Verfahren zur Klebebindung von Papierlagen

Abstract

 Das Verfahren zum Verbinden von gebündelten Papierlagen 13 beruht auf einer Injektion von Bindemittel in die Papierlagen. Diese Bindemittelinjektion 15 kann auf dem Einpressen von Bindemittel in die durch Nadeln 22 vorperforierte Papierlagen bestehen, wobei die Perforierung entweder vorgängig oder im gleichen Arbeitsgang mittels Injektion durch hohle oder ka­nülierte Nadeln 22 vorgenommen wird. Eine andere Möglichkeit der Bindemittelinjektion 15 beruht auf dem Einschuss von Bindemitteltropfen. Die Nachbehandlung 16 der Papierlagen kann aus einer Pressung und/oder der Einwirkung von Ultra­schall bestehen. Gegebenenfalls wird die Bindemittelinjektion nur in die Innenblätter 52 der Papierlage 13 ohne Deckblatt 51 und Mittelblatt 53 vorgenommen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kle­bebindung von Papierlagen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

[0002] Verfahren zur Verbindung von Papierlagen sind seit Jahrzehnten bekannt. Sie sind wesentlicher Gegenstand der Buchbinderei. Innova­tionen in der Technik des maschinellen Verbindens von Papierlagen drängten sich mit dem Aufkommen von Hochleistungsdruckanlagen auf, die bis 100'000 Druckerzeugnisse pro Stunde herstellen können.

[0003] Für die Massenbindung von Papierlagen, wie sie in Druckereien auf­treten, haben sich vor allem die Drahtheftung und die Klebebindung gut bewährt.

[0004] Grosse Bedeutung für das Verbinden von Druckmaterial in Heft- und Broschürenform besitzt die Drahtheftung. Rotations-Drahthefter be­sitzen eine hohe Leistung, sind aber verhältnismässig teuer. Der Umfang eines Heft-Exemplars kann bis zu 100 Seiten umfassen. Beim Rotations-Drahtheften wird die Drahtklammer durch den ausgebreite­ ten Papierstoss gegen ein Widerlager ohne Verschlussmechanik ge­drückt. Die Falzung des Papiers erfolgt nach der Heftung.

[0005] Einzel-Drahthefter leisten in Stückzahlen pro Zeiteinheit weniger als Rotations-Drahthefter; sie sind auch teuer. Allerdings kann das Pro­dukt bis über 300 Seiten umfassen. Einzel-Drahthefter besitzen ein Heft-Widerlager mit einer Verschlussmechanik.

[0006] Ein Vorteil der Drahtheftung ist die Möglichkeit zum vollständigen Oeffnen des Heftes. Es ist keine verschlossene Falzkante vorhanden, die einen Teil der Druckinformation abdeckt.

[0007] Ein Nachteil der Drahtheftung ist der Materialauftrag durch die Klammer im Rücken. Dadurch wird die Stapelbarkeit der Produkte beschränkt. Weiterhin erfordert die Auswahl, Lagerung und Verarbei­tung des geeigneten Drahtmaterials zusätzlichen Aufwand. Ebenfalls sind der Zuverlässigkeit der Drahtheftung Grenzen gesetzt - vor allem wenn es sich um dicke, mehr als 200 Seiten umfassende Pa­pierlagen handelt.

[0008] Die Klebebindung ist eine weitere Papierbindmethode. Sie wird vor allem in der Buchbinderei eingesetzt. Bei der Anwendung des Ver­fahrens wird meist das Papier zunächst gebündelt, überfräst und anschliessend auf dem Rücken mit Leim versehen. Obwohl diese Methode altbekannt ist, ist sie nicht unproblematisch. Massgebend für den Erfolg dieser Bindemethode ist beispielsweise die Papierqua­lität, die Art des Bundes (nur Text oder Text mit Bildern), die Art des Klebstoffes (Dispersions- oder Hotmelt-Klebstoff) und die Be­netzbarkeit des bedruckten Papiers.

[0009] Besonders kritisch bei dieser Methode, bei welcher der Rücken be­netzt wird, ist die Trocknungsgeschwindigkeit. Diese hängt von der Dicke des Klebstoffauftrages, von der Saugfähigkeit und vom Lei­mungsgrad des Papiers ab. Zur Beschleunigung der Trocknung werden beispielsweise Luftströme oder die Einwirkung eines elektrischen Hochfrequenz-Feldes angewandt.

[0010] Der Klebstoff kann entweder kalt oder bei erhöhter Temperatur auf­getragen werden.

