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Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ein Verfahren zur Ausbildung einer Profiloptik der Oberfläche von Papier, wobei eine Papierbahn zur Beschichtung der Oberfläche mit einem Oberflächenauftrag gestrichen, getrocknet und schließlich auf einer Rolle zur weiteren Verwendung aufgerollt wird. Gegenstand des Verfahrens ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Die Herstellung von Papier ist seit langer Zeit bekannt und erfolgt heute meist auf kontinuierlich arbeitenden Maschinen. Grob vereinfacht gibt es hierzu in der Papiermaschine eine Nasspartie, eine Siebpartie und eine Pressenpartie, auf die eine Trockenpartie folgt. Zur Erzielung besserer Oberflächengüten, die z.B. für das Bedrucken oder aber auch allgemein für das optische Erscheinungsbild von Vorteil sein können, wird in aller Regel mittels einer Streichvorrichtung ein Oberflächenauftrag, den man auch als Oberflächenbeschichtung bezeichnen kann, auf die Papierbahn aufgebracht, wobei anschließend eine weitere Trockenpartie folgt, bevor die Papierbahn aufgerollt wird. Eine Vorrichtung zum Aufbringen eines Oberflächenauftrages kann im Sinne der vorliegenden Anmeldung sowohl einen Streichprozess zum Erreichen einer glatten und geschlossenen Oberfläche als auch ein Stärkeauftrag oder eine Oberflächenleimung darstellen, die ebenfalls eine Veränderung der Oberflächenqualität als Ziel hat.
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In der Regel ist die Streichvorrichtung in die Papiermaschine integriert und dort zwischen zwei Trockenpartien für die durchlaufende Papierbahn angeordnet. Es ist aber auch möglich, eine Streichvorrichtung unabhängig von einer Papiermaschine im sogenannten offline-Betrieb vorzusehen. Die Papierbahn wird dann von einer angelieferten Rolle Rohpapier abgewickelt und durch die Streichvorrichtung und eine nachfolgende Trocknung geführt, bevor sie wieder aufgewickelt wird.
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Der Oberflächenauftrag in der Streichvorrichtung erfolgt durch gleichmäßiges Auftragen einer Streichsubstanz mit einer definierten Schichtdicke, wobei z.B. Rakel eingesetzt werden können.
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Es besteht gelegentlich der Kundenwunsch, ein Papier mit einer profilierten Optik vorzusehen. Diese kann farblich und/oder durch eine entsprechende Profilierung der Papierstruktur realisiert werden.
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Bekannte Lösungen greifen in die Nasspartie der Papierherstellung ein, wobei der Eingriff entweder bereits in der Siebpartie oder auch in der Pressenpartie erfolgen kann. Die Resultate sind auch als Wasserzeichen bekannt. Bei kontinuierlich arbeitenden Maschinen sind diese Maßnahmen technisch und finanziell aufwändig und benötigen ggf. auch sehr viel Platz in der Anlage. Auch entstehen durch die Stillstandzeiten für die Umrüstung hohe Kosten, wenn im laufenden Betrieb zwischen den Papierarten gewechselt werden soll. Die Eingriffe in der Nasspartie können auch die Festigkeit der Papierbahn beeinträchtigen, da sie die Struktur partiell schwächen.
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Eine weitere bekannte Lösung zur Ausbildung einer Struktur sieht vor, die quasi fertige Papierbahn mechanisch zu prägen. Auch hier entstehen sehr hohe Investitionskosten und ggf. Umrüstzeiten, wenn zwischen den Papiersorten gewechselt werden soll.
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Schließlich besteht natürlich die Möglichkeit, die Papierbahn in geeigneter Weise nachträglich zu bedrucken, wobei auch reliefartige Bedruckungen möglich sind. Unabhängig von der Art der Bedruckung entstehen auch hier erhebliche Mehrkosten durch die Druckeinrichtung, insbesondere da somit ein zusätzlicher Arbeitsschritt erfolgen muss. Bei einer Druckeinrichtung entstehen zudem auch hohe Kosten durch den zusätzlichen Verbrauch von Druckfarbe.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend fortzubilden, dass ohne großen Mehraufwand eine Profiloptik des hergestellten Papiers erreicht werden kann. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Schaffung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben. Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 7. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in Anspruch 8 angegeben, deren bevorzugte Ausführungsformen in den Ansprüchen 9 bis 13 ausgeführt sind.
