Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer eine CF-Schicht aufweisende Papierbahn

Abstract

 Verfahren zum Herstellen einer Papierbahn, die eine CF-Schicht aufweist. Dabei führt man die Bahn durch einen von einer Beschichtungswalze (2) und einer Gegenwalze (1) gebildeten Walzenspalt (a). CF-Streichfarbe wird auf die Beschichtungswalze (2) aufgetragen, dort mittels einer Dosiereinrichtung (11) dosiert und in dem Walzenspalt auf die Papierbahn (3) übertragen, wobei die zwei Walzen (1, 2) mit einer Linienkraft von höchstens 10 kN/m gegeneinander gedrückt werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Papierbahn, die eine sogenannte CF-Schicht aufweist, im einzelnen mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Bekanntlich enthält eine (auf Papier aufgetragene) CF-Schicht ein farbreaktives Pigment, das mit einer sogenannten CB-Schicht eines anderen Papiers (z.B. in einem Formularsatz) derart zusammenwirkt, daß unter Druckeinwirkung (z.B. beim Durchschreiben) sichtbare Zeichen entstehen.

[0002] Zum Stand der Technik wird hingewiesen auf die DE 4224716 C2 und die DE 4224719 C2 sowie auf die dort angegebene Literatur. Bei jedem der bekannten Verfahren werden unterschiedliche Methoden angewandt zur Einstellung von zwei Walzen, die einen Walzenspalt bilden, durch den eine zu beschichtende Papierbahn hindurchläuft.

[0003] Bei der einen Methode wird der Walzenspalt auf einen Abstand eingestellt, der "nicht kleiner als die Dicke des ungestrichenen Papiers ist". Bei dieser bekannten Methode ist zu erwarten, daß es sehr schwierig oder gar unmöglich ist, die Streichmasse mit der notwendigen Gleichmäßigkeit auf die Papierbahn-Oberfläche zu übertragen. Es ist nämlich sehr schwierig, den Walzenspalt über die gesamte Bahnbreite hinweg (die viele Meter betragen kann, max. ca. 10 m) exakt gleich einzustellen. So kann beispielsweise durch unterschiedliche Temperaturen und hierdurch verursachte örtliche Durchmesser-Veränderungen der Abstand zwischen den zwei Walzenmänteln unterschiedlich sein.

[0004] Bei einer anderen Methode wird zwischen den zwei Walzen eine Linienkraft von 10-40 kN/m eingestellt. Hierbei besteht die Gefahr, daß die aufzutragende CF-Schicht zu stark in das Papier (in die Hohlräume zwischen den Papierfasern) hineingedrückt wird. Mit anderen Worten: die Penetration der Streichmasse in das Papier ist zu hoch. Folglich ist ein höherer und somit relativ teurer Farbauftrag erforderlich, um später beim Gebrauch des beschichteten Papiers die gewünschte "Durchschrift-Intensität" sicherzustellen. Auch die Gleichmässigkeit der CF-Schicht läßt zu wünschen übrig; es entsteht mitunter eine orangenschalen-artige Oberfläche, die den Gebrauchsnutzen beeinträchtigt. Beispielsweise wird die Bedruckbarkeit der die CF-Schicht aufweisenden Papierseite vermindert.

[0005] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebene Verfahren dahingehend weiterzuentwickeln, daß die fertige, eine CF-Schicht aufweisende Papierbahn höheren Qualitätsansprüchen genügt als bisher. In gleicher Weise soll die im Oberbegriff des Anspruches 3 angegebene Vorrichtung weiterentwickelt werden.

[0006] Die gestellte Aufgabe wird durch das kennzeichnende Verfahrensmerkmal des Anspruches 1 bzw. durch das kennzeichnende Vorrichtungsmerkmal des Anspruches 3 gelöst.

[0007] Vorteile der Erfindung: Es wurde erkannt, daß optimale Ergebnisse hinsichtlich der Qualität der CF-Schicht gerade im Linienkraft-Bereich zwischen Null und 10 kN/m erzielt werden können. Insbesondere wird durch die Anwendung der relativ geringen Linienkraft dafür gesorgt, daß der Pigment-Anteil der CF-Streichmasse eine sehr gleichmäßige und geschlossene Schicht bildet, ohne daß eine übermäßig hohe Menge an CF-Streichfarbe zugeführt werden muß. Dies trägt wesentlich zur Verringerung der Herstellungskosten bei. Des weiteren wurde erkannt, daß dank der relativ geringen Linienkraft auch der flüssige Bindemittelanteil der CF-Streichfarbe weniger in das Papier penetriert. Dadurch verbleibt ein größerer Anteil des Bindemittels in der CF-Schicht. Daraus resultiert beim Bedrukken der CF-Schicht des fertigen Papiers der unerwartete Vorteil, daß bisherige unerwünschte Begleiterscheinigungen wie Staubbildung oder Verkleben des Druckmittels weitgehend vermieden werden.

