Experimentelle und modellgestützte Untersuchung der Freisetzung feiner Stäube aus papierverarbeitenden Schneidprozessen

Kontinuierliche Schneideprozesse in der industriellen Papierverarbeitung erzeugen übermäßig viel Papierstaub. Trotz präventiver Maßnahmen sedimentieren und akkumulieren die Staubpartikeln auf Maschinenteilen oder in der Umgebung. Aufgewirbelte Stäube in der Nähe einer Zündquelle bilden eine Brandgefahr. Häufige Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten sind erforderlich, um derartige Brandereignisse zu verhindern.

In dieser Forschungsarbeit führt ein modifizierter Schneideplotter reproduzierbare Schnittsequenzen in den Konfigurationen des Messer- und Scherschneidens aus, um signifikante Einflussgrößen hinsichtlich der Staubentstehung zu identifizieren. Gravimetrische Messungen ermitteln die Staubmasse und die dynamische Bildanalyse charakterisiert die Morphologie der Staubpartikeln. Im Projektverlauf wurden zahlreiche Einflussgrößen in den Kategorien Messer- und Papiereigenschaften sowie Betriebsbedingungen einzeln variiert. Die folgenden Faktoren beeinflussen die Freisetzung des Papierstaubs maßgeblich:

• Verschleißzustand der Schneide
• Position des Schleppmessers in Schichtrichtung (ZD)
• Grammatur und Schichtdicke der Papierbahn
• Inhaltsstoffe der Papiersorte

Numerische Methoden bieten einen weiteren Ansatz zur Untersuchung der Freisetzung von Staubpartikeln aus Fasernetzwerken. Das Bonded-Particle-Model (BPM) erweitert die Diskrete-Elemente-Methode (DEM) und rekonstruiert Einzelfasern aus einer Kette sphärischer Partikeln mit virtuellen Verbindungen. Im nächsten Schritt rekonstruieren die Einzelfaser-Modelle ein Fasernetzwerk. Anschließend führt ein Schleppmesser als starres Objekt die virtuellen Schneidprozesse aus. Dabei reproduzieren die Ergebnisse aus den Simulationen die experimentellen Trends.