Prima Klima für Druck und Papier

Wolfgang Walenski am Januar 30, 2016

Wenn hier über das Klima geschrieben wird, so handelt es sich nicht um einen meteorologischen Diskussionsbeitrag über eine angebliche dramatische Klimaveränderung der Erde und es geht auch nicht um die Frage, ob die Wüsten einstmals grün waren. Auch soll nicht untersucht werden, warum die Tiefdruckgebiete meist von den Azoren kommen und die Hochdruckgebiete die Ostsee-Insel Hiddensee bevorzugen.  Vielmehr geht es nachfolgend  um einen kurzen Überblick um die wichtigsten Begriffe und Messinstrumente für das Klima, im Zusammenhang mit dem  Papier, dem  feuchtigkeitsempfindlichen Material des Druckers.

Papier ist  hygroskopisch. Darunter versteht man seine Eigenschaft, Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft aufzunehmen aber auch an sie wieder abzugeben. Wird der Bedruckstoff z.B. ohne klimaschützende Verpackung in einen Raum mit bestimmter relativer Feuchtigkeit gebracht, so nimmt er – je nach Raumklima – aus der Umgebungsluft Feuchtigkeit auf (Adsorption) oder gibt Feuchtigkeit ab (Desorption), und zwar bis zur Erreichung des Gleichgewichtszustandes. Dabei spielt auch die Temperatur eine nicht unwichtige Rolle. Denn bei Änderung der Raumtemperatur ergibt sich auch eine Änderung der rel. Luftfeuchtigkeit. Als Folge der Nichtbeachtung der Luftfeuchtigkeit und Temperatur können sich mehr oder weniger große Probleme sowohl im Bogendruck  im Rollen-Offsetdruck im Digitaldruck  und auch beim Kopieren ergeben. Im Bogen-Offsetdruck sind  es vor allen Dingen Probleme mit der Flachlage des Papiers wie Verspannungen,  Randwelligkeiten sowie schlechte Laufeigenschaften (z.B.stat.Aufladungen, Adhäsionserscheinungen) und den sich daraus ergebenden negativen Folgeerscheinungen Im Rollen-Offsetdruck sind es besonders z.B. Ausdehnungen der Bahn, Bahnrisse, Fehlklebungen und zusätzliche Makulaturen oder Wellenbildungen.
Die nachfolgenden Ausführungen geben einen kurzen Überblick über die verschiedenen Klimabegriffe und sie geben auch Hinweise auf die verschiedenen Instrumente und Möglichkeiten zum Messen und Prüfen der klimatischen Verhältnisse.

1.Klima-Begriffe

Absolute Luftfeuchtigkeit
Unter diesem Begriff versteht man diejenige Wassermenge in Gramm, welche in einem Kubikmeter Luft enthalten oder die Wassermenge in Gewichtsprozent, die in einem Papier vorhanden ist.  Physikalisch gesehen ist die absolute Feuchtigkeit das Gewicht des Wasserdampfes in 1 m3 Luft (g/m3). Jeder Temperatur ist ein maximal möglicher Feuchtigkeitsgehalt zugeordnet, der dem Sättigungszustand entspricht.

Maximal mögliche Luftfeuchtigkeit
Darunter versteht man diejenige Wasserdampfmenge, die Luft einer bestimmten Menge bis zur Sättigung aufnehmen kann. Setzt man die absolute Feuchtigkeit zu der maximal möglichen Luftfeuchte ins Verhältnis, ergibt sich die relative Luftfeuchtigkeit (RLF oder rel.F).

Relative Luftfeuchtigkeit
Unter der relativen Luftfeuchtigkeit versteht man also das prozentuale Verhältnis zwischen dem tatsächlichen (absoluten) Wassergehalt und dem maximal möglichen Wassergehalt der Luft bei einer bestimmten Temperatur.