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Erfindungsgemäß ist ein Verfahren der eingangs genannten Art derart ausgebildet, dass während des Streichens der Papierbahn das Auftragen der Oberflächenbeschichtung entsprechend der gewünschten Profiloptik des Papiers inhomogen durchgeführt wird.
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Es hat sich gezeigt, dass durch diese technisch einfach umsetzbare Maßnahme eine optisch deutlich wahrnehmbare Profilierung erreicht wird, die durch im Endzustand leichte farbliche Abweichungen und/oder auch durch eine reliefartige Struktur der Oberfläche erreicht wird. Die genaue Beschaffenheit der Optik und/oder Struktur der Papieroberfläche lässt sich durch die Rezeptur des Striches, deren Einfärbung und die Dickenunterschiede des Oberflächenauftrages beeinflussen, wobei diese vorstehend genannten möglichen Maßnahmen nicht abschließend zu verstehen sind.
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Der Vorteil ist, dass bereits vorhandene Streichvorrichtungen mit einfachen Mitteln umgerüstet werden können, so dass das erfindungsgemäße Verfahren mit minimalem Aufwand bei bestehenden Papiermaschinen zum Einsatz kommen kann oder auch Streichmaschinen zum nachträglichen Oberflächenauftrag, die unabhängig von einer Papiermaschine zum Einsatz kommen, leicht umgerüstet werden können.
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Vorteilhaft ist auch, dass die Grundstruktur des Papieres nicht geschwächt wird, so dass dessen mechanische Eigenschaften in vollem Umfang erhalten bleiben.
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Da der Oberflächenauftrag auch an den Stellen, an denen seine Dicke vermindert ist, in der Regel nicht auf null eingestellt wird, bleibt die durch das Streichen insgesamt verbesserte Oberflächenqualität erhalten und das Papier kann in bislang bekannter Weise bedruckt werden, wenn dies gewünscht ist.
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In einer bevorzugten Ausbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Strich linienförmig aufgetragen wird.
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Diese Art des Auftragens führt zu einer rippenartigen Optik der Papieroberfläche, die ein besonders harmonisches Erscheinungsbild erzeugt und oft nachgefragt wird und sich im Übrigen in einem Verfahren bei einer kontinuierlich laufenden Papierbahn auch besonders einfach verfahrenstechnisch umsetzen lässt.
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Selbstverständlich kann in einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen sein, dass die Oberlächenbeschichtung beidseitig auf die Papierbahn aufgetragen wird, wobei das Auftragen auf wenigstens einer Seite inhomogen durchgeführt wird, um die gewünschte Profilierung zu erreichen. Die Profilierung kann natürlich auf beiden Seiten der Papierbahn durchgeführt werden.
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Eine praktische Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Papierbahn zwischen zwei Walzen geführt wird und der Strich auf wenigstens eine Walze vollflächig aufgetragen wird, wobei die Auftragsstärke des Striches auf wenigstens dieser Walze mittels eines Schabers partiell reduziert oder vollständig entfernt wird.
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Das Auftragen der Streichsubstanz auf eine Walze und anschließende Übertragung auf die Papierbahn ist an sich bekannt, wobei sich die Walze aber auch sehr gut für das Zusammenwirken mit einem Schaber eignet, um ohne Veränderung des Auftrages auf die Walze den inhomogenen Auftrag zu ermöglichen.
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Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung des Verfahrens zur Ausbildung einer linienförmigen Profilierung sieht vor, dass der Schaber kammartig ausbildet und mit seinen Zinken in Richtung der Oberfläche der jeweiligen Walze angedrückt wird.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die Position des Schabers axial in Bezug auf die Walze kontinuierlich oder in bestimmten Zeitabständen verändert wird. Hierdurch wird vermieden, dass die Walze an den Andruckstellen des Schabers frühzeitig durch Riefenbildung versschleißen könnte.
