Das Ziel dieser Arbeit ist einerseits die Erfassung der Durchführung von Einzelfaserzugversuchen und ihren Ergebnissen, welche bis dato in der Literatur beschrieben wurden. Andererseits sollen eigene Untersuchungen durchgeführt werden, um eine Grundlage zur Entwicklung eines Messverfahrens von Kartoneinzelfasern zu schaffen. Dafür wurden unter Beachtung aktuell geltender Normen sowie auf Basis von Erfahrungswerten Zero-Span-Zugversuche durchgeführt und die Messdaten sowie Bruchbilder analysiert. Die Auswertung hat gezeigt, dass sowohl die Einspannlänge von 0,0 mm eingehalten als auch die Faserlaufrichtung beachtet werden muss. Weiterhin konnte die Breite des eingespannten Materials als Parameter identifiziert werden. Die Ergebnisse haben zum einen die Angaben der Literatur bestätigt und zum anderen neue Forschungsaspekte aufgezeigt, die in weiterführenden Untersuchungen überprüft werden können.:1 Einleitung 2 Stand der Wissenschaft 2.1 Material – Karton 2.2 Die Kartonfaser im Netzwerk 2.2.1 Aufbau einer Kartonfaser 2.2.2 Einflussfaktoren auf dem Weg ins Fasernetzwerk 2.3 Zugversuch 2.3.1 Einzelfaserzugversuch - Einzelne Fasern 2.3.2 Einzelfaserzugversuch - Zero-Span 2.3.3 Zugversuch mit zusätzlichen Untersuchungs- und Auswertungsverfahren 3 Experimentelle Untersuchung 4 Auswertung 4.1 Einfluss der Oberflächenbeschaffenheit der Einspannbacken 4.2 Einfluss der Einspannlänge 4.3 Einfluss der Beanspruchungsrichtung 4.4 Einfluss der Probenbreite 4.5 Bruchbildanalyse 5 Fazit und Ausblick

This diploma thesis focuses on the analysis of logistic processes at Ravensburger Karton Ltd., known for the production of puzzles and games. The theoretical part provides the theoretical basis and deals with the description of each of logistics processes from development to distribution to end customers. The practical part shows how these processes work on the example of selected manufacturing company, along with their evaluation offers suggestions for possible improvements.

The thesis deals with application of method FMECA to the manufacturing process of cardboard stand. The aim of work is to describe cardboard stand manufacturing, identify fault conditions and their consequences in particular manufacturing processes. In order to increase reliability of cardboard stands, we have designed measures based on analysis of criticality.

Die vorliegende Arbeit hat die Entwicklung und Validierung eines Analysealgorithmus zur objektiven Auswertung der Materialverteilung entlang der Zarge an gezogenen Karton-formziehteilen zum Ziel. Die dafür verwendeten Messdaten werden durch Oberflächenab-tastung mit konfokaler Sensorik erzeugt. Unter Anwendung des Analysealgorithmus wer-den die Einflüsse der Prozessparameter auf die Materialverteilung ermittelt. Abschließend wird aus den gewonnenen Daten ein Ansatz zur Berechnung der Werkzeuggeometrie ent-wickelt. Zur Bestimmung der Materialverteilung wird die Zarge beidseitig abgetastet. Aus der Diffe-renz der Radien von Außen- und Innenkontur wird der Dickenverlauf entlang der Zarge bestimmt, die die Materialverteilung beschreibt. Die Messung mit konfokalen Sensoren wird mit mikroskopischen Aufnahmen von Mikrotomschnitten und röntgentomographi-schen Aufnahmen geprüft. Der Mittelwert und die Standardabweichung des Dickenverlaufs charakterisieren die Mate-rialverteilung. Der Analysealgorithmus ermittelt aus den durch Sensoren aufgenommenen Daten die charakteristischen Werte. In der Auswertung zeigt sich, dass eine Höhere Zieh-stempeltemperatur als Ziehbüchsentemperatur sowie eine hohe Temperatursumme die mittlere Dicke verringern. Eine hohe Faltenhalterkraft und eine hohe Stempeltemperatur bewirken eine gleichmäßigere Materialverteilung. Der ermittelte Zusammenhang von der Beeinflussung des Mittelwertes der Dicke mit den Temperaturunterschieden von Stempel und Büchse wird durch ein Modell der thermischen Ausdehnung von Stempel und Büchse belegt. / The present thesis comprises the development and validation of an algorithm for the objec-tive evaluation of data on material distribution alongside the architrave of drawn cardboard shells. The necessary data are obtained through detection of the surface with confocal sensors. The influences of the process parameters on material distribution are investigated with algorithm. Resulting