[0011] Zur Vergrösserung der Adhäsionsfläche hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den zu verleimenden Rücken mittels eines mit äquidistant angeordneten Messern versehenen Fräsers mit Kanälen (Nuten) zu versehen. In jedem Fall ist darauf zu achten, dass sich der als Schmelze oder Dispersion aufgetragene Klebstoff optimal auf der Blattkante ablagern kann.

[0012] Ein weiteres Klebeverfahren ist das sog. Falzkleben. Dasselbe besteht darin, dass die einzelnen Papierlagen zunächst individuell mit strei­fen- oder spotförmig angeordneten Klebstellen versehen und an­schliessend unter Druck verbunden werden, wie das beispielsweise in der deutschen Patentschrift Nr. DE 35 27 660 C2 beschrieben ist. Durch Falzkleben ist es möglich, bis maximal 32 Seiten bei üblicher Druckgeschwindigkeit simultan zu verbinden. Das Verfahren bedingt allerdings einen zusätzlichen Arbeitsgang und erfordert eine aufwen­dige, individuelle Papierführung der einzelnen Papierblätter. Insbe­sondere muss beachtet werden, dass sich die zur Verbindung vorbe­reiteten Papierlagen nicht vorzeitig berühren. In diesem Zusammen­hang sei auf eine interessante Lösung von I. Köbler, die in der schweizerischen Patentschrift Nr. CH 665 389 A5 beschrieben ist, hingewiesen. Das Verschmieren des Klebstoffes, der durch zyklisches Anpressen der Papierbahn gegen eine klebstofftragende Walze aufge­bracht worden ist, wird dadurch verhindert, dass die Papierbahn über Umlenkrollen geführt wird, die entsprechend den Klebstoffstreifen, mit Gruben versehen sind.

[0013] Ein weiterer Nachteil des Falzklebens ist es, dass das Druckprodukt im Falz nicht vollständig geöffnet werden kann. Bei doppelseitigen Illustrationen in Heften und Broschüren kann Bildinformation verlo­ren gehen.

[0014] Es ergibt sich somit die Aufgabe, ein Verfahren zu entwickeln, das eine simultane Verklebung von Papierlagen erlaubt, ohne dass Nach­teile, wie das Aufschneiden des Rückens vor der Verleimung oder die Beleimung der Einzelblätter vor dem Zusammenfügen, in Kauf genom­men werden müssen.

[0015] Die Aufgabe wird gelöst, indem Klebstoff lokal in die Papierlagen-­injiziert wird. Die Bindemittelinjektion erfolgt entweder nach einer Vorperforierung der Papierlagen und der Bindemittelapplizierung durch Hohlnadeln resp. kanülierte Nadeln oder durch direkten Trop­feneinschuss in die Papierlagen.

[0016] Die Bindemittelinjektion erlaubt es, dass die Papierlagen in Analogie zur Faden- oder Drahtheftung nach dem Schneiden und Ordnen der Einzelblätter, gegebenenfalls sogar erst nach dem Falzen, verbunden werden können.

[0017] Das vorgeschlagene Verfahren unterscheidet sich damit wesentlich von den bestehenden Klebebindeverfahren, bei welchen der Klebstoff auf dem aufgeschnittenen Rücken aufgetragen wird. Diese klassischen Methoden erlauben zwar eine optimale Vorbereitung des Klebegutes- beispielsweise durch Anbringen von Rillen -, zusätzlich ist der offene Rücken Verfahren zur raschen Trocknung des Klebstoffes, beispielsweise durch Warmluftzufuhr, Bestrahlung usw, zugänglich. Es ist aber festzuhalten, dass die Rückenbeleimung, wie bereits erwähnt, grössere Vorbereitungen erfordert.

[0018] Auch vom oben beschriebenen Falzkleben unterscheidet sich das neue Bindemittelinjektionsverfahren wesentlich. Während in ersterem die Einzelblätter individuell mit Klebstoff versehen werden und sorgfältig beachtet werden muss, dass sich das Klebgut vor der Verbindung nicht unkontrolliert berühren kann, wird beim neuen Verfahren das Bindemittel mitten in einen sortierten und geordneten Papierstapel appliziert.

[0019] Zur Ausübung des Bindemittelinjektionsverfahrens bieten sich ver­schiedene Möglichkeiten an, insbesondere kann das Bindemittel nach einer Vorperforierung in die Papierlagen injiziert, oder in Tropfen­form in die Papierlagen eingeschossen werden.

[0020] Das Prinzip des Einschusses von Bindemitteltropfen in die Papierla­gen ist neuartig. Es beruht auf der Methode des Wasserstrahlschnei­dens, die zur Trennung von festen Materialien, wie Stein, Metall, Holz, Kunststoff usw erfolgreich eingesetzt wird.