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Wie bereits erwähnt, kann das Streichen der Papierbahn vorzugsweise in den Herstellungsprozess des Papiers eingebunden werden, wobei das Papier unter Ausbildung einer Papierbahn zunächst entwässert, gepresst, und getrocknet wird, bevor das inhomogene Streichen der Oberfläche wenigstens einer Seite der Papierbahn durchgeführt wird.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Streichmaschine zum Beschichten von Oberflächen einer Papierbahn, wobei wenigstens eine Walze, auf der die Papierbahn geführt ist, und wenigstens eine Auftragsvorrichtung zum Auftragen von Streichsubstanz auf eine Walze vorgesehen ist, bei der erfindungsgemäß in Drehrichtung zwischen der Auftragsvorrichtung und der Anlage der Walze an der Papierbahn ein Schaber vorgesehen ist, der über einen Teil der Walzenlänge an deren Oberfläche anliegt.
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Eine solche Streichmaschine kann entweder in eine Papiermaschine zur Papierherstellung bereits eingebunden sein oder unabhängig von einer solchen Maschine zum Einsatz kommen, wobei auch die Umrüstung einer bestehenden Streichmaschine durch erfindungsgemäßes Vorsehen eines Schabers an wenigstens einer Auftragswalze in besonders einfacher Weise möglich ist.
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Der Vorteil des Einsatzes eines Schabers zum partiellen Entfernen eines zuvor erfolgten vollflächigen Auftrages besteht darin, das auch an den Stellen, an denen der Auftrag entfernt wird, ein Rest Oberflächenauftrag erhalten bleibt, so dass die Bedruckbarkeit und die Oberflächenerscheinung des Papiers nicht beeinträchtigt, sondern nur in der gewünschten Weise verändert wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Streichmaschine ist der Schaber kammartig mit Zinken ausgebildet, die die Anlagestellen an der Walze definieren. Es ist anzumerken, dass hierbei in der Regel ein Restfilm des Oberflächenauftrages zwischen dem Schaber und der Walzenoberfläche verbleiben kann, also das Material des Schabers nicht in unmittelbarem Kontakt mit der Walzenoberfläche steht.
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Auf diese Weise lässt sich ein linienförmiger Oberflächenauftrag auf die vorbeilaufende Papierbahn in besonders einfacher Weise realisieren.
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Um die zuvor bereits erörterte axiale Verlagerung des Schabers in Bezug auf die Walzenoberfläche zu ermöglichen, ist weiterhin vorzugsweise vorgesehen, dass der Schaber mit einer Stellvorrichtung verbunden ist, mit welcher die axiale Relativstellung des Schabers zur Walzenoberfläche kontinuierlich oder in Zeitabständen veränderbar ist.
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Eine noch weitere Ausgestaltung der Erfindung kann eine Andruckvorrichtung vorsehen, die den Schaber mit einer definierten Anlagekraft an die Walzenoberfläche andrückt. Dies kann als Alternative zu einem ebenfalls möglichen festeingestellten sehr kleinen Abstand der Anlagestellen zur Walzenoberfläche vorgesehen sein
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Zum beidseitigen Aufbringen eines Oberflächenauftrages ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass zwei Walzen mit Auftragsvorrichtungen und Schabern vorgesehen sind, wobei die Papierbahn zwischen den Walzen geführt ist.
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Schließlich ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Auftragsvorrichtung eine Rakel zur Einstellung einer homogenen Schichtdicke des Auftrages an Streichsubstanz aufweist. Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäßen Schaber insbesondere in der kammartigen Ausbildung besonders gut mit einer solchen Auftragsvorrichtung zusammenwirken.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung der Prozessschritte in einer Papiermaschine bei der Papierherstellung;
- 2 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Oberflächenbehandlung einer Papierbahn unabhängig von einer Papiermaschine;
- 3 eine erfindungsgemäße Anlage für einen erfindungsgemäßen Oberflächenauftrag unabhängig von einer Papiermaschine;
- 4 eine schematische Seitenansicht einer Streichmaschine für einen Oberflächenauftrag.
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In 1 ist der schematische Ablauf in einer Papiermaschine 10 zur Papierherstellung vorgesehen, die vorzugsweise kontinuierlich arbeitet, indem das Papier als Papierbahn 12 (siehe 4) zwischen den einzelnen Prozessschritten geführt ist.