[0008] Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können darin bestehen, daß gemäß den Unteransprüchen für eine bestimmte Länge des Walzenspaltes gesorgt wird; d.h. die Papierbahn kommt im Walzenspalt über eine gewisse Laufstrecke gleichzeitig mit beiden Walzenmänteln in Kontakt. Dabei kann die spezifische Flächenpressung auf besonders niedrigen Werten gehalten werden. Dies gilt besonders auch dann, wenn eine der beiden Walzen als Schuhpreßwalze ausgebildet ist; denn in diesem Fall wird bekanntlich die Anpreßkraft auf eine besonders große Fläche aufgeteilt. Ähnlich wie bei (von Papierherstellungsmaschinen) bekannten Schuhpreßwalzen, kann beim Einlauf der Papierbahn und der aufzutragenden CF-Schicht in den Walzenspalt für ein besonders feinfühliges und allmähliches Ansteigen des Anpreßdruckes gesorgt werden. Zugleich ist es möglich, beim Auslauf aus dem Walzenspalt für einen relativ raschen, steilen Druckabfall zu sorgen. Dadurch wird die Gleichmäßigkeit (mit anderen Worten: die Glätte) der Oberfläche der CF-Schicht noch weiter erhöht. Der bisher gefürchtete Orangenschalen-Effekt wird hierdurch so gut wie vollkommen vermieden.

[0009] Das Einstellen der sehr kleinen Linienkraft zwischen Null und 10 kN/m ist mit den herkömmlichen Anpreßeinrichtungen nur schwer oder gar nicht erreichbar. Möglich ist dies jedoch mit einer speziellen Weiterbildung gemäß Anspruch 4.

[0010] Jede der Figuren 1 bis 4 zeigt eine erfindungsgemäße, zum Herstellen einer CF-Schicht dienende Vorrichtung, jeweils in einer schematischen Seitenansicht.

[0011] In Fig. 1 ist folgendes vorgesehen: Eine Beschichtungswalze 2 und eine Gegenwalze 1 bilden miteinander einen Walzenspalt, durch den eine zu beschichtende Papierbahn 3 hindurchläuft. Im freiem Bereich der Mantelfläche der Beschichtungswalze 2 ist eine insgesamt mit CF bezeichnete Zuführ- und Dosiereinrichtung für CF-Streichfarbe angeordnet. Diese Einrichtung umfaßt in bekannter Weise einen düsenartigen Zuführkanal 9 und als Dosierelement eine Rollrakel 11, die vorzugsweise mit Umfangsrillen versehen ist. Diese Einrichtung erzeug auf dem Walzenmantel der Beschichtungswalze aus der zugeführten CF-Streichfarbe einen dünnen Streichfarbe-Film, der sodann im Walzenspalt auf die Papierbahn übertragen wird.

[0012] Schematisch ist angedeutet, daß die eine der beiden Walzen, vorzugsweise die Gegenwalze 1, in unbeweglichen Lagern ruht. Dagegen sind die Lager der anderen Walze, also vorzugsweise der Beschichtungswalze 2, beweglich; d.h. sie ruhen beispielsweise in Schwenkhebeln 4, die mittels je einer Belastungseinrichtung (z.B. Hydraulikzylinder 13) betätigbar sind. Der Hydraulikzylinder bewirkt ein gegenseitiges Anpressen der beiden Walzen 1 und 2. Ihm wirkt entgegen ein Kraftspeicher, z.B. eine Druckfeder 14. Dadurch kann die im Walzenspalt wirkende Anpreßkraft sehr feinfühlig auf extrem niedrige Werte eingestellt werden.

[0013] Man wählt die Durchmesser der beiden Walzen 1 und 2 und die Werkstoffe, E-Modul und Härte der Walzenmäntel bzw. der Walzenbezüge sowie die Höhe der im Walzenspalt wirkenden Linienkraft derart, daß - in Laufrichtung gemessen - die Länge a des Walzenspaltes mindestens 5 mm beträgt, vorzugsweise zwischen 10 und 20 mm.

[0014] Die andere Seite der Papierbahn 3 (gemäß Fig. 1 die Unterseite) kann beim Auftragen der CF-Schicht auf die Oberseite unverändert bleiben. Alternativ hierzu kann - wie in Fig. 1 schematisch angedeutet - mittels einer zusätzlichen Auftragswalze 15, die mit einer zusätzlichen Zuführ- und Dosiereinrichtung 16 zusammenarbeitet, irgend ein Medium, z.B. Wasser, oder Stärke oder eine beliebige Streichfarbe, (beispielsweise eine CB-Streichfarbe) auf die Gegenwalze 1 aufgetragen werden, welche dieses Medium sodann auf die Unterseite der Papierbahn 3 überträgt. In der Figur 1 ist angedeutet, daß die Umfangsgeschwindigkeit v₁ der zusätzlichen Beschichtungswalze kleiner ist als die Arbeitsgeschwindigkeit v der gesamten Vorrichtung. Hierdurch wird eine besonders feine Dosierung des aufzutragenden Mediums erreicht.

