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Gegenstand
der Erfindung ist eine Anordnung zur Einstellung der Krümmung einer
Papier-/Kartonbahn für
ein wärmeempfindliches
Produkt, zu welcher Anordnung Applikationsvorrichtungen zur Applikation
mindestens eines Streichmittels oder entsprechenden Mittels auf
mindestens eine Seite der Bahn gehören, die einen oder mehrere
auf Temperatur empfindlich reagierende Stoffanteile enthalten, und
zu welcher Anordnung darüber
hinaus Mittel zur Einstellung der Krümmung der Bahn und erste Vorrichtungen
zur Einbringung mindestens eines geeigneten flüssigen Stoffs an die Bahn auf
die gegenüber
liegende Seite, und den ersten Vorrichtungen in Laufrichtung der
Bahn folgende zweite Vorrichtungen für die Trocknung der Bahn gehören.
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Wärmeempfindliche
Faserprodukte, insbesondere Thermopapiere werden u. a. in Aufklebern, Belegen,
Zetteln, Namensschildern und entsprechenden Gegenständen eingesetzt.
Das Produkt setzt sich aus einer oder meistens mehreren Lagen der
Bahn, die zum Beispiel Papier oder Karton sind, zusammen, von denen
an einer oder mehreren Stoffanteile hinzugefugt worden sind, die
auf Temperatur empfindlich reagieren. Wenn die Temperatur ausreichend
hoch steigt, verursachen diese Stoffanteile chemische Reaktionen
und als Folge entstehen im Produkt an der Oberfläche optisch festzustellende Spuren
oder Veränderungen
in Farbe oder Dunkelheit.
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Eine
typische Art, diese Stoffanteile enthaltene Lagen anzuordnen, ist
die Applikation mit einer solchen geeigneten auf Wärme reagierenden
Zusammensetzung ausgestattete Streichschicht oder Streichschichten
auf die Oberfläche
der Faserbahn, d. h. eine sog. Thermostreichung vorzunehmen. Ebenfalls
können
Leimschichten oder entsprechende auf die Oberfläche der Bahn appliziert werden.
Diese feuchte, mit geeigneter flüchtiger
Flüssigkeit,
zum Beispiel Wasser verdünnte
Schicht muss vor der Aufrollung der Faserbahn mit einem Aufroller
oder entsprechendem vor der weiteren Behandlung getrocknet werden.
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Es
gibt zahlreiche verschiedene Papier- und Kartonsorten und sie können entsprechend
dem Flächengewicht
in zwei Klassen unterteilt werden: in Papiere, die einlagig sind
und das Flächengewicht 25–300 g/m2 beträgt
und in Kartons, die mit Mehrlagentechnik hergestellt worden sind
und das Flächengewicht
100–600
g/m2 beträgt. Wie festgestellt wird, ist
die Grenze zwischen Papier und Karton gleitend, denn die vom Flächengewicht
her leichteren Kartons sind leichter als die schwersten Papiere.
Im Allgemeinen wird Papier zum Drucken und Karton zum Verpacken
genutzt. Die Papiere und Kartons können gestrichen oder ungestrichen
sein.
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Die
im Folgenden dargestellten Beschreibungen sind Beispiele von Werten
der derzeit im Gebrauch befindlichen zu streichenden Faserbahnen und
darin können
bedeutende Schwankungen von den gegebenen Werten vorkommen. Die
Beschreibungen basieren hauptsächlich
auf die Quellenveröffentlichung
Papermaking Science and Technology Teil Papermaking Part 3, Finishing,
Verf. Jokio, M., Veröff.
Fapet Oy, Jyväskylä 1999, 361
S.
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Gestrichenes
Zeitschriftenpapier (LWC = light weight coated) enthält mechanischen
Stoff 40–60%,
gebleichten Nadelholzzellstoff 25–40% und Füllstoffe und Streichmittel
20–35%.