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Die grundlegenden Verfahrensschritte der Papierherstellung sind nicht Gegenstand der Erfindung und werden daher nur kurz erläutert. In der Nasspartie wird die aufbereitete Rohstoffsuspension gleichmäßig verteilt und mit der richtigen Geschwindigkeit auf das Sieb einer Siebpartie 14 zur Blattbildung zu einem endlosen, nassen Faservlies aufgebracht und entwässert. Das Vlies wird in eine Pressenpartie 16 weitertransportiert, wo unter Druck weiteres Wasser aus der Faserbahn getrieben wird. Anschließend durchläuft das Band eine erste Trockenpartie 18, in welcher die Papierbahn 12 auf einen Endfeuchtigkeitsgehalt thermisch getrocknet wird.
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Zum Verbessern der Oberflächenqualität der Papierbahn 12 ist eine Vorrichtung 20 zum Aufbringen eines Oberflächenauftrages vorgesehen, die als Streichmaschine 22 oder als Filmpresse ausgebildet sein kann, je nach technologischer Zielsetzung. Nachfolgend wird auf das Auftragen eines Striches Bezug genommen.
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Nach dem Oberflächenauftrag durchläuft die Papierbahn eine zweite Trockenpartie 24, da die Papierbahn nach dem Oberflächenauftrag erneut getrocknet werden muss.
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In 1 ist auch eine Station 26 zur Oberflächenbehandlung eingetragen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, um durch mechanischen Maßnahmen die Papierbahn nachzubearbeiten und ihr eine Profilierung zu verleihen, was durch den Pfeil C angedeutet ist. Diese Maßnahme kann durch ein Prägewerkzeug umgesetzt sein, das kontinuierlich auf die vorbeilaufende Papierbahn einwirkt. Es ist auch möglich, vor der abschließenden Aufrollstation 28 ergänzend oder alternativ eine Druckvorrichtung zum Bedrucken der Papierbahn 12 anzuordnen.
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Weitere oder alternative Maßnahmen zum Erzeugen einer profilierten Optik der erzeugten Papierbahn 12 können auch bereits in der Nasspartie der Papiermaschine getroffen werden, was durch die dünnen Pfeile A und B veranschaulicht wird.
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In 2 ist eine Anlage 100 veranschaulicht, die außerhalb einer Papiermaschine eine Oberflächenbehandlung mittels einer geeigneten Station 126 z.B. durch Prägen vorsieht, wie sie zuvor bereits beschrieben worden ist. Hierzu wird eine Papierbahn von einer Vorratsrolle 102 abgerollt, bearbeitet und wieder auf eine Vorratsrolle 104 aufgewickelt.
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Als Neuerung ist eine modifizierte Vorrichtung 20 zum Aufbringen eines Oberflächenauftrages vorgesehen, die anstelle eines gleichmäßen Auftragens einer Streichsubstanz einen partiellen Unterschied in der Dicke der Auftragsschicht bewirkt.
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In 4 ist eine derartige Vorrichtung 20 in einer Ausführung als Streichmaschine 22 gezeigt. Die Streichmaschine besitzt zwei Walzen 32, 34, zwischen denen die Papierbahn 12 geführt ist. Die in 4 gezeigte Streichmaschine 30 ist dazu ausgebildet, die Papierbahn beidseitig mit einem Oberflächenauftrag zu versehen. Das Oberflächenauftragsmaterial 36, 38 ist in Behältern 40, 42 bevorratet, die unterhalb der Walzen 32, 34 angeordnet sind, und wird mit einer geeigneten Auftragsvorrichtung 44, 46 auf die Walzenoberfläche 48, 50 aufgetragen. Eine Rollrakel 52, 54 an jeder Walze 32, 34 streicht das aufgetragene Material auf eine gewünschte, homogene Schichtdicke, so dass die Walzenoberflächen im Nachlauf der Rollrakel 52, 54 mit einem homogenen, vollflächigen Auftrag an Streichsubstanz überzogen ist. Überschüssiges Material gelangt zurück in den Vorratsbehälter 40, 42.
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In einem bestimmten Abstand zu den Rollrakeln 52, 54 sind an den Walzen hier als Kammschaber 56, 58 ausgebildete Schaber angeordnet, deren Zinken 60, 62 an der Walzenoberfläche anliegen, wobei zwischen den Zinken 60, 62 und der Walzenoberfläche ein Film an Oberflächenmaterial verbleiben kann. Die einzelnen Zinken 60, 62 sind in 4 nicht erkennbar, sie verteilen sich gleichmäßig über die Länge der Schaber 56, 58 über die gesamte Breite der Papierbahn 12 und der Walzenlänge.
