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Verfahren undVorrichtung zur Herstellung von mehrschichtigem Papier
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigem
Papier und ähnlichen lamellierten Erzeugnissen in Form endloser Bahnen auf hierzu
geeigneten Maschinen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Herstellung von lamellierten
Papierbahnen, bei denen ein- oder beidseitig besonders hohe Glätte und/oder Glanz,
wie beispielsweise bei hochwertigem Druck gewünscht wird, erzielt werden soll. Die
Erfindung ist speziell auf die Herstellung von lamelliertem Papier anwendbar, bei
dem eine oder beide Oberflächen aus hochsatiniertem Druckpapier, gestrichen oder
ungestrichen, bestehen sollen. Besonders vorteilhaft ist das vorliegende Verfahren
und, die entsprechende Vorrichtung, wenn sogenanntes Kunstdruckpapier für eine oder
beide äußere Lagen verwendet werden soll.
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Zur Herstellung von mehrschichtigem Papier oder anderem geschichtetem
faserigem Material sind mehrere Verfahren und Vorrichtungen bereits bekannt. Bei
ihnen werden die mehrschichtigen Erzeugnisse durch Zusammenpressen verschiedener
Bahnen mittels eines Walzenpaares hergestellt, wobei die Oberfläche vor dem Preßvorgang
mit einem Klebemittel versehen wird. Teilweise sind dabei Vorrichtungen zur Konstanthaltung
der Bahnspannung und/oder Abstreifer des Klebemittelüberschusses vorgesehen.
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Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese bekannten Verfahren dann nicht
angewendet werden können, wenn besondere Anforderungen an die Oberflächenqualitäten,
wie beispielsweise bei hochwertigen Druckpapieren, gestellt werden müssen. Vor allem
verlieren hochwertige, glatte Papiere, wie satinierte oder gestrichene Papiere,
ihre Glätte und ihren Glanz in beträchtlichem Maße und bekommen ein lederartiges
oder genarbtes Aussehen, so, d.aß sie zur Aufnahme von hochwertigem Druck nicht
mehr geeignet sind. Von weiterem Nachteil ist bei den bekannten Verfahren darüber
hinaus noch die ungünstige Beeinträchtigung der Faltbiegefestigkeit und der bei
den einzelnen Arbeitsgängen notwendige hohe Zeitaufwand.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung
mehrschichtigen Papiers m:t einer gegenüber den Einzelbannen mindestens gleichen,
teilweise sogar wesentlich verbesserten Oberflächengüte. Dabei werden die zu schichtenden
Papierbahnen zunächst ohne Auftrag eines Bindemittels zusammengeführt und zwischen
zwei Walzen, deren eine angetrieben ist, zusammengepreßt. Nach Passieren dieses
Walzenpaares werden die Bahnen wieder getrennt und auf der Innenseite mit einem
Klebemittel versehen. Nach Entfernung des Klebemittelüberschusses mit einem an sich
bekannten Abstreifer werden die Papierbahnen zwischen hochpolierten heizbaren Preßwalzen
unter hohem Druck zusammengepreßt und geglättet. Die zum Zusammenpressen der noch
von Klebemittel freien Bahnen dienenden Walzen und die zum Trocknen und Glätten
dienenden Preßwalzen gehören dabei zu einem gemeinsamen Walzensystem, wobei die
einzelnen Walzen übereinanderliegen und die unterste Walze die darüberliegenden
antreibt.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 ist eine schematische Skizze einer Lamellierungsmaschine, die
auf Grund der Erfindung hergestellt und angewendet wurde; Fig. 2 ist eine Darstellung
eines Teiles der Bindemittelauftragsvorrichtung und zeigt auch das Verfahren zur
Freihaltung der Bahnränder von Bindemittel; Fig. 3 zeigt das Schema einer Maschine,
in der drei Lagen von Papier od. ä. übereinandergeschichtet werden können; Fig.4
zeigt das Schema einer gegenüber Fig.3 etwas abgeänderten Maschinenform.
