DE19639574A1 - Verfahren und Einrichtung zur Rückenbearbeitung beim Klebebinden - Google Patents

Description

Bei der Herstellung von Broschüren und Zeitschriften wird zur Verbindung der einzelnen Blätter eines Blocks das Klebebindeverfahren eingesetzt. Es ist das wirtschaftlichste Bindeverfahren. Im Vergleich zum Fadenheften als Bindeverfahren ergeben sich einfache Verfahrensabläufe und damit eine preiswertere Herstellung der Produkte.

Beim Klebebinden werden die Lagenrücken der zusammengetragenen Lagen abgefräst, um alle Blattkanten dem Leimfilm als Fügeelement zu exponieren.

Die Blattkanten müssen nun durch Adhäsion an dem Rückenleimfilm, der nach dem Fräsen aufgetragen wird, haften. Dabei treten beträchtliche Probleme auf. Abhängig von der Art des Leims (Dispersion, PUR oder Hotmelt) und der Papiersorte entsteht eine mehr oder weniger hohe Klebekraft an den Blattkanten. Besonders nachteilig ist das gestrichene Papier, weil an dem Strich, der bis zu 50% des Papierquerschnitts ausmachen kann, der Leim nicht haftet. Staubpartikel von der Fräsbearbeitung, die am Blockrücken haften, vermindern weiter die Haftmöglichkeit für den Kleber.

Es sind mehrere Möglichkeiten bekannt geworden, das Haftverhalten auf der Fräsoberfläche zu verbessern. Bei der Anmeldung US 3706252 geht man davon aus, den Staubanfall durch Schneiden statt Fräsen zu reduzieren. Die heute üblichen nach ähnlichem schneidenden Prinzip arbeitenden Fräser haben aber in Verbindung mit stark gestrichenen Papieren den Nachteil, durch die im wesentlichen quer zur Blattkante gerichtete Bearbeitungsrichtung den Strich zu verschmieren und damit die Haftungsmöglichkeit für den Leim extrem zu verschlechtern. Außerdem entstehen durch die Messerkeilwirkung starke Kräfte, die den Block aus der Spanneinrichtung ziehen wollen.

In OS 2416460 wird eine Vorrichtung beschrieben, die im Anschluß an eine Vorbearbeitung des Blockrückens durch einen irgendwie gearteten Fräser eine definierte Aufrauhung zwecks Freilegung von Papierfasern für die Haftung des Leimfilms.

In der DE 39 36 186 wird ein Verfahren zur Aufrauhung des Rückens mit reduzierter Verschmierung des Strichs vorgestellt.

Mit diesen Aufrauhverfahren werden zwar Verbesserungen erreicht. Man ist aber bei stark gestrichenen Papieren weit entfernt von einer befriedigenden Bindequalität.

Kritisch ist für die Verklebung der Blätter das Öffnen des Buchblocks. Diese Fügestelle zwischen Blattkante und Leimfilm ist dann das Gelenk, das beim Umblättern entsprechend beansprucht wird. Bei kritischen Papieren muß das totale Öffnen des Blocks verhindert werden, um die Gelenkwirkung zu vermeiden. Die einzelnen Blätter werden nahe am Rücken durch entsprechend steif ausgeführte Rückenbeleimung dicht aneinandergehalten, so daß beim Aufklappen keine Scharnierwirkung an der Leimfügestelle entsteht, sondern Biegung im Papier. Darunter leidet dann allerdings das Layflat-Verhalten der Blocks.

Die sogenannte Klammerwirkung, ohne die die heute mit Hotmeltleimen gefertigten Blocks keine ausreichende Nutzungsdauer hätten, wird durch Kerben der Oberfläche erreicht.

Beim Einkerben der Oberfläche mit einem standardmäßigen Kerber besteht die Gefahr, daß die Blattkante extrem zerfasert wird und Einrisse entstehen.

