DE102004022416B4

DE102004022416B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln einer Bahn aus Papier oder Karton

Info

Publication number: DE102004022416B4
Application number: DE102004022416A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Rothfuss; Dr.-Ing. Rheims Jörg
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2004-05-06
Filing date: 2004-05-06
Publication date: 2013-02-21
Anticipated expiration: 2024-05-07
Also published as: EP1593778A1; EP1593778B1; US7422659B2; US20050257906A1; DE102004022416A1

Abstract

Verfahren zum Behandeln einer Bahn aus Papier oder Karton, bei dem ein Funktions-Strich auf die Bahn aufgetragen und die Bahn anschließend satiniert wird, indem – der Funktions-Strich berührungslos aufgetragen wird, – die Bahn online mit dem Strichauftrag satiniert wird, wobei – die Satinage in einem Breitnip eines Schuhkalanders erfolgt, der eine Schuhwalze mit einem umlaufenden Mantel und eine Gegenwalze aufweist, – man eine Temperatur der Gegenwalze (14) im Breitnip unter 60°C hält, – man bei einer Länge des Breitnips von mindestens 40 mm eine Streckenlast von maximal 600 N/mm einstellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln einer Bahn aus Papier oder Karton, bei dem ein Funktionsstrich auf die Bahn aufgetragen und die Bahn anschließend satiniert wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Behandeln einer Bahn aus Papier oder Karton mit einer Streicheinrichtung und einem Kalander.
Papier- oder Kartonbahnen, die im Folgenden auch kurz als ”Bahn” bezeichnet werden, werden vielfach mit einem Strich an mindestens einer Oberfläche versehen. Dieser Strich, also eine Beschichtung, kann unterschiedliche Zwecke haben. Man kann die Bahn glätten. Man kann dem Strich aber auch eine weitere Funktion zuweisen. Beispielsweise kann man mit Hilfe des Strichs die Bahn thermosensitiv machen.
Eine thermosensitive Bahn kann beispielsweise in Telefaxgeräten oder anderen Druckern verwendet werden, die die Bahn mit Hilfe von lokal angewendeter Hitze beschreiben.
Funktionsstriche sind allerdings relativ teuer. Dementsprechend erhöhen sich die Kosten für Bahnen, die mit einem Funktionsstrich versehen sind.
DE 102 28 117 A1 zeigt die Behandlung einer Materialbahn, bei der die Materialbahn in einer Glättvorrichtung geglättet wird. Die Materialbahn durchläuft dann eine Auftragsvorrichtung bzw. ein Streichaggregat. Auf die Auftragsvorrichtung kann eine Materialbahnglättungseinrichtung folgen, die ein Glättwerk aus der Gruppe Softnip-Kalander, Breitnip-Kalander, Hartnip-Kalander, Super-Kalander, Multinip-Glättwerk oder 1-Nip-, 2-Nip-Kalander sein kann.
DE 100 57 729 A1 beschreibt eine Vorhang-Auftragsvorrichtung, mit der ein Funktionsstrich, z. B. ein thermosensitiver Strich, auf eine Bahn aufgetragen wird. Es ist zu erkennen, dass die Bahn nach dem Auftragen des Strichs in der Auftragsvorrichtung lediglich durch einen berührungslos arbeitenden Trockner geleitet wird. Eine Satinage ist hier nicht dargestellt. Sie war bei einem Funktionsstrich auch unüblich.
WO 03/050352 A1 beschreibt ein Verfahren zum Fertigstellen einer Kartonbahn. Die Bahn wird in einem Maschinen-Kalander vorgeglättet und dann in einer Streichstation mit einem Vorstrich versehen. Dieser Strich wird mit einer Rakel geglättet. Danach durchläuft die Bahn einen Schuhkalander, um anschließend in einem ”curtain coater” mit dem Endstrich versehen zu werden.
EP 1 249 533 A1 beschreibt ein Verfahren zum Erzeugen einer Mehrschicht-gestrichenen Papier- oder Kartonbahn. Es werden verschiedene Arten von Strichen aufgetragen und zwar mit einem ”curtain coater”, also berührungslos. Allerdings ist keine Nachbehandlung vorgesehen, bei der die Bahn in einem Breitnip satiniert wird.