[0021] Die Methode besteht darin, dass zunächst Wasser auf einen Druck von mehreren kbar gebracht und stossweise an die Schneidedüse abgegeben wird. Die ausgestossenen Wassertropfen haben eine Anfangsgeschwindigkeit von 600 m/sec bis 1000 m/sec.

[0022] Das Wasserstrahlschneiden von Papier ist untersucht worden. Entge­gen der Erwartungen löste sich ein auf Papierlagen auftreffender Wasserstrahl nach kurzer Distanz auf, wobei das Medium zwischen die Papierlagen eindrang und diese zum Aufquellen brachte. Es ergab sich eine unbefriedigende Schnittqualität. Es ist daher nicht weiter verwunderlich, dass das Wasserstrahlschneiden in der papierverarbei­tenden Industrie keine Bedeutung erlangt hat. Somit ist es auch nicht naheliegend, eine solche Methode im Zusammenhang mit dem Verkleben von Papierlagen aufzugreifen. Die Unzulänglichkeiten des Wasserstrahlschneiden von Papier, nämlich die nachteiligen Folgen der Benetzung, des Aufquellens und der Verfaserung des Materials sind hier im Zusammenhang mit einer Verklebung jedoch erwünscht.

[0023] Diese beiden Ausführungsmethoden des Bindemittelinjektionsverfah­ren besitzt gegenüber der Drahtheftung eine Anzahl Vorteile:
- Es ist keine genau justierte und verschleissanfällige Mechanik zur Einpressung und Umbiegung der Klammern erforderlich. Es ist lediglich ein leichtes Pressen des Klebgutes in der Umge­bung der Klebstelle notwendig.
- Neben dem Papier ist kein zusätzliches Material (Klammerdraht) zu lagern und zuzuführen.
- In Bezug auf Recycling ist die Methode sehr günstig, da das Papier mit keinerlei Fremdgut (Drahtklammern) versehen ist. Die erforderliche Klebstoffmenge ist irrelevant klein.
- Es können mehrlagige Produkte simultan bearbeitet werden.
- Infolge der Befeuchtung der Falzregion durch das Bindemittel wird die Falzmöglichkeit verbessert.

[0024] Verschiedene Nachbehandlungsverfahren, die sich bei der Klebebin­dung als günstig erwiesen haben, wie das Trocknen im Luftstrom, sind allerdings beim neuen Verfahren der Bindemittelinjektion nicht angezeigt, da die Klebstelle nicht offen zugänglich ist.

[0025] Beispielsweise Angaben und Vorrichtungen zur Durchführung solcher Verbindungen sind anhand der folgenden Abbildungen beschrieben:

Fig. 1. zeigt schematisch ein Beispiel einer Druckanlage zur Her­stellung von Massendruckgut unter Einbezug der Bindemit­telinjektion in die Papierlagen,

Fig. 2. veranschaulicht das Prinzip einer zweistufigen Vorrichtung zur Ausführung des Bindemittelinjektionverfahrens, beste­hend aus einer Vorperforierung (2a) und der Bindemittelin­jektion (2b),

Fig. 3. ist eine Darstellung einer entsprechenden einstufigen Vor­richtung,

Fig. 4. veranschaulicht eine Vorrichtung zum Tropfeneinschuss in die Papierlagen.

Fig. 5. zeigt das Prinzip einer Vorrichtung zur getrennten Behand­lung des Deck- und Mittelblattes beim Bindemittelinjekti­onsverfahren.

[0026] Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Prinzipdarstellung einer Druckanlage mit integrierter Bindemittelinjektions-Vorrichtung für Papierlagen. Das Papier gelangt von der Papierlade-Vorrichtung 10 zur Druckvor­richtung 11, die aus mehreren Druckstufen bestehen kann und zu­sätzlich eine Schneidevorrichtung 12 enthält. Das Druckmaterial wird anschliessend geordnet und als gebündelte Papierlagen 13, gegebenen­falls als Schuppenstrom 14 weiter befördert. Anschliessend gelangt das Druckgut zur Bindemittelinjektionsvorrichtung 15. Die Bindemit­telinjektion kann nach einer Vorperforierung mit anschliessender Injektion oder aus einem Tropfeneinschuss bestehen. Anschliessend gelangt der Schuppenstrom 14 in die Nachbehandlungsvorrichtung 16. Die gebundenen Produkte werden anschliessend von der Entnahme-­Vorrichtung 17 entgegengenommen.