Als allgemeine Werte für
LWC-Papier können die
folgenden gehalten werden: Flächengewicht
40–70
g/m2, Hunter-Glanz 50–65%, PPS S10- Rauheit 0.8–1.5 pm (Offset)
und 0.6–1.0
pm (Roto), Dichte 1100–1250 kg/m3, Reflexionsfaktor im Blauen 70–75% und
Opazität
89–94%.
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Als
allgemeine Werte für
MFC-Papier (machine finished coated) können die folgenden gehalten
werden: Flächengewicht
50–70
g/m2, Hunter-Glanz 25–70%, PPS S10-Rauheit 2.2–2.8 pm, Dichte
900–950
kg/m3, Reflexionsfaktor im Blauen 70–75% und
Opazität
91–95%.
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Als
allgemeine Werte für
FCO-Papier (film coated offset) können die folgenden gehalten
werden: Flächengewicht
40–70
g/m2, Hunter-Glanz 45–55%, PPS S10-Rauheit 1.5–2.0, um,
Dichte 1000–1050
kg/m3, Reflexionsfaktor im Blauen 70–75% und
Opazität
91–95%.
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Als
allgemeine Werte für
MWC-Papier (medium weight coated) können die folgenden gehalten werden:
Flächengewicht
70–90
g/m2, Hunter-Glanz 65–75%, PPS S10-Rauheit 0.6–1.0, um,
Dichte 1150–1250
kg/m3, Reflexionsfaktor im Blauen 70–75% und
Opazität
89–94%.
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Bei
HWC (heavy weight coated) beträgt
das Flächengewicht
100–135
g/m2 und es kann sogar mehr als zweimal
gestrichen werden.
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Bei
gestrichenen holzfreien Druckpapieren bzw. Fein papieren auf Zellstoffbasis
(WFC) variieren die Streichmittelmengen entsprechend den Anforderungen
und dem Verwendungszweck stark. Im Folgenden typische Werte für ein- und
zweimal gestrichenes Druckpapier auf Zellstoffbasis: für einmal
Gestrichenes Flächengewicht
90 g/m2, Hunter-Glanz 65–80%, PPS S10-Rauheit 0.75–2.2 Nm,
Reflexionsfaktor im Blauen 80–88%
und Opazität
91–94%
und für
zweimal Gestrichenes Flächengewicht
130 g/m2, Hunter-Glanz 70–80%, PPS
S10-Rauheit 0.65–0.95, um,
Reflexionsfaktor im Blauen 83–90%
und Opazität
95–97%.
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Die
Kartons bilden eine relativ heterogene Gruppe und enthalten vom
Flächengewicht
her hohe Sorten, deren Flächengewicht
sogar 500 g/m2 betragen kann und vom Flächengewicht
her niedrige Sorten, deren Flächengewicht
ca. 120 g/m2 beträgt, die Sorten können angefangen
von Primärfaserbasis
sogar bis zu 100% Recyclingbasis und von ungestrichen bis zu mehrfach
gestrichen variieren. Gestrichene Kartons sind die folgenden:
auf
Primärfaserbasis
(Chromoersatzkarton (FFB = folding boxboard),
gebleichter Zellstoffkarton
(SBS = solid bleached board),
Flüssigpackungskarton (LPB = liquid
packaging board),
gestrichener weißer Topschicht (coated White
top liner, carrier board)
auf Recyclingfaserbasis (weine Topschicht
Graupappe (WLC = white lined chipboard), gestrichener Recyclingkarton).
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Wärmeempfindliche
Produkte können
prinzipiell für
sämtliche
oben aufgeführten
Papier- und Kartonsorten hergestellt werden. Beim Bestreichen der Bahn
sowohl mit Streichstoffen, Leimstoffen, Vorbehandlungsstoffen als
auch mit sonstigen wesentlich flüssigen
Behandlungsstoffen ist eine nachteilig vorkommende Erscheinung die
Eigenschaft der Bahn, sich in Querrichtung der Bahn zu krümmen. Um
diese Erscheinung zu kompensieren, ist es bekannt gewesen, nach
der Applikation der Behandlungsstoffe und der darauf folgenden Trocknung
der Bahn noch eine gesonderte Behandlung der gegenüber liegenden Seite
der Bahn durchzuführen.