WO 00/70144 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von Papier und eine Papiermaschine. Die Papierbahn durchläuft eine Trockenpartie und einen Softkalander. Danach durchläuft die Bahn eine ”precoating” Station, in der eine Beschichtung mit Hilfe von Walzen aufgetragen wird. Nach dem Durchlaufen eines Nachtrocken-Abschnitts durchläuft die Bahn zwei weitere Streicheinrichtungen, in denen jeweils eine Seite der Bahn gestrichen wird. Auf jede dieser Streicheinrichtungen folgt eine Trocknungseinrichtung. Letztendlich durchläuft die Bahn einen Multi-Nip-Kalander, bevor sie aufgewickelt wird.
WO 02/103109 A1 beschreibt ein weiteres Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von LWC-Druckpapier, das einmal gestrichen ist. Nach dem Durchlaufen einer Trockenpartie wird die Bahn in einem Breitnip vorkalandriert und dann gestrichen. Der Strichauftrag erfolgt über Walzen-Auftragswerke. Danach wird die Bahn getrocknet und in einem Endkalander satiniert. Dieser Endkalander ist als 2-Nip-Soft-Kalander ausgebildet. Er weist einen ersten Nip auf, der zwischen einer unteren Walze mit einer elastischen Oberfläche und einer oberen Thermowalze gebildet ist. Beim nächsten Nip ist die Anordnung umgekehrt.
US 6 063 449 A beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Streichen einer sich bewegenden Papier- oder Kartonbahn. Hier wird eine Beschichtungseinrichtung verwendet, die den Strich auf die Bahn sprüht, also ein so genannter ”spray coater”. Danach wird die Bahn in einem Maschinenkalander mit vier hintereinander angeordneten Nips behandelt. Alternativ dazu kann ein Softnip-Kalander oder ein Superkalander vorgesehen sein.
US 6 413 371 B1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von Papier und eine Papiermaschine. Die Bahn durchläuft einen Trockner, eine Film-Leim-Presse, einen Nachtrockner, und einen Schuh-Kalander. Danach wird sie in einer Wickeleinrichtung aufgewickelt.
WO 2004/048687 A1 beschreibt ein LWC-Papier und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Hierbei wird ein Breitnip-Kalander verwendet, der eine heizbare Gegenwalze aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Bahnen mit Funktionsstrich kostengünstig herzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Durch diese Kombination läßt sich überraschenderweise die Menge des Funktionsstrichs, die zur Erfüllung bestimmter Anforderungen notwendig ist, erheblich reduzieren. Wenn der Funktionsstrich berührungslos aufgetragen wird, kann man die Schichtdicke des Funktionsstrichs auf ein Minimum einstellen. Die sich ausbildende Schicht folgt dann der Kontur der Oberfläche der Bahn, d. h. es ist nicht notwendig, die Rauhigkeit der Bahn auszugleichen und ”Täler” auszufüllen. Diese Art des Strichauftrags spart also erhebliche Kosten, weil man weniger Streichfarbe benötigt. Nach dem Auftragen des Strichs sind alle Bereiche der Bahn in ausreichendem Maße gleichmäßig mit dem Funktionsstrich bedeckt. Dadurch, daß die Bahn anschließend nicht in einem ”nor-malen” Kalander satiniert wird, bei dem zwei Walzen zusammenwirken, sondern in einem Schuhkalander, der in Laufrichtung der Bahn einen relativ langen Nip aufweist, erfolgt eine Satinage, bei der die Bahn eine gewisse Scheuerfestigkeit erhält. Es ist nicht erforderlich, daß die Bahn auf Glätte oder Glanz satiniert wird, wenngleich sich hier gewisse vorteilhafte Effekte einstellen. Man nimmt an, daß durch die Verwendung eines Breitnips die Druckspannungen, die auf die Bahn wirken, so klein gehalten werden können, daß sich die ”Spitzen”, die aufgrund der Rauhigkeit der Bahn vorhanden sind, nicht durch die durch den Funktionsstrich gebildete Schicht hindurchdrücken. Auch bei der Verwendung einer sehr dünnen Schicht des Funktionsstrichs bleibt die Bahn über ihre volle Fläche mit Streichfarbe bedeckt, so daß die Satinage den zuvor erreichten Vorteil des berührungslosen Strichauftrags nicht wieder zunichtemacht. Die Kombination aus berührungslosem Strichauftrag und Satinage im Breitnip führt also zu einer erheblichen Verminderung des Bedarfs an Material für den Funktionsstrich, mit anderen Worten, der Streichfarbe. Wenn man nun die Satinage online mit dem Strichauftrag vornimmt, dann erreicht man nicht nur Einsparungen bei der Handhabung. Die Bahn wird auch in einem Stadium satiniert, in dem der Funktionsstrich noch nicht seine endgültige Festigkeit erhalten hat. Es ist also in gewissen Grenzen noch möglich, eine Umformung zumindest an der Oberfläche des Funktionsstrichs vorzunehmen, ohne die Dicke der durch den Funktionsstrich gebildeten Schicht nennenswert zu vermindern.