In der AT 182703 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem der Blockrücken durch ein profiliertes Messer in einer Schrägschnittbewegung etwa 45° zum Blockrücken in einem Schnitt mit einer Kerbung versehen wird. Dabei entsteht ein Gewinn an Haftfläche und ein Zerfassern der Blattkanten wird verhindert. Der Schnitt ist auch einigermaßen staubfrei. Es wird aber eine Verschmierung des Strichs durch die Bewegung quer zum Rücken nicht verhindert. Das Verfahren ist auch nur für langsam ablaufende Bearbeitung und nicht für Serienproduktion von Klebebindeprodukten geeignet.

Bei der DE 27 19 402 wird ebenfalls ein Profil geschnitten. Hier kann auch mit normalen Leistungen produziert werden. Die Strichverschmierung ist aber auch hierbei nicht eliminiert.

Trotz aller Anstrengungen von der Rückenbearbeitungsseite und von der Seite der Beleimung ist es nicht gelungen, bei schwierigen Papieren eine befriedigende Bindefestigkeit zu erreichen. Oft wird die teuere Fadenheftung zur Sicherstellung der Bindefestigkeit verwendet, ohne daß ansonsten die Merkmale der Fadenheftung gefordert wären.

Zur Umgehung der Fadenheftung sind auch schon diverse Verfahren bekannt geworden. Beim Fadensiegeln wird der Verbund der Blätter innerhalb der Lagen durch Fadenklammern ähnlich dem Fadenheften erreicht. Störend ist dabei der zusätzliche Arbeitsgang, der die Wirtschaftlichkeit gegenüber dem direkten Klebebinden gewaltig reduziert.

Bekannt ist auch die Perfobindung, bei der die Lagen am Rücken perforiert sind. Der Leim dringt durch die Perforation bis an die lageninneren Blätter. Die inneren Blätter haben eine stark reduzierte Bindefestigkeit wegen der reduzierten beleimten Länge, während die anderen Blätter besser befestigt sind.

In zunehmendem Maße werden klebegebundene Blocks gerundet, abgepreßt und in harte Decken eingehängt.

Dabei entstehen weitere Probleme. Bei der Rundung muß der Rücken entsprechend dem Verhältnis Bogen/Sehne gedehnt werden. Darunter leidet die mühsam erreichte Bindefestigkeit. Alle Effekte der Bindefestigkeit, die auf Klammerwirkung beruhen, sind nun wirkungslos. Das Dehnen des Rückens erfordert beim Runden hohe Kräfte und setzt in der Regel ein Weichmachen der Rückenleimschicht durch Wärme voraus.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Rückenbearbeitungsverfahren zu schaffen, bei dem die Bindefestigkeit nicht auf die Klammerwirkung angewiesen ist, bei dem die Bindefestigkeit gepaart ist mit gutem Layflat-Verhalten und guter Rundefähigkeit.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der vorher gefräste oder aber auch unbearbeitete aus den Lagenrücken gebildete Blockrücken mit Rillen versehen wird, die in einem flachen Winkel zur Längsrichtung des Blockrückens verlaufen und deren Breite vorzugsweise etwa der halbe Teilungsabstand ist. Beispielsweise ist die Teilung der Rillung rechtwinklig zu den Rillen gemessen etwa 2 mm, während dann die Rillen eine Breite von 1 mm und eine Tiefe von 1 mm haben.

Die Bearbeitungsrichtung ist im wesentlichen längs zur Blattkantenrichtung. Dadurch wird Verschmierung des Strichs auf ein Minimum beschränkt.

Die Blätter werden nicht nur an den Blattkanten und im Grunde der Kerben befestigt, sondern zusätzlich an den schrägen Anschnittflächen der Blätter, die durch den extrem flachwinkligen Verlauf der Rillen entstehen. Dadurch entsteht eine wesentlich größere Leimkontaktfläche. Die Beanspruchungsrichtung für den Leim an der Anschnittfläche ist sogar günstiger: Schub statt Zug.

Außer der größeren Kontaktfläche und der damit verbundenen Steigerung der Bindefestigkeit entstehen Vorteile beim Aufschlagen des Buchs. Die extrem flach verlaufende Rillung setzt dem Aufschlagen einen erheblich kleineren Widerstand als eine rechtwinklig zum Blockrücken verlaufende entgegen. Dadurch wird ein besseres Layflat-Verhalten erreicht. Wesentlich ist dabei, daß beim Aufschlagen die Blätter in den Bereichen zwischen den Rillen immer wieder stabilisiert werden gegen Scharnierwirkung in der Fügenaht. Der diagonale Verlauf der Rillung erzwingt die Biegung im Blatt beim Aufschlagen, ohne daß das Aufschlagen behindert wird. Die Verklebung wird auch bei extremem Aufschlagen nicht geschädigt. Dadurch wird eine über den Gewinn an Pullfestigkeit hinausgehende Steigerung der Gebrauchsfestigkeit erreicht.

Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß der Rücken vor dem Anbringen der Rillung abgefräst wird. Dünne bis normale Lagen, die vom Layout für Fadenheftung oder Fadensiegelung vorgesehen sind, können auch ohne Abfräsen des Rückens mit der Diagonalrillung versehen werden. Dabei treten unterschiedliche Pullfestigkeiten an den Blättern einer Lage auf Die geringste Festigkeit ergibt sich für die beiden lageninneren Blätter. Als Klebefläche entsteht hier der Grund der Rillung und die schräge Anschnittfläche mit reduzierter Tiefe. Zwischen den Rillen, die durch Stege miteinander verbunden sind, stützen sich die lageninneren Blätter gegenseitig. Letzlich ergibt sich auch für diese lageninneren Blätter ein Gewinn an Pullfestigkeit. Die übrigen Blätter verfügen zunehmend nach außen über eine extrem hohe Pullfestigkeit, die eigentlich von der Reißfestigkeit des Papiers gegeben ist. Es gibt ähnliche Verhältnisse wie bei der Fadenheftung bzw. dem Fadensiegeln.

Die so entstehenden Blocks haben ein äußerst gutes Layflat-Verhalten. Es entsteht auch ein besonderer Vorteil bei der Rundung dieser Blocks. Die Diagonal-Leim-Rillen lassen sich sehr leicht quer zum Rücken verformen. Sie werden dabei nicht auf Zug beansprucht sondern nur auf Biegung in S-Form beansprucht. Zwischen den Rillen setzen die dehnbaren Lagenrücken der Blockrückendehnung nur minimalen Widerstand entgegen. Es können bei der im Hardcovereinsatz folgenden Blockbearbeitung Runde- und Abpreßergebnisse erreicht werden, wie mit fadengehefteten Blocks.

Die Vermeidung des Abfräsens der Lagenrücken hat auch ökologische Aspekte.

Das Verfahren bietet sich als Ersatz für die Fadenheftung aus Sicht der sicheren Bindefestigkeit und der guten Gebrauchseigenschaften mit der Wirtschaftlichkeit der Klebebindung an, wenn nicht optische Grunde die Fadenheftung erfordern.

Fig. 1 zeigt einen Blick auf einen Blockrücken mit Diagonalrillung ohne vorheriges Abfräsen der Lagenrücken.

Fig. 2 zeigt einen Blick auf die Stirnseite des Blocks.

Fig. 3 zeigt das Aufschlagverhalten.

Fig. 4 zeigt eine Veranschaulichung des Gewinns an Klebefläche durch die Diagonalrillung bei vorher abgefrästen und nicht abgefrästen Lagenrücken.

Fig. 5 zeigt die Auswirkung von Dehnung des Rückens z. B. durch Runden auf die Diagonalrillung.

Fig. 6 zeigt eine Vorrichtung zum Erzeugen der Diagonalrillung in der Seitenansicht.

Fig. 7 zeigt eine Vorrichtung zum Erzeugen der Diagonalrillung in der Draufsicht.

Die Rillung wird in einem flachen Winkel α in der Größenordnung von 10° auf der Rückenoberfläche angebracht. Die Rillen haben eine Breite s von vorzugsweise 1 mm und einen Abstand a von vorzugsweise 1 mm. Sie haben eine Tiefe von t mit vorzugsweise 1 mm bei vorher abgefrästen Rücken und 1,5 mm bei nicht abgefrästen Lagenrücken, wo t < D/2 ist. Fig. 1 zeigt einen Blick auf den Rücken eines Blocks mit den Lagen 1a, 1b und 1c mit der Lagendicke D und der Blattdicke d. Die Falzrücken der Lagen sind nicht vorher abgefräst. Durch die Profilfräsung ergeben sich die Spuren 2 mit der Breite s und dem Abstand a untereinander. Die Tiefe t dieser Rillen ist so groß, daß auch die innersten Lagen angefräst werden, d. h. t größer als D/2. Sind die Lagenrücken durch eine plane Bearbeitung vorher abgefräst, kann die Tiefe der Rillen beliebig gewählt werden.