from this data, the basis for the calculation of the tools geometry is developed. The determination of material distribution is accomplished by double-sided optical scanning of the architraves inner and outer surface. The trend of cardboard thickness alongside the architrave is calculated by the subtracion of the inside radius from the outside radius of the cardboard shell. The cardboard thickness describes material distribution. The measures with confocal sensors are approved of examined microtome cuts under microscope and x-ray analyses. Material distribution is characterised by average of the thickness and standard deviation of thickness. The analysis algorithm calculates with sensor data the characteristic values. A higher temprature of the drawing die as the temprature of the drawing box and the sum of temperatures lead to a decrease of the average thickness. The combination of a high die temperature and a high force applied by the blankholder result in a more even material distribution. The identified correlation of average thickness and temperature gradients between the drawing die and the box is discribed by thermal expansion of die and box.

Die vorliegende Arbeit hat die Entwicklung und Validierung eines Analysealgorithmus zur objektiven Auswertung der Materialverteilung entlang der Zarge an gezogenen Karton-formziehteilen zum Ziel. Die dafür verwendeten Messdaten werden durch Oberflächenab-tastung mit konfokaler Sensorik erzeugt. Unter Anwendung des Analysealgorithmus wer-den die Einflüsse der Prozessparameter auf die Materialverteilung ermittelt. Abschließend wird aus den gewonnenen Daten ein Ansatz zur Berechnung der Werkzeuggeometrie ent-wickelt. Zur Bestimmung der Materialverteilung wird die Zarge beidseitig abgetastet. Aus der Diffe-renz der Radien von Außen- und Innenkontur wird der Dickenverlauf entlang der Zarge bestimmt, die die Materialverteilung beschreibt. Die Messung mit konfokalen Sensoren wird mit mikroskopischen Aufnahmen von Mikrotomschnitten und röntgentomographi-schen Aufnahmen geprüft. Der Mittelwert und die Standardabweichung des Dickenverlaufs charakterisieren die Mate-rialverteilung. Der Analysealgorithmus ermittelt aus den durch Sensoren aufgenommenen Daten die charakteristischen Werte. In der Auswertung zeigt sich, dass eine Höhere Zieh-stempeltemperatur als Ziehbüchsentemperatur sowie eine hohe Temperatursumme die mittlere Dicke verringern. Eine hohe Faltenhalterkraft und eine hohe Stempeltemperatur bewirken eine gleichmäßigere Materialverteilung. Der ermittelte Zusammenhang von der Beeinflussung des Mittelwertes der Dicke mit den Temperaturunterschieden von Stempel und Büchse wird durch ein Modell der thermischen Ausdehnung von Stempel und Büchse belegt. / The present thesis comprises the development and validation of an algorithm for the objec-tive evaluation of data on material distribution alongside the architrave of drawn cardboard shells. The necessary data are obtained through detection of the surface with confocal sensors. The influences of the process parameters on material distribution are investigated with algorithm. Resulting from this data, the basis for the calculation of the tools geometry is developed. The determination of material distribution is accomplished by double-sided optical scanning of the architraves inner and outer surface. The trend of cardboard thickness alongside the architrave is calculated by the subtracion of the inside radius from the outside radius of the cardboard shell. The cardboard thickness describes material distribution. The measures with confocal sensors are approved of examined microtome cuts under microscope and x-ray analyses. Material distribution is characterised by average of the thickness and standard deviation of thickness. The analysis algorithm calculates with sensor data the characteristic values. A higher temprature of the drawing die as the temprature of the drawing box and the sum of temperatures lead to a decrease of the average thickness. The combination of a high die temperature and a high force applied by the blankholder result in a more even material distribution. The identified correlation of average thickness and temperature gradients between the drawing die and the box is discribed by thermal expansion of die and box.