Dies hat durch Befeuchten mit Wasser oder durch Applikation eines entsprechenden
Behandlungsstoffes und der darauf folgenden Trocknung der Bahn stattgefunden,
wobei durch Einstellung dieser Gegenmal nahmen die Krümmung der
Bahn in gewünschtem
Grad neutral eingestellt worden ist. Es wird somit versucht, auf
der gegenüber
liegenden Seite der Bahn ein kompensierendes Krümmungsphänomen in entsprechendem Grad
zu erhalten.
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Die
zur Kompensierung der Krümmung durchzuführende Nachbehandlung
setzt natürlich
die Trocknung der Bahn anschließend
erneut voraus, damit die bei der Nachbehandlung an die Oberfläche der
Bahn applizierten flüchtigen
Stoffanteile aus der Bahn entfernt werden können und damit die Bahn erneut
auf die Rolle aufgerollt oder in weitere Behandlung geführt werden
kann. Wenn der oben erläuterte Streichprozess
an einem oben erklärten
wärmeempfindlichen
Produkt ausgeführt
wird, muss darüber
hinaus während
des gesamten Prozesses noch genau Oberwacht werden, dass die Temperatur
der Bahn in keiner Phase über
den ihr gestellten Maximalwert steigen kann. Ansonsten wird das
Produkt leicht unbrauchbar beschädigt.
Bei der Herstellung von wärmeempfindlichen
Produkten ist es wichtig, die Temperatur des zu trocknenden Produkts
insbesondere während
der Trocknung zu kontrollieren.
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Da
die Applikation des für
die Krümmungsreinstellung
der Bahn eingesetzten Wassers oder eines anderen Behandlungsstoffs
bei einem wärmeempfindlichen
Produkt auf die gestrichene Bahn erfolgt, muss auch seine Trocknung
aus der Bahn unter Einhaltung gleicher Temperaturbegrenzungen stattfinden
wie bei der Wärmetrocknung
des eigentlichen Streichmittels eingesetzt werden. Typischerweise
liegen diese Temperaturgrenzen auf einem Niveau von +55–60°C. Eine so
begrenzte Temperatur hat zur Folge, dass die Leistung der Trocknung
niedrig bleibt und sie reichlich Zeit in Anspruch nimmt. Zugleich
bedeutet es begrenzte Betriebsgeschwindigkeiten sowie große Dimensionierung
der Trocknungsvorrichtungen, um eine ausreichend lange Verweilzeit
sowie Laufbahn der Bahn zu erzielen.
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Die
für die
Trocknung eingesetzten mit Wasser erwärmten Zylinder weisen darüber hinaus
weitere Mängel
im Vergleich zum Beispiel zu Dampfzylindern auf. Bei den mit Wasser
erwärmten
Zylindern besteht u. a. stets die Gefahr bei Erreichung eines gleichmäßigen QR-Profils,
auf Grund der relativ schwierigen Kondensatableitung. Am Dampfzylinder besteht
das entsprechende Risiko nicht. An dem mit Wasser erwärmten Zylinder
ist die flüssige
Wasserschicht von der Dicke her größer als die kondensierte Wassermenge
des mit Dampf erwärmten
Zylinders. Da die Kondensat-/Wasserableitung
typischerweise von den Siphons an den Enden abhängig ist, liegt in der Mitte
des Zylinders typischerweise eine dickere Wasserschicht. Auch die
Verteilung des Heizwassers gleichmäßig auf den gesamten Mantel
des Zylinders ist schwieriger als die des Dampfs.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Behebung der oben aufgeführten Probleme.