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Aus Fig. 1 ist zu ersehen, wie eine Bahn 11 aus Papier od. dgl. von
einer Rolle 12 unter der Kontrolle einer Friktionsbremse 13 abgewickelt wird. Die
Bahn gleitet über eine frei drehbare Rolle 14, von wo sie in das Walzengestell geführt
wird. In ähnlicher Weise wird eine Bahn 15 von der Rolle 16. kontrolliert durch
die Bremse 17, abgewickelt und über die frei drehbaren Rollen 18 und 19 in
das Walzengestell geführt.
Beide Bahnen gelangen nun zusammen durch
den Spalt zwischen den obersten Walzen 20 und 21 in das Walzengestell.
Nach dem Durchgang durch diese zwei Walzen werden die Bahnen auf getrennten Wegen
weitergeführt. Bahn 11 läuft auf eine Walze 22, die durch eine nichtgezeigte Vorrichtung
in einem Bind°-mittelbad 23 (in Pfanne 24) gedreht wird. Dann läuft Bahn 11 über
eine rundkantige Abstreiferklinge 25, welche das durch die Walze 22 aufgebrachte
überschüssige Bindemittel entfernt und in die Pfanne 24 zurückfließen läßt. In der
Zwischenzeit wird die Bahn 15 unter eine Walze 26 geleitet, und dann werden die
zwei Bahnen verleimt, wobei sie eine Walze 27 umschlingen, die die verleimte Bahn
28 in den Spalt zwischen die Walzen 21 und 31 führt. Danach umläuft die verleimte
Bahn die Walze 31, gelangt zwischen die Walzen 31 und 32, umläuft die Walze 32,
gelangt zwischen die Rollen 32 und 33 und umläuft schließlich die Walze 33 und wird
endlich zwischen die Walzen 33 und 34 geführt. Dann wird die Bahn über eine frei
drehbare Walze 35 zu einer Aufspulwalze üblicher Bauart 36 geführt, wo sie zu einer
Rolle 37 aufgerollt wird. Jede der Walzen 20, 21, 31, 32 und 33 ruht normalerweise
mit dem vollen Gewicht auf der darunterliegenden Walze. Falls aber eine Druckminderung
auf die Papierbahn gewünscht wird, kann ein Teil des Gewichtes einer oder mehrerer
Walzen in bekannter Weise zur Verminderung des Durchlaßdruckes zwischen den Walzen
aufgenommen werden. Es ist jedoch sorgfältig darauf zu achten, daß in jedem Spalt
unbedingt ein beträchtlicher Druck herrscht. Die Walze 34 wird in ihren Zapfen 40
durch geeignete Lager, schematisch durch 41 angedeutet, gehalten un,i trägt normalerweise
das gesamte Gewicht aller Walzen in dem Walzengestell. Diese Walze 34 wird in Pfeilrichtung
durch hier nicht angezeigte übliche Antriebsmittel gedreht. Die Walzen 33, 32, 31,
21 und 20 werden von hier durch Reibung in Drehung versetzt. Diese Walzen werden
am besten aus hartem Metall, -wie beispielsweise Hartguß, oder aus anderem geeignetem
Metall mit harter Oberfläche hergestellt, und sie sind glatt und poliert. Um das
Trocknen des auf die Bahn aufgetragenen Bindemittels zu beschleunigen, können die
mit ihr in Berührung stehenden Walzen von innen geheizt werden, z. B. durch Dampf,
wofür Dampfanschlüsse 42 bei jeder der Walzen 21, 31, 32 und 33 vorgesehen sind.
Falls gewünscht, kann auch Walze 27 durch Dampf über Anschluß 43 geheizt werden.
Wenn erforderlich, können weitere geheizte Walzen eingeschaltet werden, um hinreichende
Trocknung zu erzielen.
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Bisweilen sind die zu lamellierenden Bahnen an den Kanten verschieden
stark. Eine Schraube 45 kann zum Ausgleich für solche Dickenunterschiede nach Bedarf
an beiden Seiten der obersten Walze 20 vorgesehen werden.
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In der Zeichnung sind die einzelnen Papierbahnen 11 und 15 durch eine
doppelte Linie dargestellt. Solange die zwei Bahnen unverleimt nebeneinander laufen,
werden sie einzeln gezeichnet, nach der Verleimung aber werden sie als eine Bahn
von doppelter Dicke wiedergegeben. wobei keine Linie gezogen ist, die die lamellierte
Bahn in die einzelnen Lagen teilt.