Die vorliegende Arbeit hat die Entwicklung und Validierung eines Inline-Faltenauswertungsmoduls zur Auswertung der Faltenverteilung an gezogenen Kartonformteilen im Prozess zum Ziel. Ein entsprechend konstruierter Versuchsaufbau ermöglicht die dafür notwendigen Bilddaten innerhalb des Ziehprozesses zu akquirieren und annähernd in Echtzeit auszuwerten. Durch den Ausgleich der graduellen Beleuchtung kann unter Anwendung eines zweidimensionalen Frequenzfilters eine Kontrastoptimierung zwischen Falten und Hintergrund erreicht werden, die die Auswertung der Daten begünstigt. Mittels Kreuzkorrelation mit einem Faltenmodell kann so die Position von Falten in Bildausschnitten lokalisiert werden. Dieser neuartige Ansatz ermittelt Falten nicht nur punktuell, sondern bezieht auch die Umgebung eines Pixels in die Analyse ein. Dadurch wird eine differenzierte Klassifizierung erreicht, die robust gegenüber Bildfehlern und Rauschen ist. Eine Korrekturfunktion berücksichtigt die durch die Abbildung der runden Zarge auf die Fokusebene resultierenden Positionsabweichungen und macht die Falten einer photogrammetrischen Messung zugänglich. So lassen sich mittlere Faltenabstände und deren Standardabweichungen ermitteln, die einem Vergleich mit Referenzmessmethoden standhalten. Mit Hilfe statistischer Tests kann gezeigt werden, dass vor allem aus hohen Faltenhalterkräften, und demzufolge feinverteilten Falten, größere Abweichungen zwischen dem Inline-Faltenauswertungsmodul und der Referenzmessmethode resultieren. Eine Fehlerdiskussion legt verschiedene Gründe für dieses Verhalten dar. Weiterführende Untersuchungen weisen die prinzipielle Eignung des Verfahrens für abweichende Geometrien und Materialien nach, zeigen jedoch auch Grenzen des eingesetzten Systems auf. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen werden Verbesserungsansätze vorgeschlagen, die die Limitierungen der entwickelten Methode reduzieren können. / The present thesis includes the development and validation of a module for inline-examination of wrinkle-distribution on deep-drawn paperboard containers within the deep drawing process. A suitably constructed test-device allows to acquire the necessary images within the process and their approximately real-time evaluation. The usage of a two-dimensional frequency-filter accomplishes a contrast optimization between wrinkles and background by the compensation of a gradual illumination, which supports the evaluation of the wrinkles. Through the cross-correlation with a wrinkle-model, the position of wrinkles in image segments can be determined. This novel approach not only determines the wrinkles in a punctual way, but also it includes the environment of pixels. In this way a differentiating classification is possible, which is sturdy against image errors and noise. A correcting function considers the position errors caused by the mapping of the round frame of the deep-drawn paperboard container to the focal plane and makes the wrinkles available for a photogrammetric measurement. In this way averaged wrinkle-distances and their standard deviation can be determined that withstands the comparison with certain reference measuring methods. By statistical tests can be shown, that especially high blankholder forces and therefor small wrinkles result in higher differences between the inline examination-module and the reference measuring method. An error discussion explains various reasons for this behavior. Further tests prove the general suitability of the method for different geometries and materials, but also show limits of the applied system. Based on the gained knowledge, approaches for optimization are discussed that may improve the developed method.