RLF in % = Absolute Luftfeuchtigkeit x 100

Maximal mögliche Luftfeuchtigkeit
Die relative Luftfeuchtigkeit ist  die wichtigste Maß- und Meßgröße für das Raumklima, denn hier wird die Temperaturabhängigkeit der Luftfeuchte berücksichtigt

Gleichgewichtsfeuchtigkeit
Hygroskopische Materialien wie Papier und Karton passen sich in ihrem Feuchtigkeitsgehalt der Umgebungsluft an, sie streben einen Gleichgewichtszustand an. Daher wird die Luft, die sich in einem Papierstapel zwischen den einzelnen Bogen befindet, stets mit dem absoluten Feuchtigkeitsgehalt des Papiers im Gleichgewicht stehen. Die mit einem elektronischen Schwertfühler in einem Papierstapel gemessene Gleichgewichtsfeuchtigkeit gibt also die Beziehung zwischen der Feuchtigkeit im Material und jener der Umgebungsluft wieder.

Hysteres
Der Ausdruck Hysterese stammt aus dem Griechischen und bedeutet das Zurückbleiben einer Wirkung hinter der sie verursachenden, veränderlichen physikalischen Größe. Aufgrund der hygroskopischen Eigenschaft von Papier kann es zu einer Feuchtigkeitsaufnahme oder auch Feuchtigkeitsabgabe kommen. Dabei ist es nicht gleich, ob ein Papier durch ein Befeuchten (Absorption) oder durch Trocknen (Desorption) auf seine Endfeuchte gebracht wird. Bei gleichem absoluten Wassergehalt stellen sich in beiden Fällen verschiedene relative Luftfeuchtigkeiten ein. Dieser Sachverhalt wird als Hysterese bezeichnet.

Der Einfluß der Temperatur
Die relative Luftfeuchtigkeit wird von der Temperatur entscheidend beeinflusst. Die relative Luftfeuchtigkeit und die Temperatur sind so eng miteinander verbunden, dass sich die relative Luftfeuchtigkeit sofort ändert, sobald auch die Temperatur einer Schwankung bzw. Änderung unterworfen wird. Sinkt die Temperatur, dann steigt die relative.Luftfeuchtigkeit, umgekehrt nimmt die relative.Luftfeuchtigkeit ab, sobald die Temperatur steigt – gleicher Wassergehalt der Luft vorausgesetzt . Das bedeutet, dass ein Konstanthalten der rel.Luftfeuchtigkeit bei steigender oder sinkender Raumtemperatur nur dann möglich ist, wenn gleichzeitig be- oder entfeuchtet wird.

Tabelle: Veränderung der relativen Luftfeuchtigkeit in Abhängigkeit von der
Temperatur
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Temp.    Relative Luftfeuchtigkeit (RLF) in Prozent (%) bei gleichbleibender
°C    absoluter Luftfeuchtigkeit.
________________________________________________________
10    64    73    82    94
12    55    65    73    82    92    98
14    49    59    65    73    82    87    97
16    43    55    57    65    78    87    93    97
18    38    45    50    57    64    70    75    83    85    95
20    34    40    45    50    56    62    67    73    76    84
22    30    35    40    45    50    55    60    65    70    75
24    27    32    35    40    45    50    54    67    62    68
26    25    28    32    37    40    45    47    53    55    60
28    22    26    28    32    36    42    43    46    50    55
30    20    23    26    29    33    38    39    43    45    50
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Bei Erhöhung der Temperatur verringert sich die rel.Luftfeuchtigkeit. Umgekehrt kommt es zu einer Erhöhung, wenn die Temperatur abgesenkt wird. (Siehe Tabelle) Senkt sich  z.B. die Raumtemperatur in den Wintermonaten weil die Heizung zum Wochenende gedrosselt wurde, kommt es zu mehr oder weniger starken Anstieg der rel.Luftfeuchttigkeit. Das kann verbunden mit einer Feuchtigkeitsaufnahme durch das Papier und mit einer Randwelligkeit.
Aber nicht nur die Temperatur des Raumes, sondern auch die Temperatur der Papierstapel sollte in den Wintermonaten überwacht werden, bevor das Papier ausgepackt wird. Wird z.B. ein im Winter stark unterkühlter Papierstapel oder eine entsprechend kalte Papierrolle  ausgepackt und in die wärmere Druckerei gefahren, kommt es zu einem Niederschlag von Kondensfeuchtigkeit die sofort von den Randzonen des Stapels oder von den oberen lagen des Rollenpapiers aufgenommen wird. Es kommt zu einer Randwelligkeit und die oberen Lagen der Rolle fallen als Makulatur an.