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Bei der bisher beschriebenen Einrichtung könnte der Fall eintreten,
daß Bindemitteltropfen an den Kanten aus den Bahnen herausgedrückt werden, auf die
Walzen gelangen und sich dort in schädlicher Weise sammeln. Um dem vorzubeugen,
können Kantenabstreifer 48 an jeder Kante der Bahn angebracht werden. Wie in F ig.
2 klarer gezeigt wird, liegen diese Abstreifer an der Tauchwalze 22 an und streifen
die Bindemittelschicht 49, welche aus dem Bad 23 aufgenommen wird, von der
Oberfläche der Walze 22 auf beiden Seiten der Papierbahn ab. Dadurch bleibt ein
schmaler Streifen an jedem Rand der Papierbahn stehen, auf den kein Bindemittel
gelangt. Beim Zusammenpressen der Bahnen wird dadurch kein Bindemittel über die
Kanten hinausgedrückt, und die Walzen bleiben sauber.
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Beim Betrieb der Einrichtung wird die erwähnte Spannung der Bahnen
11 und 15 vor ihrem Durchlaufen durch den Walzenspalt zwischen den Walzen 20 und
21 durch entsprechende Reibungsbremsen 13 und 17 erzeugt. Von der Stelle an, wo
die Bahnen zwischen den Walzen 20 und 21 hindurchgehen, bis zu der Stelle, wo sie
zwischen den Walzen 33 und 34 austreten, wurde festgestellt, daß diese Bahnen unter
hoher Spannung stehen, die während des ganzen Vorganges annähernd gleichbleibt.
Obwohl der Grund für diese hohe und gleichförmige Spannung nicht ganz geklärt ist,
nimmt man an, daß sie wenigstens zum Teil davon herrührt, da.ß die unterste Rolle
angetrieben wird und der Antrieb der darüberliegenden Rollen durch Reibung der beiden
entgegengesetzten Papierbahnoberflächen entsteht und daß auf diese Art die Bahn
jeden einzelnen Spalt mit einer etwas höheren Geschwindigkeit als den vorhergehenden
durchläuft. Wegen des Durchgangs beider Bahnen zwischen den Walzen 20 und 21 vor
dem Auftragen des Bindemittels wird die Bahn 11 über Walze 22 und Abstreifer 25
mit hoher Spannung gezogen, so daß die tatsächlich auf der Bahn verbleibende Bindemittelmenge
nicht größer ist, als für eine angemessene Adhäsion erforderlich. Bei Verwendung
von Bindemitteln, wie Dextrin, wurde herausgefunden, daß bei 40 bis 50 % Trockenmasse
die auf den Bahnen verbleibende Bindemittelmenge durch den beschriebenen Vorgang
etwa 2,7 kg Trockengewicht pro: Ries ausmacht, was für die gewünschte Wirkung die
richtige Menge zu sein scheint. Die so auf die Bahn gelangende Feuchtigkeitsmenge
ist klein genug, so: daß sie beim Durchlaufen der geheizten Rollen normalerweise
reduziert werden kann.
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Wie herausgefunden wurde, ermöglicht das Verfahren, lamellierte Bahnen
mit Geschwindigkeiten von 120 bis 300 m/Min. herzustellen, wobei die Geschwindigkeit
abhängig ist von der Art, dem Gewicht und dem Feuchtigkeitsgehalt der zu verleimenden
Bahnen. Außerdem ist die Geschwindigkeit abhängig von der Art und dem erforderlichen
Feuchtigkeitsgehalt der fertigen Bahn, vom Trocknungsvermögen der Einrichtung und
anderen Faktoren.