Man hält eine Temperatur im Breitnip unter 60°C. Der Schuhkalander wird also ”kalt” gefahren. Dies ist ungewöhnlich, weil Schuhkalander im Grunde immer bei relativ hohen Temperaturen betrieben werden. Es hat sich aber gezeigt, daß bei den relativ niedrigen Temperaturen, die sogar noch weit unter 60°C liegen können, beispielsweise bei 40°C oder sogar 30°C, die Satinage der Bahn ausreicht, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Insbesondere bekommt die Bahn eine ausreichende Scheuerfestigkeit.
Man stellt bei einer Länge des Breitnips von mindestens 40 mm eine Streckenlast von maximal 600 N/mm ein. Dies reicht aus, um die Rauhigkeit der Bahn auf einen gewünschten Wert zu vermindern. Andererseits wird bei diesem niedrigen Wert der Streckenlast das Volumen nicht nennenswert vermindert.
Vorzugsweise hält man den Mantel der Schuhwalze des Schuhkalanders stationär und taucht die Gegenwalze in den Mantel ein. Dies hat den Vorteil, daß sich keine Manteldehnung ergibt und damit auch keine Walkarbeit. Dementsprechend ergibt sich in den Bereichen der seitlichen Randzonen auch keine Überhitzung. Der Mantel wird weniger stark beansprucht. Dementsprechend sinken die Kosten.
Bevorzugterweise verwendet man zum Auftragen des Strichs einen Curtain Coater. Ein Curtain Coater wird beispielsweise von Voith Paper, 89522 Heidenheim, Deutschland, angeboten. Mit einem Curtain Coater läßt sich der Strich berührungslos und mit einer relativ geringen Dicke auftragen.
Bevorzugterweise führt man die Bahn mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 900 bis 1.300 m/min durch den Breitnip. Bei dieser Geschwindigkeit zeigt sich das beste Satinageergebnis.
Auch ist von Vorteil, wenn man im Breitnip eine Druckspannung wählt, bei der die Dicke der Bahn um maximal 2,5% abnimmt. Damit läßt sich ein volumenschonendes Satinieren erreichen.
Die Aufgabe wird auch mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
Wie oben im Zusammenhang mit dem Verfahren ausgeführt, läßt sich mit dieser Kombination der Vorteil erreichen, daß der Strichauftrag außerordentlich dünn gehalten werden kann, ohne daß der Strich durch die nachfolgende Satinage lokal wieder zerstört wird. Am Ausgang des Breitnips erhält man eine Bahn, die gleichmäßig mit dem Funktionsstrich bedeckt ist, ohne daß beispielsweise die ”Spitzen” der Rauhigkeit der ”rohen” Bahn durch die Schicht des Funktionsstrichs hindurchgestoßen worden sind.
Die Gegenwalze weist eine Oberflächentemperatur von maximal 60°C auf. Der Schuhkalander wird also kalt gefahren. Hiervon hat man sich bislang prinzipiell keine besonders gute Wirkung versprochen. Im Zusammenhang mit einem Funktionsstrich ergibt sich aber eine ausreichende Satinagewirkung, insbesondere eine hervorragende Scheuerfestigkeit.
Der Schuhkalander weist einen Breitnip mit einer Länge von mindestens 40 mm auf, in dem eine Streckenlast von maximal 600 N/mm herrscht. Damit ergeben sich zwar nur geringe Druckspannungen. Diese Druck-spannungen reichen aber aus, um der Bahn die notwendige Scheuerfestigkeit zu vermitteln.
Auch ist von Vorteil, wenn die Schuhwalze einen stationären Schuh aufweist und die Gegenwalze in den Mantel einsenkbar ist. In diesem Fall vermeidet man Randdehnungen an den Stirnseiten des Mantels der Schuhwalze. Die Walkarbeit, die im Mantel der Schuhwalze entsteht, bleibt geringer. Damit vermeidet man Probleme mit Überhitzungen an den Randzonen. Die Beanspruchung des Mantels wird klein gehalten. Insgesamt läßt sich dadurch die Lebensdauer des Mantels erhöhen. Die Kosten werden gesenkt.