Mit ihrer Hilfe ist es möglich,
die zur Kompensierung der Krümmung
gestellten Begrenzungen durch die gezielten Maßnahmen für die Funktion der gesamten
Linie und die Betriebsgeschwindigkeit zu reduzieren und die auf
die Qualität
des Produkts gerichteten mit Temperatur verbundenen Risikofaktoren
zu eliminieren. Diese Aufgabe wird mit der der Erfindung entsprechenden
Lösung
gelöst,
für die
kennzeichnend ist, was in dem Kennzeichnungsteil des ersten Schutzanspruchs
ersichtlich ist. Einige vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung
sind darüber
hinaus in unselbständigen
Schutzansprüchen
zu sehen.
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Die
zentrale Erkenntnis der der Erfindung entsprechenden Lösung ist
die Anordnung der Vorrichtungen zur Ausführung der zur Kompensierung der
Krümmung
vorzunehmenden Maßnahmen
in Laufrichtung der Bahn vor der Vorrichtung für die Applikation der wärmeempfindlichen
Stoffanteile. Mit Hilfe der Erfindung können in erster Linie die der
Einstellung der Krümmung
folgenden Temperaturbegrenzungen des Trocknungsprozesses eliminiert werden.
Wenn die Funktionsreihenfolge des Prozesses entsprechend der Erfindung
geändert
wird, kann die Trocknung im Vergleich zur derzeitigen Art und Weise
bedeutend verbessert werden und zugleich die Risiken der Beschädigung des
Produkts vermieden werden. Zugleich wird der gesamte Prozess merklich
vereinfacht und die Größe der Vorrichtung verkleinert.
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Die
Erfindung ist im Folgenden genauer erläutert, indem auf die beiliegende
Zeichnung hingewiesen wird, bei der
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die 1 die
der bekannten Technik entsprechende Anordnung zur Streichung der
Bahn und die anschließend
stattfin dende Einstellung der Krümmung
darstellt,
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die 2 die
der Erfindung entsprechende Anordnung für die Einstellung der Krümmung der Bahn
darstellt.
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In
der der 1 entsprechenden Anordnung 1 ist
die Streichung sowie die Einstellung der Krümmung der Bahn W entsprechend
der bekannten Technik angeordnet. Die Bahn W wird vom Abroller 15 abgerollt
und ober die Regulierwalzen 3 zur Streich- oder Bearbeitungspartie 5 geleitet,
wo mindestens auf eine Seite 12 der Bahn der gewünschte Bearbeitungsstoff
oder die Streichmasse appliziert wird. Es soll beachtet werden,
dass es sich nicht wörtlich
um Streichung oder wenigstens nicht nur eine solche handeln muss,
sondern es kann sich auch um die Applikation eines anderen auf die
Eigenschaften der Bahn W wirkenden Stoffs auf die Oberfläche der
Bahn oder Leitung auf tiefere Schichten der Bahn handeln kann. Der
Einfachheit halber wird nachstehend nur von Streichung gesprochen.
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Die
Einbringung der Mittel auf die Bahn kann mit einem beliebigen der
bekannten Technik entsprechenden Applikationsverfahren ausgeführt werden, wie
zum Beispiel Rakelstreich-, Folientransferstreich- und Vor hang-besichtungsverfahren.
Es handelt sich um wärmeempfindliche
Produkte, d. h. in der Streichphase 5 von den zu applizierenden
Mitteln mindestens eines zugleich solche Bestandteile enthält, die dem
Endprodukt temperaturabhängige
Reagierungseigenschaften in gewünschter
Art verleihen.
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Die
gestrichene Bahn wird anschließen
in der Trocknungsphase 20 getrocknet. Auf Grund der Temperaturbegrenzungen
wird die Trocknung typischerweise mit Hilfe von in Bezug aufeinander
in Serie angeordneten Schwebetrocknern ausgeführt, bei denen die auf die
Bahn gerichteten Temperaturen niedrig sind. Auf Grund der niedrigen
Trocknungsleistung müssen
typischerweise mehrere Trocknungsphasen nacheinander zur Erzielung
des gewünschten
Trocknungsergebnisses eingesetzt werden, wie die im Beispiel der 1 vorhandenen
drei nacheinander angeordneten Einheiten 2a, 2b, 2c.