Die vorliegende Arbeit hat die Entwicklung eines Konzepts für das Materialmodell zur Simulation des Ziehprozesses mit Karton zum Ziel. Der Ziehprozess stellt bei seiner Simulation hohe Anforderungen an das verwendete Materialmodell. Mehrachsige Spannungszustände und die Einflüsse von Temperatur und Feuchtigkeit müssen berücksichtigt werden. Dazu werden Materialverhalten, Materialmodelle und ihre mathematisch-physikalischen Grundlagen, Spannungssituation und Anforderungen des Ziehprozesses an ein Materialmodell analysiert. Es wird ein Konzept dargelegt, in dem die Simulation des Ziehprozesses in drei Schritte unterteilt wird. Im ersten Teil werden Materialfeuchte und Temperatur mit einem zweidimensionalen Netzwerkmodell bestimmt. Im zweiten Schritt werden Materialparameter mit Hilfe eines dreidimensionalen Netzwerkmodells in Abhängigkeit von zuvor ermittelten Feuchte- und Temperaturwerten und mechanischer Belastung gewonnen. Diese Parameter werden im dritten Teil zur Simulation des Ziehprozesses mit einem makromechanischen Materialmodell genutzt. / A concept for the development of a paperboard material model for the simulation of deepdrawing processes is presented in this thesis. Concerning its simulation, the deep drawing process of paperboard is demanding. Complex states of tension, humidity and changes of temperature during the process have to be considered. Thus properties of paperboard, material-models, their mathematical-physical background and tensions during the deep-drawing process are analyzed. A concept for the material-model, dividing the simulation in three steps, is proposed. In the first step, temperature and humidity are determined, using a two-dimensional lattice model. During the second step material parameters, depending on the state of tension are evaluated with a three-dimensional lattice model. The third step contains the simulation of the deep-drawing process with a three-dimensional continuum model.

Die vorliegende Arbeit hat die Untersuchung des Einlaufverhaltens beim Tiefziehen von Papier und Karton zum Ziel. Genauer wird das Materialversagen, welches durch Risse der Ziehteilzarge definiert ist, während der Umformung untersucht und quantifiziert. Das auftretende Verhalten des Materialversagens wird anhand einer gezielten Analyse der Systemdaten rekonstruiert und nachvollzogen. Dabei erweist sich die Reibarbeit, welche beim Transport des Ziehteiles durch die Ziehbüchse verrichtet werden muss, als signifikante Kenngröße zur Beschreibung des Materialversagens. Basierend auf dieser Ersatzkenngröße wird ein Modellentwurf zur Erkennung von fehlerhaften Ziehteilen durch Analyse der Systemdaten entwickelt. Zudem werden Versuchsreihen zur Ermittlung der Spezifikation der beim Umformen von Papier und Karton relevanten Materialeigenschaften durchgeführt, welche Anhaltspunkte bei Beschreibung der Versagensursachen geben. Weiterhin erfolgt die Untersuchung der auf den Ziehprozess einflussnehmenden Eigenschaften der Materialfeuchte und -temperatur. Des Weiteren wird ein Modell zur Quantifizierung von Ziehteileigenschaften entwickelt, anhand dessen qualitätsmindernde Eigenschaften reproduzierbar beschrieben werden können. Der Scherpunkt liegt dabei in der Untergliederung von maßgeblichen Eigenschaften in Formhaltigkeit und Faltenbild. / This thesis aims the investigation of the infeed behaviour of card board material during board pressing process. In addition, the material failure, which is defined as the breaking of the architrave of a pressing, will be examined and quantified in detail. The occurrence of material failure is reconstructed and simulated by using analysis system data. The work of friction, which must be executed during the transport of pressing through the implement, is a significant characteristic to describe that process. Based on that specification, an abstract model to detect defectives by monitoring the system data, is developed. Another focus of investigation is the process of an experimental series, developing the specification of the beard material, which is used as foundation to describe the causation of the material breakdown. Furthermore, a model of quantifying pressing qualities is developed focusing subdivision in dimensional accuracy and the quality of the crinkles.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war, über die gezielte Analyse, Messung und Bewertung, einen entscheidenden Beitrag für das grundlegende Verständnis der Haftungsmechanismen bei der Verklebung von verpackungsindustrienahen Modellsystemen zu leisten. Anhand einer Vielzahl von Untersuchungen zur Charakterisierung der Oberflächenmorphologie, -chemie, -beschaffenheit, der grenzflächenenergetischen und Benetzungseigenschaften konnten einige Ansätze für Korrelationen zwischen Stoff- und Verbundeigenschaften ermittelt werden. Dazu wurden einige neue messtechnische Erkenntnisse zur grenzflächenenergetischen Charakterisierung der Modellsysteme (Modellklebstoffe und -oberflächen) gewonnen. Es wurde allerdings gezeigt, dass bei den beiden untersuchten Klebstoffsystemen (Schmelz- und Dispersionskleber) die Haftmechanismen oft durch klebstoffspezifische Phänomene (Schmelzklebstoffe - Wachsseparation und Dispersionsklebstoffe - wässriger precursor film), welche aufgrund einer grenzflächenbedingten Phasenseparation des Klebstoffes zur Bildung einer "Trennschicht" führen, negativ verändert werden können.