Bei einem erwärmten Stapel wird umgekehrt die unmittelbare Umgebungsluft erwärmt. Dort sinkt die rel.Luftfeuchtigkeit der unmittelbar den Stapel umgebende Luft und die Randzonen geben feuchtigkeit ab. es treten Verspannungen auf. Darum ist es wichtig, nicht nur die Raumtemperatur, sondern auch die Stapeltemperatur vor dem Auspacken zu messen.

Beschädigungen von Rieseinschlägen oder Palettenumhüllungen sind nach dem Messen wieder zu verkleben. Im verpackten Zustand kann bei wasserdampfdichter Verpackung kein Feuchtigkeitsaustausch stattfinden. Das ist besonders im Winter wichtig, wenn Papier in unterkühltem Zustand angeliefert wird. Erst eine Temperaturangleichung vornehmen ! Die Zeit für einen solche Angleichung ist natürlich abhängig vom Größenlumen der Palette und von der Höhe der Temperaturdifferenz wischen Raum und Unterkühlung.

2. Geräte zur Klimamessung

Thermohygrograph
Zur laufenden Kontrolle der rel.Luftfeuchtigkeit und Temperatur dienen registrierende Thermohygrographen. (siehe Abbildung) Damit werden Feuchtigkeit und Temperatur auf Diagrammscheiben über einen längeren Zeitraum aufgezeichnet. So besteht auch nachträglich die Möglichkeit festzustellen, welche Klimabedingen während der Nachtzeit z.B. geherrscht haben. Klimaaufschreibungen sind auch wichtige Dokumente wenn es um die Behandlung von Papier–Reklamationen geht. Eine regelmäßige Eichung solcher Geräte mit Hilfe eines Aspirationspsychrometers ist wichtig.
Eine wesentlich bessere und komfortablere Methode der Klimaaufzeichnung ist der Einsatz eines sogenannten Datenloggers. Der Logger kann ohne Interface direkt über ein Schnittstellenkabel programmiert und ausgelesen werden. Eine Software erlaubt eine umfassende Datenanalyse über Tabellendarstellung, Kurvengrafik und Zoom-Funktion.

Schwertfühler(Stechhygrometer)
Sie dienen der Messung der Feuchtigkeit des Papiers im Stapel. Sie arbeiten wie ein Haarhygrometer. Heute werden aber fast vorwiegend die wesentlich genauer und auch schneller messende elektronisch arbeitende Schwertfühter
verwendet. (siehe Abbildung)

Aspirationspsychrometer
Das Aspirationspsychromter ist ein meteorologisch genaues Kontrollgerät zur Messung von Temperatur und Feuchtigkeit. Es kann deshalb auch als Eichgerät für andere Messinstrumente verwendet werden. Es enthält zwei Quecksilber-Glasthermometer, wovon eines für die Messung befeuchtet wird. Mit einem eingebauten Ventilator (Federwerkantrieb) wird ein Luftstrom von ca. 2m/s erzeugt. Dieser strömt gleichmäßig an den beiden Quecksilbersäulen vorbei. Dabei entsteht am feuchten Thermometer eine Verdunstungstemperatur (Verdunstungskälte) und an der trockenen Quecksilbersäule eine normale trockene Temperatur. Aus beiden Temperaturwerten, d.h. aus der Temperaturdifferenz, wird dann mit Hilfe einer Psychrometertabelle die meteorologisch genaue rel. Luftfeuchtigkeit ermittelt. (siehe Abbildung)

Haarhygrometer
Einfache Haarhygrometer sind in Druckereibetrieben zur Messung der Raumfeuchtigkeit und auch zur Messung der Gleichgewichtsfeuchtigkeit mit einem Schwertfühler leider immer noch vereinzelt anzutreffen. Solche Geräte messen aber nicht in der heute notwendigen und geforderten Genauigkeit und Schnelligkeit. Sie sollten also gegen moderne elektronische Geräte ausgetauscht werden. Das Messprinzip von Haarhygrometer beruht auf den hygroskopischen Eigenschaften von speziellen Haaren und deren damit verbundenen Längenänderung. Diese Längenänderung durch Feuchtigkeitsabgabe und – aufnahme wird über ein Hebelsystem auf einen Zeiger übertragen. Die rel. Luftfeuchtigkeit in % wird direkt auf einer Skala übertragen  und kann dort abgelesen werden. Eine ständige Eichung solcher Geräte ist unbedingt notwendig.

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