Theoretische und experimentelle Grundlagenuntersuchungen zum Scherschneiden von Papier

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Infolge steigender Anforderungen an Produktivität und Qualität gewinnt der Schneidprozess in der Papierverarbeitung zunehmend an Bedeutung. Technische und prozessorientierte Weiterentwicklungen erfordern eine umfassende Erarbeitung des Grundlagenwissens. Eine Analyse des Wissensstands zum Scherschneiden zeigt erhebliche Lücken im Verständnis und in der maschinentechnischen Umsetzung, wobei die Gesetzmäßigkeiten des Prozesses bislang nur hypothetisch sind. Das Ziel dieser Arbeit ist es, das Wissen über den mechanischen Schneidprozess durch eine gezielte theoretische und experimentelle Analyse der Wechselwirkungen zwischen Schnittgut und Schneidwerkzeug zu erweitern. In experimentellen Untersuchungen wird das Kraft-Verformungsverhalten von Papier unter verschiedenen Belastungen in schneidrelevanten Ebenen vollständig ermittelt. Darauf aufbauend wird ein nichtlineares elastisch-plastisches Werkstoffgesetz entwickelt, das das physikalische Verhalten von Papier mathematisch beschreibt. Die Wahl der Ansatzfunktionen und die ermittelten Werkstoffkennwerte ermöglichen eine realitätsnahe Analyse des Scherschneidvorgangs mithilfe der Finite-Elemente-Methode. Durch theoretische Berechnungen der Spannungs-Dehnungs-Zustände in der Kompressionsphase können die entscheidenden Schneidkraftkomponenten ermittelt werden. Diese Kräfte werden mit experimentell ermittelten Grenzfestigkeiten verglichen. Zur Verifikation der theoretischen Ergebnisse