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Als Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wurden zwei Bahnen
von faltbarem, gestrichenem Papier mit hohem Finish in der angegebenen Art und Weise
aneinandergefügt. Jede Bahn trug einen hochglänzenden Überzug von etwa 5,65 kg pro
Ries und hatte ein Gesamtgewicht von 29.898 kg pro Ries (500 Blatt, 63,5 - 96,52
cm). Die Bahnen wurden mit etwa 2,7 kg Dextrin als Bindemittel pro Ries verleimt,
bei einem Gehalt an Trockenmasse von etwa 45 %. Vor der Lamellierung hatte das einzelne
Blatt eine Schopper-Faltfestigkeit von 161 in der Maschinenlaufrichtung und von
293 in der Ouerrichtung. Das lamellierte Erzeugnis war ein Papier von 62,51 kg Gewicht
pro Ries mit gestrichener Oberfläche auf beiden Seiten. Glätte und Ebenheit der
Oberfläche waren merklich besser als bei den Papieren vor der Lamellierung, und
die Schopper-Faltfestigkeit war auf 390 in Maschinenlaufrichtung und 1004 in Querrichtung
erhöht,
in ausgesprochenem Gegensatz zu dem Absinken der Faltfestigkeit, das normalerweise
bei dem Schidhtverleimungsprozeß erwartet wird. Der Grund für die erhöhte Glätte
und Ebenheit ist nicht völlig geklärt. Man nimmt jedoch an, da.ß irgendwelche Unebenheiten
und Dellen in den einzelnen Bahnen durch die hohe Spannung des Papiers während des
Prozesses gestreckt und flachgedrückt werden. Dabei «-erden sie gepreßt und verleimt
und bilden ein schweres Blatt, welches ein Wiedererstehen der Unebenheiten und Dellen
verhindert. Die hohe: Spannung, unter welcher sie gegen die Oberflächen der Walzen
31, 32 und 33 während des Trockenvorgangs gehalten werden, wird ebenfalls als Grund
für die endgültige Glätte und Ebenheit der lamellierten Bahn angesehen. Der Grund
für die erhöhte Faltfestigkeit ist nicht geklärt, obwohl die Tendenz, beim Schichtverleimungsverfahren
die Glätte und Ebenheit der lamellierten Bahn zu erhöhen, etwas zu der erhöhten
Faltfestigkeit beizutragen scheint, wie sie bei geschichteten Bahnen von bestimmter
Glätte erzielt werden kann.
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Als anderes Ausführungsbeispiel zur vorliegenden Erfindung wurde eine
Bahn von extra stark gestrichenem Papier von hohem Finish mit etwa 6,8 kg Auftrag
und einem Gesamtgewicht von etwa 40,7 kg pro Ries (500 Blatt 63,5 # 96,5 cm) auf
eine Bahn Qualitätsfaltkarton von etwa 63,42 kg pro Ries in der beschriebenen Art
und Weise zusammengefügt, wobei das Bindemittel auf die dünnere Bahn aufgetragen
wurde. Die kombinierte Bahn wog etwa 107 kg pro Ries und hatte eine Stärke von etwa
0,038 cm. Die Falteigenschaften waren ausgezeichnet. Auf dem M.I.T.-Faltprüfer wurde
die Faltfestigkeit in Maschinenlaufrichtung zu 306 und in Querrichtung zu 461 gemessen.
Die gestrichene Seite besaß ausgezeichnete Druckqualitäten und war im Gegensatz
zu der üblichen Erfahrung beim Verleimen von gestrichenem Papier auf Karton merklich
glatter als vor der Lamellierung. Das Enderzeugnis war völlig frei von dem lederartigen
und hügeligen Aussehen, das gewöhnlich auf solchen, in üblichen Prozessen lamellierten
Papieren zu finden ist. Das Papier war hervorragend geeignet für die höchsten Qualitäten
von Faltkartons, Einbandn laterial u. dgl.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung wurden zwei
Bahnen von hochsatiniertem, einseitig gestrichenem Papier mit etwa 5,8 kg Auftrag
auf der gestrichenen Seite und einem Gesamtgewicht voll etwa 45,3 kg pro. Ries (500
Blatt 63,5 - 96,5 kg) Rücken an Rücken in der beschriebenen Weise kombiniert. Die
fertige Bahn wog etwa 93,318 kg pro Ries. Es war eine gute Qualität von beidseitig
gestrichenem Papier, wie es für Postkarten, Bucheinbände und ähnliches Verwendung
findet. Die Oberfläche hatte nicht die hohe Güte der vorher beschriebenen, gestrichenen
Papiere, aber es war eine gute, satinierte Oberfläche, die Glätte, Ebenheit, Glanz
und Oberflächencharakter mindestens in demselben Maß und in gewisser Beziehung noch
mehr als die Einzelbahnen vor der Lamellierung besaß.