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Nach
der Trocknungsphase 20 wird die Regulierung der in die
Bahn entstandenen Krümmung vorgenommen.
In der Streichphase 5 wird in Bezug auf die Oberfläche 12 der
bearbeiteten Bahn auf die Oberfläche 11 der
gegenüber
liegenden Bahn in der Befeuchtungsphase 10 ein geeignetes
Mittel eingebracht, zum Beispiel Wasser. Typischerweise wird angestrebt,
dass die Krümmung
der Bahn vollständig kompensiert
wird und das Ergebnis vom Querschnitt her eine möglichst gerade und gleichmäßige Bahn ist.
Der Phase 10 folgt erneut die Trocknungsphase 80 der
Bahn. Auf Grund der Temperaturbegrenzung werden bei der Trocknung
im Allgemeinen mit Wasser erwärmte
Zylinder 18 mit einer Temperatur von ca. 50–60°C eingesetzt,
gegen die Außenfläche derer
gedruckt die Bahn ober die Phase geleitet und zugleich getrocknet
wird. Auf Grund der niedrigen Trocknungsleistung werden von den
Zylindern 18 mehrere benötigt und die Trocknungsvorrichtung 80 wird
von der Größe her groß und von
den Kosten her teuer. Die Trockenzylinder haben meistens mit Einzelregulierung
angeordnet werden müssen
und die Ober- und Unterzylinder weisen gesonderte Wasserkreisläufe auf.
Ebenfalls begrenzt die Trocknungsleistung teilweise die Betriebsgeschwindigkeit
der Linie. Die Temperatur der Zylinder darf +50–60°C für die Oberflächen nicht
oberschreiten, die gegen das wärmeempfindliche
Papier (thermal paper) angeordnet sind. Die Temperatur des Wassers
muss demnach im Zylinder unter +65°C liegen.
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In
der 2 ist die der Erfindung entsprechende Anordnung
dargestellt, bei der die gesamte Prozessanordnung wesentlich anders
ist. Dabei wird direkt nach der Abrollung 15 der Bahn bereits
zuvorkommend die Einstellung der Krümmung ausgeführt, indem
die Befeuchtung 10 und Trocknung 80 der gegenüber liegenden
Seite 11 der Bahn vor der eigentlichen Streichphase 5 vorgenommen
wird. Die Befeuchtungsphase 10 kann mit den der bekannten Technik
entsprechen den Weisen wie zum Beispiel als Walzenbefeuchtung, Spray-Befeuchtung
ausgeführt
werden oder es kann ein Sizer oder eine Rakelstation eingesetzt
werden.
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Am
wesentlichsten ist es, dass die Trocknungsphase 80 mit
Trockenzylindern 28 jetzt ohne die gleichen Temperaturbegrenzungen
ausgeführt werden
kann, wie in der der bekannten Technik entsprechenden Lösung. Statt
dessen, dass für
die Trocknung typischerweise sieben bis acht mit Wasser erwärmte Trockenzylinder 18 benötigt würden, kommt
man jetzt sogar nur mit zwei mit Dampf erwärmten, typischerweise mit normalem
Gegendruckdampf (3 bar, ca. 140°C)
wirkungsvoll arbeitenden Trockenzylinder 28 aus. Die Trocknung
ist jetzt deutlich wirkungsvoller als früher, da die auf die Bahn gerichteten
Temperaturniveaus von den früheren
unter 60°C
liegenden Werten auf deutlich mehr als +100°C gehoben werden können. Die
Größe der Vorrichtungen
kann jetzt wesentlich verkleinert werden und somit ist es möglich, mit
der der Erfindung entsprechenden Prozessanordnung und einer deutlich
einfacheren Vorrichtungskonstruktion vollständig das gleiche Endergebnis
zu erzielen und noch, ohne die Qualität des Endprodukts zu gefährden.