[0027] Fig. 2 zeigt eine erste Variante einer Vorrichtung zur Injektion von Bindemittel in die Papierlagen. Auf einem Leist 21 sind beispielsweise kammförmig Nadeln 22 angebracht, welche die Vorperforierung 23 (Fig. 2a) der Papierlagen 13 mittels der Nadelpressvorrichtung 29 er­laubt. Die Perforierung kann gegebenenfalls auch statt simultan mit einem Nadelkamm 24, bei dem eine Anzahl Nadeln 22 auf einem Leist 21 angeordnet sind, sequentiell mit einer einzigen oder wenigen Nadeln 22 vorgenommen werden. Nach der Perforierung wird das Bindemittel dem Bindemittelreservoir 25 entnommen und durch die Bindemittelpressvorrichtung 26 appliziert (Fig. 2b). Zu diesem Zweck wird entweder das Bindemittel direkt in die Perforierungslöcher 23 eingepresst, oder es sind beispielsweise die Nadeln 31 hohl oder mit Kanülen versehen. Es ist angezeigt. die Papierlagen 13 während der Perforierung und gegebenenfalls auch der Bindemittelinjektion mittels einer Pressvorrichtung 27 gegen ein Widerlager 28 zu drücken, so­dass sowohl der Einstich kontrolliert verläuft, als auch das Heraus­ziehen der Nadeln ungestört ablaufen kann.

[0028] Wie Fig. 3 darstellt, kann, je nach Beschaffenheit der Papierlagen, die Perforierung und die Injektion des Bindemittels im gleichen Ar­beitsgang durchgeführt werden. Dies ist dann möglich, wenn die Bindemittelinjektion direkt bei der Perforierung durch Hohlnadeln 31 oder kanülierten Nadeln vorgenommen werden kann.

[0029] Eine weitere Möglichkeit zur Injektion des Bindemittels in die Pa­pierlagen besteht im Durchschuss von Flüssigkeitstropfen. Wie bereits erwähnt, beruht diese Methode auf dem Prinzip des Wasserstrahl­schneidens.

[0030] In Fig. 4 ist eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung abgebildet, wie sie zum Wasserstrahlschneiden Verwendung findet. In einem zylindrischen Gehäuse 41 befindet sich der Druckverstärkungskolben 42. Durch dessen hydraulisch kontrollierte Bewegung wird stossweise das vom Nachladeventil 43 gelieferte flüssige Medium stossweise bei einen Druck von mehreren kbar über die Düse 44 in das zu bear­beitende Material eingeschossen. Die ausgestossenen Tropfen haben eine Anfangsgeschwindigkeit von 600 m/sec bis 1000 m/sec.

[0031] Beispielsweise mit Hilfe einer Pressvorrichtung 27 werden die Papier­lagen 13 vorgepresst, sodass die kinetische Energie der Mediumstrop­fen nicht zur mechanischen Verschiebung der Papierlagen 13, sondern zu deren Durchschuss aufgewendet wird. Die Pressung bewirkt somit, dass die Papierlagen eine holzähnliche Konsistenz erhalten (Holz, beispielsweise Sperrholz, lässt sich bekanntlich sehr gut durch den Wasserstrahl schneiden).

[0032] Es ist naheliegend, dass auf diese Art Wasser, selbst wenn es ein wenig Klebstoff enthält, durch, resp. in den Falz eingeschossen wer­den kann. Die Papierlagen 13 werden dabei leicht befeuchtet. Bei dispersiver oder kolloidaler Beigabe zum "Schneidewasser" wird zu­sätzlich Bindematerial in die Papierlagen gebracht. Da nur wenig Bindemittel erforderlich ist, kann die Bindemittelkonzentration im Wasserstrahl sehr niedrig gehalten werden, was der Verstopfungs- und Erosionsgefahr der Düse entgegenwirkt.

[0033] In beiden Fällen der Bindemittelinjektion findet eine lokale Verlet­zung der Papierlagen statt. Diese Verletzung kann unsichtbar ge­macht werden, indem sowohl das Deckblatt des Heftes und gegebe­nenfalls auch die Mittelseite nach der Bindemittelinjektion aufge­bracht werden. Das bei der Nachbehandlung aus den Injekionslöchern austretende Bindemittel gewährleistet die Haftung der Deck- und Mittelblätter. In Fig. 5 ist eine entsprechende Vorrichtung darge­stellt.

[0034] Das Deckblatt 51, die einen Bund 52 bildenden inneren Seiten ohne Mittelseite, sowie die Mittelseite 53 werden einzeln zugeführt. In den Bund 52 wird auf erwähnte Weise das Bindemittel injiziert. An­schliessend werden die drei Teile 51, 52, 53 beispielsweise mittels einer Nachbehandlungsvorrichtung 16, 28 zusammengefügt und nach­behandelt.