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Durch die Kammschaber 56, 58 wird der Oberflächenauftrag im Bereich der Zinken 60, 62 linienartig entfernt bzw. auf die Zwischenräume verteilt. Dadurch entsteht im Nachlauf der Kammschaber 56, 58 ein rippenartige, in Umfangsrichtung der Walzen 32, 34 verlaufende Struktur.
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Im den Kontaktbereichen der Walzen 32, 34 mit der Papierbahn 12 werden die rippenartigen Aufträge -hier bestehend aus Streichfarbe- auf die Papierbahn übertragen. Die Papierbahn wird also kontinuierlich beidseitig mit einem rippenförmigen Oberflächenauftrag versehen. Nach dem Trocknen der dermaßen besteichenen Papierbahn ergibt sich eine rippenartige strukturierte Optik der Papierbahn, die aber dennoch bedruckbar bleibt und deren Oberflächengüte nicht leidet.
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Die Kammschaber 56, 58 sind in der Axialrichtung der Walzen 32, 34 verstellbar, wobei die Verstellung automatisch durch einen geeigneten Antrieb kontinuierlich oder in bestimmten Zeitabständen erfolgen kann. Die Verstellung ist zweckdienlich, um zu vermeiden, dass die Zinken 60, 62 immer auf den gleichen Stellen des Walzenumfangs laufen, was auf die Dauer zu einer Riefenbildung führen könnte, auch wenn zwischen den Zinken und der Walzenoberfläche noch ein dünner Film an Oberflächenauftrag verbleibt.
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Die Optik kann durch die Wahl des Auftragsmaterials beeinflusst werden, das ggf. auch eingefärbt werden kann, um die optische Wirkung zu verstärken.
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Die in 4 gezeigte Streichmaschine 22 kann als Vorrichtung 20 für einen Oberflächenauftrag in die in 1 gezeigte Papiermaschine integriert sein (siehe Pfeil D). Die in 1 gezeigte Station 26 zur Prägung der Oberfläche kann entfallen, da die Streichmaschine 22 gemäß 4 in der Lage ist, dem Papier durch die beschriebenen Maßnahmen die rippenartige Optik zu verleihen.
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Die in 4 gezeigte Streichmaschine 22 kann aber auch in einer Anlage 200 getrennt von einer Papiermaschine dazu eingesetzt werden, eine bereits zuvor erzeugte Papierbahn mit der gewünschten Rillenoptik zu versehen. Hierzu wird wiederum die Papierbahn von einer Vorratsrolle 102 abgewickelt, durchläuft dann die Streichmaschine 22 und wird nach dem Durchlaufen einer Trocknungsstation 224 wieder auf eine Vorratsrolle 104 aufgewickelt.
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Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. So ist es durch entsprechend abgewandelte Auftragsvorrichtungen und/oder Schaber oder mit Hilfe sonstiger Mittel zum punktuellen Vermindern der Schichtdicke des Oberflächenauftrages möglich, auch andere Strukturen des Oberflächenauftrages auf die Papierbahn 12 zu erzeugen, die von einer rein linienartigen Struktur abweichen.
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Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Papiermaschine
- 12
- Papierbahn
- 14
- Siebpartie
- 16
- Pressenpartie
- 18
- erste Trockenpartie
- 20
- Vorrichtung zum Aufbringen eines Oberflächenauftrages
- 22
- Streichmaschine
- 24
- zweite Trockenpartie
- 26
- Station zur Oberflächenbehandlung
- 28
- Aufrollstation
- 32, 34
- Walzen
- 36, 38
- Oberflächenauftragsmaterial
- 40, 42
- Vorratsbehälter
- 44, 46
- Auftragsvorrichtung
- 48, 50
- Walzenoberfläche
- 52, 54
- Rollrakel
- 56, 58
- Kammschaber
- 60, 62
- Zinken
- 100
- Anlage zur Oberflächenbehandlung einer Papierbahn
- 102
- Vorratsrolle
- 104
- Vorratsrolle
- 200
- Anlage für einen Oberflächenauftrag auf eine Papierbahn
- 224
- Trocknungsstation