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Das beschriebene Verfahren und die Einrichtung dazu kann leicht auf
die Kombination von mehr als zwei Bahnen in einem Arbeitsgang erweitert werden.
In Fig. 3 wird z. B. eine Ausführung der Erfindung gezeigt, welche für die Schichtverleimung
von drei Bahnen gedacht ist. Die Bahnen 61, 62 und 63 werden von den Rollen 64,
65 und 66 herangeführt. Die Bahnen 61 und 62 werden gemeinsam zwischen die Walzen
71 und 72 und um Walze 73 herumgeführt. Die zwei Bahnen werden dann getrennt, und
Bahn 61 läuft über die Bindemittelauftragseinrichtung 74, welche in jeder Beziehung
der in Fig. 1 beschriebenen entspricht. Die zwei Bahnen 61 und 62 werden dann in
dem Spalt zwischen den Walzen 72 und 75 verleimt. Die Bahn 63 läuft auch durch diesen
Spalt und gemeinsam mit den verbundenen Bahnen 61/62 um. die Walze 76 herum; sie
ist aber zu dieser Zeit noch nicht mit Bahn 61/62 verleimt. Nach Passieren der Walze
76 wird Bahn 63 von Bahn 61/62 getrennt, und das Bindemittel wird durch eine Auftragsvorrichtung
77 aufgebracht. Dann wird Bahn 63 mit der kombinierten Bahn 61/62 verleimt, und
zwar in dem Spalt zwischen den Walzen 75 und 78. Die dreischichtige Bahn 82 läuft
dann um und zwischen die Walzen. 78, 79, 80 und 81 und wird am Ende in der beschriebenen
Weise bei 83 zu einer Rolle aufgewickelt. Die Walzen 72, 75, 78 und 80 sind mit
Dampfanschlüssen 84 versehen, so daß sie von innen geheizt werden können, um die
Trocknung der lamellierten Bahn 82 zu beschleunigen. Man sieht, daß bei dieser Anordnung
die tatsächliche Leimverbindung der Bahnen zwischen den Walzen 72 und 75 und den
Walzen 75 und 78 stattfindet, die besser im Hauptwalzengestell und nicht außerhalb
desselben gelagert sind. Es ist klar, daß auch eine Verleimung der Bahnen auf ihrem
Weg um die frei drehbaren Walzen 73 und 76 herum ohne weiteres erreicht werden kann,
und zwar durch Einführung aller drei Bahnen in den Spalt zwischen den Walzen 71
und 72 und durch Auftragen des Bindemittels auf die untere Seite der jeweils oberen
Bahn, während die drei Bahnen vom Hauptwalzengestell gegen die entsprechenden frei
drehbaren Walzen 73 und 76 wandern, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Ferner wird
noch darauf hingewiesen, daß das Bindemittel in jedem Falle auf die äußeren Lagen
61 und 63 aufgetragen wird, welche dann mit der Innenschicht 62 zusammengeführt
und verleimt werden. Diese Einrichtung kann besonders gleichmäßige Ergebnisse erzielen,,
wenn zwei gleiche äußere Lagen auf eine innere Lage von verschiedenem Charakter
gebunden werden sollen.