[0035] Bei sehr sparsamer Verwendung des Bindemittels dürfte die Klebstelle bereits durch kurzes Pressen belastbar gemacht werden können. Eine weitere erfolgversprechende Möglichkeit zur Trocknung, Verfesti­gung und damit zur Qualitätserhöhung der Klebstelle ist die Anwen­dung von Ultraschall, wie er zum Verbinden von Kunststoffen erfolg­reich eingesetzt wird.

[0036] Eine Verbesserung der Stapelbarkeit der Produkte kann dadurch erzielt werden, dass der Falz vor oder während der Falzung leicht befeuchtet wird. Beim vorliegenden Verfahren erübrigt sich eine solche Behandlung, da im Zusammenhang mit der Bindemittelinjektion ohnehin eine Anfeuchtung zustande kommt.

Bezeichnungen P0319.

[0037] 

10 Papierlade-Vorrichtung

11 Druckvorrichtung

12 Schneidevorrichtung

13 Papierlagen

14 Schuppenstrom

15 Bindemittelinjektionsvorrichtung

16 Nachbehandlungsvorrichtung

17 Entnahmevorrichtung

21 Leist

22 Nadel

23 Vorperforierung

24 Nadelkamm

25 Bindemittelreservoir

26 Bindemittelpressvorrichtung

27 Papierpressvorrichtung

28 Widerlager

29 Nadelpressvorrichtung

31 Hohlnadel

41 Zylindrisches Gehäuse

42 Druckverstärkungskolben

43 Nachladeventil

44 Düse

51 Deckblatt

52 Innenseiten ohne Mittelseite

53 Mittelseite

Ansprüche

1. Verfahren zum Verbinden von gesammelten oder gebündel­ten Papierlagen in Form von Heften, Broschüren oder Büchern, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bindemittel in die Papierlagen injiziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel einen Klebstoff enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektion des Bindemittels nach einer Vorperforierung der Papierlagen erfolgt, wobei die Bindemittelinjektion im selben, oder in einem weiteren Arbeitsgang erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel durch Tropfeneinschuss in die Papierlagen injiziert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel in alle gebündelten Papierlagen injiziert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel in die inneren Pa­pierlagen ohne das Deckblatt und gegebenenfalls ohne das Mittelblatt injiziert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bindemittelinjektion eine Nach­behandlung folgt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbehandlung in einer Ultraschalleinwirkung besteht.

9. Vorrichtung zum Verbinden von gebündelten Papierlagen in Form von Heften, Broschüren oder Büchern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bindemittelinjekti­onsvorrichtung (15) und gegebenenfalls eine Nachbehand­lungsvorrichtung (16) vorhanden und derart angeordnet sind, dass sie auf die gebündelten und gegebenenfalls mittels der Papierpressvorrichtung (27) und dem Widerlager (28) gepressten Papierlagen (13) einwirken können.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelinjektionsvorrichtung (15) mit Nadeln (22) versehen ist und dass diese Nadeln (22) derart aus­gebildet sind, dass sie das Perforieren der Papierlagen (13) erlauben.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadeln (22) hohl sind oder Kanülen aufweisen und über eine Bindemittelpressvorrichtung (26) mit dem Bindemittelreservoir (25) in Verbindung stehen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelinjektionsvorrichtung (15) aus einem Zylindergehäuse (41) mit einem Druckverstärkungskolben (42), einem Nachladeventil (43) für das Bindemittel und einer Düse (44) besteht und derart angeordnet ist, dass das Bindemittel durch die Düse auf die Papierlagen (13), gegebenenfalls nach einer Pressung mittels einer Papier­pressvorrichtung (27) gegen ein Widerlager (28), einwirken kann.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Papierlagen (13) derart geführt sind und die Bindemittelinjektionsvorichtung (15) derart angeordnet ist, dass das Bindemittel nur in die Innenseiten (52), ohne Deckblatt (51) und gegebenenfalls ohne Mittel­blatt (53) injiziert wird und dass das Deckblatt (51) und gegebenenfalls das Mittelblatt (53) nach der Bindemittelin­jektion mit den übrigen Papierlagen zusammengefügt wer­den kann.

14. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbehandlungsvorrichtung (16) eine Pressung der Papierlagen (13) gegen ein Widerlager (28) bewirken kann.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbehandlungsvorrichtung (16) auf die Papierla­gen (13) eine Ultraschalleinwirkung ausüben kann.

Zeichnung