Vorzugsweise ist die Streicheinrichtung als Curtain Coater ausgebildet. Mit einem Curtain Coater läßt sich ein besonders dünner Strichauftrag erzielen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigt die
einzige Figur eine Vorrichtung zum Behandeln einer Bahn.
Die Zeichnung zeigt eine Vorrichtung 1 zum Behandeln einer Bahn 2 aus Papier oder Karton. Die Bahn kommt aus einer nur schematisch dargestellten Papier- oder Kartonmaschine 3. Sie kann stattdessen aber auch von einer Rolle, beispielsweise einer Jumborolle, abgewickelt werden.
Die Bahn 2 durchläuft eine Streicheinrichtung 4, in der ein Funktionsstrich 5 auf eine Oberfläche aufgetragen wird. Die Streicheinrichtung 4 ist hier als ”Curtain Coater” ausgebildet, der Streichfarbe in Form eines Vorhanges 6 (durch einen Pfeil symbolisiert) auf die Bahn 2 laufen läßt. Durch eine Abstimmung der ausgegebenen Menge auf die Geschwindigkeit der Bahn 2 läßt sich ein außerordentlich dünner Strich auf der Oberfläche der Bahn 2 erzeugen. Aus Gründen der Darstellbarkeit ist der Strich 5 in der Zeichnung übertrieben dick dargestellt.
Bei dem Funktionsstrich 5 kann es sich beispielsweise um einen thermosensitiven Strich handeln, so daß die Bahn 2 letztendlich ein thermosensitives Papier oder ein thermosensitiver Karton wird. Der Strich 5 enthält dabei üblicherweise außer einem Bindemittel und einigen Nebenbestandteilen zwei Farbstoffvorläufer, die durch Schmelze miteinander in Reaktion gebracht eine meist schwarze Farbe erzeugen. Die wesentlichen Anwendungsgebiete sind Telefaxpapiere, Printer-, Plotter- und Etikettenpapiere. Der thermoreaktive Strich kann durch einen nicht näher dargestellten wärmeisolierenden Vorstrich unterstützt werden, der ebenfalls mit einem Curtain Coater aufgebracht werden kann.
Die Streicheinrichtung weist eine Ausgabeeinrichtung 7 auf, die den Strich 5, der auch als ”Streichfarbe” bezeichnet werden kann, auf die Bahn 2 aufträgt, und eine Auffangwanne 8, in der seitlich überschießende Streichfarbe aufgenommen werden kann. In nicht näher dargestellter Weise kann die Streichfarbe aus der Auffangwanne 8 wieder zur Ausgabeeinrichtung 7 zurückgeführt werden.
Online zur Streicheinrichtung 4 ist ein Schuhkalander 9 angeordnet, der eine Schuhwalze 10 mit einem umlaufenden Mantel 11 und einem Stützschuh 12 aufweist. Der Stützschuh 12 weist eine Andruckfläche 13 auf, die mit nicht näher dargestellten Einrichtungen zum Einbringen von Schmiermitteln versehen ist, beispielsweise Hydrauliköl. Mit dem Mantel 11 der Schuhwalze 10 wirkt eine Gegenwalze 14 zusammen, die eine Vielzahl von peripheren Bohrungen 15 aufweist, um die Temperatur an der Oberfläche der Gegenwalze 14 einstellen zu können. Wie durch einen Doppelpfeil 16 angedeutet, ist die Gegenwalze 14 gegenüber der Schuhwalze 10 verlagerbar. Der Stützschuh 12 der Schuhwalze 10 ist stationär angeordnet. Die Gegenwalze 14 wird also in den Mantel 11 der Schuhwalze 10 eingetaucht. Dies hat den Vorteil, daß der Mantel 11 an seinen axialen Enden nicht gedehnt werden muß. Dort ist er üblicherweise mit Stirnscheiben versehen, die um eine Achse 17 rotieren.
Die Schuhwalze 10 bildet mit der Gegenwalze 14 zusammen einen Breitnip 18, in dem die Bahn 2 mit dem aufgetragenen Funktionsstrich 5 satiniert wird. Man stellt nun die Temperatur im Breitnip 18 auf einen relativ niedrigen Wert ein. Die maximale Oberflächentemperatur der Gegenwalze 14 beträgt 60°C. Um dies zu erreichen, kann es notwendig sein, die peripheren Bohrungen 15 von einem etwas kälteren Medium durchströmen zu lassen, die Gegenwalze 14 also zu kühlen. Dies hängt davon ab, wie heiß die Bahn 2 ist und welche Temperaturerhöhung sich durch die Beaufschlagung der Bahn 2 im Breitnip 18 ergibt. Vorzugsweise wird man die Temperatur der Gegenwalze 14 sogar noch niedriger wählen, nämlich bei 40°C oder nur 30°C.