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Und
wenn die jetzt vorgestellten Änderungen in
der Prozessanordnung den Bedarf an der für die Einstellung der Krümmung bestimmten
Flüssigkeit erhöhten, würden zum
Beispiel bei der Verdoppelung der Flüssigkeitsmen ge vier, höchstens
5–6 mit Dampf
funktionierende Trockenzylinder 28, d. h. weniger als die
derzeitige Anzahl der Zylinder ausreichen, möglicherweise nur die Hälfte. Ebenfalls,
da die der Befeuchtung folgende Trocknung nicht mehr den früheren Begrenzungen
unterliegt, können
auch in der Befeuchtungsphase Maßnahmen erlaubt werden, die
stärker
als früher
sind. Es kann zum Beispiel bei Bedarf mehr Wasser verwendet werden,
da die Trocknung dessen auf jeden Fall mit Sicherheit bis zum gewünschten
Trocknungsgrad auszuführen
ist.
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Die
Eliminierung der Temperaturbegrenzung der Trocknung öffnet auch
die Möglichkeit,
für die
der Befeuchtung 10 folgende Trocknung auch andere bekannte
Trocknungsverfahren, wie zum Beispiel die Infrarottrocknung oder
Schwebetrocknung mit verbesserten Betriebsparametern einzusetzen
oder Kombinationen von verschiedenen Trocknungsverfahren zu verwenden.
So ist es möglich,
eine noch kleinere Vorrichtungsgröße und Ersparnisse im Raumbedarf
zu erreichen.
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Vorrichtungsersparnisse
entstehen auch bei Materialanforderungen. Wenn mit Wasser und Dampf
erwärmte
Trockenzylinder verglichen werden, müssen bei den mit Wasser erwärmten Zylindern 18 typischerweise
in Zylinderteilen Spezialmaterialien auf Grund der Korrosionsbeständigkeit
eingesetzt werden. In Dampfzylindern 28 sind die Anforderungen
hierfür
kleiner.
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Ein
Vorteil der Lösung
ist auch die ausgezeichnete Möglichkeit,
die Lösung
in bereits vorhandenen Herstellungslinien anzuwenden. Die Vorrichtung
benötigt
bedeutend weniger Platz, ist billiger als vorher, von der Produktionssicherheit
und Einstellbarkeit besser, von der Qualität des Produkts her sicherer.
Erwähnenswert
ist auch, dass die Streichung und die Krümmungsreinstellung eines wärmeempfindlichen
Produkts früher
typischerweise mit einer Streichanlage von Offline-Ausführung stattgefunden hat.
Da die mit der Trocknung verbundenen Begrenzungen für die Ausrüstung eliminiert
werden konnte und die Vorrichtung einfacher und deutlich kleiner
als vorher ausgeführt
worden ist, ist es. jetzt denkbar, die der Erfindung entsprechende
Anordnung direkt als Online-Anordnung der Papiermaschine nachzuschalten.
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Die
der Erfindung entsprechende Lösung lässt noch
besser die Hinzuziehung von ergänzenden
Funktionen an die Krümmungseinstellung
der Bahn zu. Nach der Trocknungsphase 80 können vor der
Streichung 5 darüber
hinaus Elemente für
die anwendbare Vorbehandlung 29 der Bahn angeordnet werden.
Es ist möglich,
die Einstellung der Temperatur und/oder Feuchtigkeit der Bahn sowie
eine eventuelle Vorbehandlung mit einem geeigneten Mittel vor der
eigentlichen Streichung auszuführen.
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Für die Temperaturen
ist auch vorteilhaft, dass wo jetzt die Bahntemperatur bei Eintritt
in der Streichphase 5 typischerweise ca. +30°C beträgt, kann
jetzt die Bahntemperatur mit Hilfe der Zusatzvorrichtungen 29 oder
bereits nur mit Hilfe von heißen
Dampfzylindern 28 vor der Streichphase 5 leicht in
der Größenordnung
von > +50°C angeordnet
werden. Damit kann die der Streichung 5 folgende Trocknungsphase 20 bedeutend
gefördert
werden. Es ist sogar möglich,
eine Schwebetrocknereinheit komplett auszulassen.