[0015] Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 unterscheidet sich von Figur 1 im wesentlichen nur dadurch, daß anstelle einer normalen Gegenwalze eine Schuhpreßwalze 1' vorgesehen ist. Diese hat einen umlaufenden flexiblen Preßmantel 1a, durch den sich ein stationärer Tragkörper 7 erstreckt. Ein radial beweglicher Preßschuh 5 hat für den Preßmantel 1a eine konkave (und an die Beschichtungswalze 2 angepaßte) Gleitfläche. Er ist in dem Tragkörper 7 geführt und kann den Preßmantel 1a feinfühlig an die Beschichtungswalze 2 anpressen. Gegenüber dem beweglichen Preßschuh 5 ist am Tragkörper 7 ein stationärer Gleitschuh 8 mit einer konvexen Gleitfläche vorgesehen. Hier kann an der Außenseite des Preßmantels 1a eine zusätzliche Zuführ- und Dosiereinrichtung 16 vorgesehen werden, um irgendein Medium über den Preßmantel 1a auf die andere Papierseite aufzutragen.

[0016] Gemäß den Figuren 1 und 2 läuft die Papierbahn im wesentlichen von oben nach unten durch den Walzenspalt hindurch. Das umgekehrte ist jedoch ebenfalls möglich, wie die Figuren 3 und 4 zeigen. Man verwendet hierbei Zuführ- und Dosiereinrichtungen CF bzw. 16 oder 16'. Diese sind derart konstruktiv gestaltet, daß sie an der nach unten laufenden Seite des betreffenden Walzenmantels angeordnet werden können. Die an der Gegenwalze 1 der Figur 3 vorgesehene Zuführ- und Dosiereinrichtung 16' bildet zusammen mit dem Walzenmantel einen Flüssigkeitssumpf, während die anderen Zuführ- und Dosiereinrichtungen CF bzw. 16 einen solchen Sumpf vermeiden und deshalb für höhere Arbeitsgeschwindigkeiten geeignet sind.

[0017] Abweichend von den Figuren 1-4 könnte folgendes vorgesehen werden: Die CF-Streichfarbe (und/oder ggf. das auf die Gegenseite aufzutragende Medium) kann mittels einer an sich bekannten Freistrahldüse der betreffenden Walze 2 bzw. 1 zugeführt werden. Danach kann, falls erforderlich, überschüssige CF-Streichfarbe (bzw. überschüssiges Medium) von der Walze abgerakelt werden.

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen einer Papierbahn, die auf einer Bahnseite eine sogenannte CF-Schicht aufweist, mit den folgenden Verfahrensschritten:

a) Die auf einer Papiermaschine hergestellte rohe Papierbahn führt man durch einen von einer Beschichtungswalze (2) und einer Gegenwalze (1) gebildeten Walzenspalt (a);

b) CF-Streichfarbe, die ein mineralisches oder organisches farbreaktives Pigment enthält, wird kontinuierlich auf den umlaufenden Walzenmantel der Beschichtungswalze (2) aufgetragen und dort mittels einer Dosiereinrichtung (z.B. Rollrakel 11) dosiert;

c) die derart dosierte CF-Streichfarbe wird mittels der rotierenden Beschichtungswalze (2) in dem genannten Walzenspalt auf die Papierbahn (3) übertragen;

d) dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Walzen (1, 2) mit einer Linienkraft von höchstens 10 kN/m gegeneinander gedrückt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Linienkraft - unter Berücksichtigung des Werkstoffes, der Härte und des Elastizitäts-Moduls der Walzenbezüge sowie der Walzen-Durchmesser - derart wählt, daß, in Bahnlaufrichtung gemessen, eine Spaltlänge von mindestens 5 mm vorhanden ist.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Beschichtungswalze (2), die mit einer Gegenwalze (1) einen Walzenspalt (a) bildet, mit einer der freien Mantelfläche der Beschichtungswalze zugeordneten Zuführ- und Dosiereinrichtung (10) für CF-Streichfarbe sowie mit einer Einrichtung (13) zum gegenseitigen Anpressen der genannten Walzen,
gekennzeichnet durch Maßnahmen, durch welche die Anpreßeinrichtung (13) zum feinfühligen Einstellen beliebiger Linienkräfte im Bereich bis 10 kN/m geeignet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpreßeinrichtung einen variablen Krafterzeuger umfaßt, dem ein Kraftspeicher (z.B. Feder, Gegendruck-Zylinder oder dgl.) entgegenwirkt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff, die Härte und der E-Modul der Walzenbezüge sowie die Walzen-Durchmesser derart gewählt sind, daß unter Anwendung der genannten Linienkraft eine Walzenspalt-Länge (a) von mindestens 5 mm vorhanden ist, gemessen in Bahnlaufrichtung.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Walzen einen elastisch verformbaren Preßmantel (1a) aufweist, der über einen Preßschuh (5) gleitet, so daß ein in Bahnlaufrichtung verlängerter Walzenspalt vorhanden ist.

Zeichnung