Der Breitnip 18 hat in Laufrichtung der Bahn 2 eine Länge von mindestens 40 mm. Eine größere Länge ist bevorzugt. Die Länge kann bis zu 400 mm betragen. Im Breitnip erzeugt man eine Streckenlast von beispielsweise 600 N/mm, so daß sich eine Druckspannung von etwa 15 N/mm² bei einer Niplänge von 40 mm ergibt. Die Druckspannung sollte so gewählt werden, daß das Volumen der Bahn 2 im Breitnip 18 nicht wesentlich abnimmt, also beispielsweise nur um 2,5% vermindert wird.
Die Bahn 2 durchläuft den Breitnip 18 mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 900 bis 1.300 m/min. Zusammen mit der niedrigen Temperatur und der relativ geringen Druckspannung erreicht man damit, daß der Funktionsstrich 5 in ausreichendem Maße verfestigt wird, so daß die Bahn 2 eine gute Scheuerfestigkeit erhält. Die Glätte- und Glanzwerte der Bahn 2 steigen zwar ebenfalls etwas an. Dies steht jedoch hier nicht im Vordergrund.
Mit der dargestellten Vorrichtung erreicht man eine außerordentlich dünne Schichtdicke des Strichs 5, so daß man mit einer relativ geringen Menge der teuren Streichfarbe auskommt. Trotz dieser dünnen Schichtdicke bleibt die flächige Abdeckung der Bahn 2 auch dann erhalten, wenn die Bahn 2 im Breitnip 18 satiniert wird und die gestrichene Seite an der Gegenwalze 14, die eine harte und glatte Oberfläche aufweist, anliegt. Der Mantel 11 ist hingegen weicher ausgebildet, d. h. er ist plastisch verformbar.
Es ist vorteilhaft, wenn die Andruckfläche 13 so ausgebildet ist, daß sie unter Berücksichtigung der Dicke des Mantels 11 der Kontur der Umfangsfläche der Gegenwalze 14 folgt. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich.

Claims

Verfahren zum Behandeln einer Bahn aus Papier oder Karton, bei dem ein Funktions-Strich auf die Bahn aufgetragen und die Bahn anschließend satiniert wird, indem – der Funktions-Strich berührungslos aufgetragen wird, – die Bahn online mit dem Strichauftrag satiniert wird, wobei – die Satinage in einem Breitnip eines Schuhkalanders erfolgt, der eine Schuhwalze mit einem umlaufenden Mantel und eine Gegenwalze aufweist, – man eine Temperatur der Gegenwalze (14) im Breitnip unter 60°C hält, – man bei einer Länge des Breitnips von mindestens 40 mm eine Streckenlast von maximal 600 N/mm einstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den Mantel der Schuhwalze des Schuhkalanders stationär hält und die Gegenwalze in den Mantel eintauchen lässt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man zum Auftragen des Strichs einen Curtain Coater verwendet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man einen thermosensitiven Strich aufträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Bahn mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 900 bis 1.300 m/min durch den Breitnip führt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man im Breitnip eine Druckspannung wählt, bei der die Dicke der Bahn um maximal 2,5% abnimmt.
Vorrichtung zum Behandeln einer Bahn aus Papier oder Karton mit einer Streicheinrichtung und einem Kalander, mit folgender Kombination: – die Streicheinrichtung (4) ist als berührungslos arbeitende Streicheinrichtung zum Auftragen eines Funktions-Strichs ausgebildet, – der Kalander ist online nach der Streicheinrichtung (4) angeordnet und – der Kalander ist als Schuhkalander (9) mit einer einen umlaufenden Mantel (11) aufweisenden Schuhwalze (10) und einer mit der Schuhwalze (10) zusammenwirkenden Gegenwalze (14) ausgebildet, wobei die Oberflächentemperatur der Gegenwalze (14) maximal 60°C aufweist und der Schuhkalander (9) einen Breitnip (18) mit einer Länge von mindestens 40 mm aufweist, in dem eine Streckenlast von maximal 600 N/mm herrscht.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schuhwalze (10) einen stationären Schuh (12) aufweist und die Gegenwalze (14) in den Mantel (11) einsenkbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Streicheinrichtung (4) als Curtain Coater ausgebildet ist.