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Eine andere Möglichkeit zur Herstellung von dreifach lamellierten
Bahnen nachdem erfindungsgemäßen Verfahren wird in Fig. 4 gezeigt. Danach werden
die Bahnen 91, 92 und 93 von den Rollen 94, 95 und 96 unter Kontrolle durch entsprechende
Reibungsbremsen 97. 98 und 99 abgewickelt. Die innere Lage 92 wird durch die Führungswalzen
88 und. 89 über die Bindemittelauftragseinrichtung 100 geleitet (ähnlich der in
Fig. 1 beschriebenen) und läuft dann in den Spalt zwischen den Walzen 101 und 102,
wo sie mit der ersten äußeren Schicht 91 zusammengeleimt wird. Die Bahn 93, die
die andere äußere Schicht bilden soll, wird um die oberste Walze des Walzenständers
101 herumgeführt und läuft in den Spalt zwischen den Walzen 101 und 102 zusammen
mit den Bahnen 91 und 92, wird aber noch nicht verleimt. Nach dem Durchlaufen dieses
Spalts werden die verleimten Bahnen 91/92 um die Führungsrolle 103 herumgeführt,
während Bahn 93 einen getrennten Weg über die Bindemittelauftragseinrichtung 104,
welche mit Einrichtung 100 identisch sein kann, geht. Die mit Bindemittel versehene
Bahn 93 wird dann mit der bereits verleimten Bahn 91/92 um die Walze 105 herum verleimt,
von welcher die dreischichtige Bahn 106 um und zwischen die Walzen 102, 107, 108,
109 und 110 läuft. Die dreischichtige Bahn 106 wird zum Schluß in der oben beschriebenen
Art und Weise bei 111 auf eine Rolle aufgewickelt. Wie in den vorangehenden Ausführungen
können Dampfanschlüsse 112 für innengeheizte Walzen 102, 107, 108 und 109 vorgesehen
werden,
um die Trocknung der lamellierten Bahn zu beschleunigen. In diesem Fall wird die
Spannung der mittleren Bahn 92 beim Durchlaufen der Bindemittelauftragseinrichtung
100 mit Hilfe der Bremse 98 erzeugt. Dies kann in solchen Fällen vorteilhaft sein,
wo der Charakter der mittleren Bahn eine entschieden andere Spannung verlangt, um
das Auftragen der erforderlichen Bindemittelmenge durch die Auftragseinrichtung
100 zu ermöglichen.
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In den Fig. 3 und 4 sowie in Fig. 1 werden einzelne Bahnen durch eine
doppelte Linie dargestellt, parallel laufende, aber nicht verleimte Bahnen sind
durch eine Linie getrennt, während verleimte Bahnen durch zwei Linien ohne die Trennlinien
der einzelnen Schichten gezeichnet sind. Damit soll angedeutet werden, daß die verleimten
Bahnen praktisch eine einzige Bahn darstellen.
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Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die in Fig. 3 und 4 gezeigten
Einrichtungen ohne Änderung für die Verbindung von nur zwei Bahnen an Stelle von
drei Bahnen verwendet werden können. Mit der in Fig. 3 dargestellten Einrichtung
kann z. B. eine zweischichtige lamellierte Bahn entweder durch Auslassen von Bahn
62 oder Bahn 63 hergestellt werden. Bahn 61 würde dann in dem Spalt zwischen den
Walzen 72 und 75 entweder mit Bahn 63 oder mit Bahn 62 verleimt werden. Die zweischichtige
Bahn würde dann Walze 75 umlaufen und die Walze 76 sowie die Auftragseinrichtung
77 überspringen. Mit der in Fig. 4 dargestellten Einrichtung kann eine zweischichtige
Bahn durch Weglassen .der Bahn 91 hergestellt werden. Es wird dann Bahn 92 von der
Rolle 88 direkt zum Spalt zwischen den Walzen 101 und 102 geführt, wobei Walze 89
und Bindemittelauftragseinrichtung 100 ausgelassen -,werden. Wie ersichtlich, ist
diese Anordnung mit der in Fig. 1 gezeigten identisch. Es kann aber auch Bahn 92
weggelassen werden, und es sind dann die Bahnen 91 und 93, die beim Umlaufen der
Walze 105 miteinander verleimt werden.
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Es versteht sich von selbst, daß die vorliegende Erfindung auch für
die schichtweise Verleimung von mehr als drei Bahnen Verwendung finden kann, solange
die Grundzüge der Erfindung beachtet werden und die Walzen, um welche die geschichteten
Bahnen laufen, im Verhältnis zur Stärke und zur Biegsamkeit dieser Bahnen genügend
groß sind, um eine übermäßige Beanspruchung der Bahnen auf Durchbiegung an den Walzen
zu vermeiden.