Die Rillen werden, wie in Fig 2 zu sehen, mit Leim aufgefüllt.

Fig. 3 zeigt, daß sich beim Aufschlagen des Blocks trotz der relativ tiefen Rillung ein sehr enger Radius R am Blockrücken, d. h. ein gutes Aufschlagverhalten, einstellt.

Die Leimrillen 2 werden dabei um den mit dem Radius R gebogenen Rücken herumgewendelt, wobei erheblich weniger Rückstellkräfte entstehen (vornehmlich Torsionsbeanspruchung) als bei rechtwinklig zum Blockrücken angebrachter Rillung, die um den Radius R gebogen werden muß.

Es wird deutlich, daß die Blätter an der Aufschlagestelle rechtwinklig zum Rücken stehen. Die Klebestelle wird nicht als Scharnier benutzt, wodurch die Gebrauchsdauer der Klebebindung steigt.

Fig. 4 stellt die Vergrößerung der Klebefläche dar und damit die zu erwartende Pullfestigkeitssteigerung. Die einzelnen Blätter 1a . . . c werden schräg im Winkel α mit der Breite s und dem Abstand a mit Rillen der Tiefe t versehen.

An den einzelnen Blättern entstehen dabei die Anschnittflächen F3 und F4. Die gesamte Klebe­ fläche besteht aus der verbleibenden Blattkantenfläche F1, der Fläche im Grund der Rille F2 und zwei Anschnittflächen F3 und F4. Ohne die Rillung ergibt sich nur eine Fläche, die der Summe aus F1 und F2 entspricht. Bei den in der Fig. 4 angenommenen Werten ergibt sich durch die Rillung eine Verdopplung der Klebefläche, wobei die Flächen F3 und F4 wegen der günstigeren Beanspruchungsrichtung höher zu bewerten sind.

Aufgrund des flachen Winkels ergibt sich eine recht grobe Teilung an der Blattkante von ca. 12 mm. Würde man eine gleiche Rillung rechtwinklig zum Blockrücken anbringen, hätte man zwar auch einen vergleichbaren Flächengewinn. Bei der sich dabei ergebenden kleinen Teilung an der Blattkante von ca. 2 mm würden die Blattkanten ausfetzen. Durch die sich dabei wieder ergebende rechtwinklige Bearbeitung würde außerdem wieder die Strichverschmierung einsetzen. Auch würde wieder die sich ergebende Klammerwirkung das Layflat-Verhalten extrem verschlechtern.

In Fig. 5 ist der Teil des Rückens des Blocks aus den Lagen 1a, 1b und 1c z. B. durch einen Rundevorgang beispielsweise um 25% gedehnt. Die Rillen werden dabei s-förmig verbogen. Während der Steigungswinkel in der Mitte der Lagen weiterhin gleich α ist, verringert er sich an den Begrenzungsflächen der Falzbogen 1a, 1b und 1c auf den Winkel α. Dazwischen erfolgt die Dehnung in Bereichen 3 der Falzbogenrücken.

Hierbei treten wiederum weniger Rückstellkräfte auf, als bei einer Rillung rechtwinklig zum Rücken, die durch die Rückendehnung auf Zug beansprucht würde.

Eine mögliche Ausgestaltung einer Vorrichtung zum Einfräsen der Diagonalrillung in den Blockrücken wird in den Fig. 6 und 7 dargestellt. Der Block 4 wird durch ein Transportsystem 5 längs zum Rücken transportiert.

Am Blockrücken greift ein walzenförmiger Fräser 6 an.

Das Rillungsprofil mit den Zähnen der Breite s und den Zahnlücken a ist auf Schneiden 7 von denen mehrere am Umfang des Walzenfräsers 6 untergebracht sind, aufgebracht. Die einzelnen Zähne der Schneiden 7 bilden hintereinander am Umfang ein Gewinde mit dem Steigungswinkel γ.