Die vorliegende Arbeit hat die Entwicklung und Validierung eines Inline-Faltenauswertungsmoduls zur Auswertung der Faltenverteilung an gezogenen Kartonformteilen im Prozess zum Ziel. Ein entsprechend konstruierter Versuchsaufbau ermöglicht die dafür notwendigen Bilddaten innerhalb des Ziehprozesses zu akquirieren und annähernd in Echtzeit auszuwerten. Durch den Ausgleich der graduellen Beleuchtung kann unter Anwendung eines zweidimensionalen Frequenzfilters eine Kontrastoptimierung zwischen Falten und Hintergrund erreicht werden, die die Auswertung der Daten begünstigt. Mittels Kreuzkorrelation mit einem Faltenmodell kann so die Position von Falten in Bildausschnitten lokalisiert werden. Dieser neuartige Ansatz ermittelt Falten nicht nur punktuell, sondern bezieht auch die Umgebung eines Pixels in die Analyse ein. Dadurch wird eine differenzierte Klassifizierung erreicht, die robust gegenüber Bildfehlern und Rauschen ist. Eine Korrekturfunktion berücksichtigt die durch die Abbildung der runden Zarge auf die Fokusebene resultierenden Positionsabweichungen und macht die Falten einer photogrammetrischen Messung zugänglich. So lassen sich mittlere Faltenabstände und deren Standardabweichungen ermitteln, die einem Vergleich mit Referenzmessmethoden standhalten. Mit Hilfe statistischer Tests kann gezeigt werden, dass vor allem aus hohen Faltenhalterkräften, und demzufolge feinverteilten Falten, größere Abweichungen zwischen dem Inline-Faltenauswertungsmodul und der Referenzmessmethode resultieren. Eine Fehlerdiskussion legt verschiedene Gründe für dieses Verhalten dar. Weiterführende Untersuchungen weisen die prinzipielle Eignung des Verfahrens für abweichende Geometrien und Materialien nach, zeigen jedoch auch Grenzen des eingesetzten Systems auf. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen werden Verbesserungsansätze vorgeschlagen, die die Limitierungen der entwickelten Methode reduzieren können. / The present thesis includes the development and validation of a module for inline-examination of wrinkle-distribution on deep-drawn paperboard containers within the deep drawing process. A suitably constructed test-device allows to acquire the necessary images within the process and their approximately real-time evaluation. The usage of a two-dimensional frequency-filter accomplishes a contrast optimization between wrinkles and background by the compensation of a gradual illumination, which supports the evaluation of the wrinkles. Through the cross-correlation with a wrinkle-model, the position of wrinkles in image segments can be determined. This novel approach not only determines the wrinkles in a punctual way, but also it includes the environment of pixels. In this way a differentiating classification is possible, which is sturdy against image errors and noise. A correcting function considers the position errors caused by the mapping of the round frame of the deep-drawn paperboard container to the focal plane and makes the wrinkles available for a photogrammetric measurement. In this way averaged wrinkle-distances and their standard deviation can be determined that withstands the comparison with certain reference measuring methods. By statistical tests can be shown, that especially high blankholder forces and therefor small wrinkles result in higher differences between the inline examination-module and the reference measuring method. An error discussion explains various reasons for this behavior. Further tests prove the general suitability of the method for different geometries and materials, but also show limits of the applied system. Based on the gained knowledge, approaches for optimization are discussed that may improve the developed method.