehenden Teilstücke der Probe werden an den Einspannblöcken abgeschnitten und zusammen gewogen. Diese Masse ist die zweite Meßgröße.

Aufgaben (So misst du das !):

1. Nimm dir je fünf Probestreifen des Well- und des Außenpapiers. Spanne einen Papierstreifen so in die beiden Holzspannblöcke, dass die Blöcke parallel zueinander stehen.

2. Hänge den 100 N-Kraftmesser an die aus dem Hebel ragende Schraube. Ziehe nun langsam an dem Kraftmesser, bis die Probe reißt. Notiere den Betrag der Kraft, unmittelbar bevor die Probe gerissen ist. Am besten führst du die Messung mit einem Partner durch: Eine Person zieht dabei langsam an dem Kraftmesser, während die andere Person sich nur auf die Skala konzentriert, um den Betrag der Kraft beim „Bruch“ genau zu bestimmen.

3. Fertige eine Skizze der Apparatur an und beantworte folgende Fragen: Handelt es sich um einen zweiseitigen oder einen einseitigen Hebel ? Welche Länge hat der Lastarm und welche der Kraftarm ? Errechne nun aus dem Hebelgesetz die Kraft F_B, bei der der Papierstreifen gerissen ist.

4. Schneide mit dem Teppichmesser die zwei überstehenden Papierreste ab und wiege sie. Notiere zu der in 3. bestimmten Kraft die zugehörige Papiermasse m.

5. Wiederhole die Messungen mit den übrigen Papierstreifen.

Berechne für jeden Papierstreifen die Reißlänge nach folgender Formel: R = (F_B×18,35)/m [R = Reißlänge in m; F_B = Kraft, bei der das Papier reißt in N; m = Masse der Probe innerhalb der Einspannlänge in g ] und gib eine mittlere Reißlänge für das Wellenpapier und das Außenpapier an.

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Station 4 : Kantenstauchwiderstand von Wellpappe (Edge-Crush-Test, ECT)

Zusammenhang (Warum misst man das ?):

Der Kantenstauchwiderstand gibt maximale Kraft an, der die Wellpappenwände hochkant noch standhalten. Er ist deshalb ein gut geeignetes Maß für die Belastbarkeit der Verpackung besonders hinsichtlich ihrer Stapelfähigkeit.

Die Wellpappenproben mit einer Breite von 25 mm und einer Länge von 100 mm werden in zwei Metallblöcke (20 x 20 x 100 mm) eingespannt. Ein Motor bewegt die Metallblöcke mit konstanter Geschwindigkeit aufeinander zu, bis die Probe bricht. Die beim Bruch der Pappe wirkende Kraft F ist dann die eine Meßgröße, die Länge l der Probe die andere.

Aufgaben (So misst du das !):

1. Nimm dir fünf der zurechtgeschnittenen Probekanten der Wellpappe. Befestige eine solchen Streifen so zwischen den beiden Holzblöcke, dass er dazwischen gerade sitzt, aber nicht fest eingespannt ist. Achte darauf, dass die beiden Holzstücke parallel zum Boden ausgerichtet sind, bevor du mit dem Stauchen der Probe beginnst.

2. Hänge den 100 N-Kraftmesser an die aus dem Hebel ragende Schraube. Ziehe nun langsam an dem Kraftmesser, bis die Probe ruckartig nachgibt („bricht“). Notiere den Betrag der Kraft, unmittelbar bevor die Probe gebrochen ist. Am besten führst du die Messung mit einem Partner durch: Eine Person zieht dabei langsam an dem Kraftmesser, während die andere Person sich nur auf die Skala konzentriert, um den Betrag der Kraft beim „Bruch“ genau zu bestimmen.

4. Wiederhole die Messungen mit den übrigen Wellpappenstreifen.

5. Berechne für jeden Streifen den Kantenstauchwiderstand nach folgender Formel: R_K = F/l [R_K = Kantenstauchwiderstand in kN/m; F = maximale Kraft, bei der die Pappe bricht in N; l = Länge der Probe in mm] und gib den mittleren Kantenstauchwiderstand für die Wellpappe an.

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Station 5 : Ringstauchwiderstand von Papier (Ring-Crush-Test, RCT)

Zusammenhang (Warum misst man das ?):

Der Ringstauchwiderstand bestimmt die mechanischen Eigenschaften der Wellpappe und steht in direktem Zusammenhang mit dem Kantenstauchwiderstand-Test (ECT). Der Ringstauchtest wird allerdings nur für die Außen-/Deckenpapiere durchgeführt.

Ein Papierstreifen einer Breite von 1,27 cm und einer Länge von 15,2 cm wird zu einem Ring geformt, indem man ihn senkrecht in einen speziellen Probenhalter steckt. Dieser Probenhalter besteht aus einem ca. 1 cm hohen Metallzylinder und einer ebenso hohen Metallscheibe, die genau in den Zylinder paßt und dabei einen Zwischenraum zur Zylinderwand läßt, in die der Papierstreifen geklemmt wird. Der Probenhalter wird mit der Probe zwischen die Druckplatten einer Druckprüfmaschine gelegt und die Platten mit konstanter Geschwindigkeit aufeinander zubewegt, bis der Papierring „bricht“. Als Messwert ergibt sich die Kraft, bei der der Ring „bricht“.

Aufgaben (So misst du das !):

1. Nimm dir fünf Papierstreifen und schneide sie so zurecht, dass sie die Probenhalterscheibe exakt umfassen.

2. Gib die Probe in den Probenhalter und stelle ihn auf das „Stauchpodest“. Richte die Druckplatte möglichst parallel zur Bodenplatte aus.

3. Hänge den 100 N-Kraftmesser an die aus dem Hebel ragende Schraube. Ziehe nun langsam an dem Kraftmesser, bis die Probe ruckartig nachgibt („bricht“). Notiere den Betrag der Kraft, unmittelbar bevor die Probe gebrochen ist. Am besten führst du die Messung mit einem Partner durch: Eine Person zieht dabei langsam an dem Kraftmesser, während die andere Person sich nur auf die Skala konzentriert, um den Betrag der Kraft beim „Bruch“ genau zu bestimmen.

4. Fertige eine Skizze der Apparatur an und beantworte folgende Fragen: Handelt es sich um einen zweiseitigen oder einen einseitigen Hebel ? Welche Länge hat der Lastarm und welche der Kraftarm ? Errechne nun aus dem Hebelgesetz die Kraft F, bei der der Papierstreifen gebrochen ist.

5. Wiederhole die Messungen mit den übrigen Deckenpapierstreifen.

6. Berechne für jeden Streifen den Ringstauchwiderstand nach folgender Formel: R_R = F/l [R_R = Ringstauchwiderstand in N/mm; F = maximale Kraft, bei der die Pappe bricht in N; l = Länge der Probe in mm] und gib den mittleren Ringstauchwiderstand für das Deckenpapier an.

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Station 6 : Stapelstauchwiderstand von Wellpappe (Box-Crush-Test, BCT)

Zusammenhang (Warum misst man das ?):

Der Stapelstauchwiderstand ist ein Maß für die Belastbarkeit einer Wellpappenkiste und sagt deshalb etwas darüber aus, wie stapelfähig eine Verpackung ist. Der Wert des Stapelstauchwider-standes ist abhängig vom Kantenstauchwiderstand (ECT), den Abmessungen und der Biegesteifigkeit der Seitenwände.