Die Achse des Fräsers steht im Winkel β zur Bewegungsrichtung der Blocks.

Die Abstimmung der Blocktransportgeschwindigkeit v, der Drehzahl des Fräsers n und der Gewindesteigung γ ergibt den Schrägstellwinkel des Fräsers β um den Schrägungswinkel der Rillung von α am Blockrücken zu erhalten.

Zur Abstimmung der Drehzahl des Fräsers und der Transportgeschwindigkeit erfolgt der Antrieb des Fräsers über einen geregelten Motor oder zwangsweise gekoppelt über mechanischen Antrieb vom Transportsystem.

Der Block wird oberhalb des Fräsers durch Führungen 8a und 8b geführt. Die Führungen umfassen den schneidenden Bereich des Fräsers mit einer radiusförmigen Ausnehmung 8c. Der Fräser ist mit einem Gehäuse 9 umgeben, an dem eine Absaugung der Späne 10 angebracht ist.

Die Schneiden 7 sind vorzugsweise wechselbar auf dem Fräser 6 montiert.

Bei einer weiteren Ausgestaltung einer Vorrichtung zum Aufbringen des Rillenprofils auf den Blockrücken befinden sich die Fräszähne am Umfang hintereinander fluchtend.

Die Achse steht um den gewünschten Schrägungswinkel der Rillung schräg zur Transportrichtung. Zum Ausgleich der Schrägkomponente erfolgt eine angepaßte axiale Bewegung während des Überlaufs des Blocks und eine entsprechende Rückbewegung in der Formatlücke.

Statt aufgespannter Schneiden können die Fräszähne auch direkt in den Walzenkörper integriert sein.

Claims (10)

1. Verfahren zur Bearbeitung des Blockrückens beim Klebebinden, dadurch gekennzeichnet, daß in einem flachen Winkel α zum Blockrücken Rillen mit einem vorzugsweise rechteckigem Profil von vorzugsweise 1 mm Breite und einer engen Teilung von vorzugsweise 2 mm eingebracht werden, wobei die Bearbeitungsrichtung in Längsrichtung der Rillen gerichtet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Falzrücken der Lagen vorher durch eine plane Bearbeitung abgefräst werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillung in einen unbearbeiteten Blockrücken mit bestehenden Lagenrücken eingefräst wird, wobei die Tiefe der Rillung größer als die halbe Lagendicke ist.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 . . . 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blocks einer folgenden Blockbearbeitung durch Runden und Abpressen unterzogen werden.

5. Vorrichtung zur Bearbeitung des Blockrückens beim Klebebinden mit einem durchlaufenden Transportsystem für die Blocks und einer ortsfesten Bearbeitungsstation für den Fräsvorgang, dadurch gekennzeichnet, daß das zu erzeugende Rillenprofil mit einer Gewindesteigung in Form von umfangsmäßig verteilten profilierten Schneiden auf einen walzenförmigen Fräser mit zur Transportrichtung schiefstehender Achse aufgebracht ist.

6. Vorrichtung zur Bearbeitung des Blockrückens beim Klebebinden mit einem durchlaufenden Transportsystem für die Blocks und einer ortsfesten Bearbeitungsstation für den Fräsvorgang, dadurch gekennzeichnet, daß das zu erzeugende Rillenprofil in Form von umfangsmäßig verteilten, hintereinander spurenden profilierten Schneiden auf einen Walzenfräser aufgebracht ist und das die Schrägung der Rillung durch eine Schiefstellung der Fräserachse zur Transportrichtung und eine axiale Bewegung des Fräsers erzeugt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fräserachse in einem Winkel β rechtwinklig zur Bewegungsrichtung angeordnet ist in Abstimmung mit dem Steigungswinkel des Profilgewindes auf dem Walzenumfang und dem gewünschten Schrägungswinkel der Rillen zur Blockrichtung α.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fräserachse zur Abstimmung auf die Transportgeschwindigkeit mit einem geregelten Motor angetrieben ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Fräserachse direkt vom Blocktransportsystem erfolgt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die profilierten Schneiden auswechselbar sind.