Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen eines flüssigen oder pastösen Auftragsmediums auf eine laufende Materialbahn aus Papier oder Karton gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Papiermaschine mit einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 14.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die US-A-5,152,872 bekannt. Dort wird mittels eines Walzenauftragswerkes in einer Einsieb-Naßpartie direkt auf die Faserstoffbahn ein einseitiger Auftrag vorgenommen. Im Auftragsbereich umschlingt das Sieb eine den Auftragsvorgang stützende Walze. Auf der Walzen abgewandten Seite des Siebes liegt die Faserstoffbahn auf. Das Walzenauftragswerk berührt die Faserstoffbahn im Umschlingungsbereich der stützenden Walze. Das Walzenauftragswerk ist eine aus drei Walzen bestehende Vorrichtung. Außerdem kommt es in dem Spalt zwischen der eigentlichen Auftragswalze und der schon benetzten Materialbahn, beim Ablösevorgang der Auftragswalzen-Oberfläche von der Bahnoberfläche, zum Aufrauhen beziehungsweise zum Rupfen an der Bahnoberfläche. In diesem Stand der Technik ist auch ein Auftragen eines Mediums in einer Doppelsiebzone einer Naßpartie nicht möglich.
Eine ähnliche Auftragsvorrichtung - wie oben beschrieben - zeigt die US-A-4,793,899. Hier wird jedoch der Auftrag nicht in der Naßpartie, sondern in der Pressenpartie einer Papier- bzw. Kartonmaschine vorgenommen. Außerdem wird das Auftragsmedium mittels eines maschinenbreiten Strahles aus einem Auftragswerk auf eine kombinierte Auftrags- und Preßwalze aufgetragen. Erst diese Walze überträgt das Auftragsmedium auf die Materialbahn. Auch diese Konstruktion verursacht ein Rupfen auf der Materialbahn und erlaubt ebenfalls keinen Auftrag in der Doppelsiebzone einer Papiermaschine.
Weiterhin ist aus dem Stand der Technik die US-A-5,622,599 bekannt. Dort wird mittels Sprühdüsen ein einseitiger Auftrag von oben her direkt auf die noch nasse Faserstoffbahn in der Siebpartie einer Papiermaschine vorgenommen. Der Sprühauftrag erfolgt im Bereich des geraden Siebverlaufes, in dem sich zum Teil quer zur Sieblaufrichtung eine Siebwelligkeit ausbilden kann. Dadurch kann der Sprühauftrag auf der Materialbahnoberfläche (quer zur Sieblaufrichtung gesehen) unregelmäßig erfolgen. Auch diese Konstruktion beinhaltet nicht den Auftrag in einer Doppelsiebzone. Eine dem Sprühauftragswerk und die benetzte Materialbahn berührende, nachgeschaltete Walze führt außerdem noch zu dem Nachteil des schon oben beschriebenen Rupfens.
In den noch nicht veröffentlichten Anmeldungen DE-A-197 47 091 und DE-U-297 23 289 wird eine Auftragsvorrichtung beschrieben, bei welcher das Auftragsmedium in einem von einer Walze unterstützten Bereich auf die noch nasse Materialbahn aufgebracht wird. Dabei kann die Materialbahn. sowohl zwischen zwei Sieben, als auch auf nur einem Sieb liegen. Ist die Materialbahnoberfläche von einem Sieb bedeckt, so führt die Auftragsvorrichtung beispielsweise durch das Sieb das Auftragsmedium der Materialbahnoberfläche zu. Ein weitere Auftragsmöglichkeit ist der Weg zum indirekten Auftragen auf die Materialbahn. Hier wird mit Hilfe des Auftragwerkes das Medium zunächst auf die das Sieb. stützende Walzenoberfläche aufgetragen. Durch die Rotation der Walze wird dann das Auftragsmedium durch das stützende Sieb hindurch der Materialbahnoberfläche zugeführt. Diese Auftragsmethode wird zum Beispiel angewandt, wenn die der Walze abgewandte Oberfläche der Materialbahn nicht durch ein Sieb bedeckt ist. Die Auftragsmedien können beispielsweise Streichfarbe, Stärke oder auch noch andere Stoffe sein.
Speziell für Heatset- und Coldset-Offsetdruck werden sehr hohe Papieroberflächenfestigkeiten verlangt. Beim Stand der Technik kommt es zu einer nur mäßigen Verankerung der Pigmentteilchen der Streichfarbe mit der Oberfläche der Materialbahn. Beim Drucken kommt es dann zum Rupfen auf der Materialbahnoberfläche, weil die Faser- und Pigmentpartikel oft stärker von der Druckfarbe gehalten werden, als von der Materialbahn. Teilweise kommt es dabei auch zum Stauben bzw. zur Delaminierung (das heißt zur Schichtentrennung) der Materialbahn. Die Folge ist eine nicht unerhebliche Druckbild-Ungleichmäßigkeit.
Die Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu finden, bei dem eine verbesserte Verankerung des Auftragsmediums auf der Materialbahn erreicht wird, so daß sich ihre Bedruckbarkeit verbessert und der technische Aufwand gegenüber den bisherigen Lösungen möglichst verringert wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Der Erfinder hat erkannt, daß das Aufbringen beispielsweise einer Streichfarbe mit geeignetem Bindemittel (oder zum Beispiel mineralische Füllstoffe wie Kaolin, Clays, Talkum, Zeolith, CaCO3, TiO2 usw.) in der Doppelsiebzone des Naßteiles einer Papier- bzw. Kartonmaschine eine gute Verankerung mit der Materialbahn erfährt. Dieses ist damit zu erklären, daß im Naßteil die Fasern zunächst im Verhältnis zu ihrem Endzustand nach der Trocknung noch relativ locker liegen. Durch den Entwässerungsdruck - verursacht durch Entwässerungsleisten oder durch Siebzug auf einer gekrümmten Siebbahn - wird verstärkt Wasser aus der Fasersuspension ausgetrieben. Wird in dieser Phase durch eine Auftragseinrichtung unter Druck das Auftragsmedium durch das Sieb hindurch in den Faserverband gepreßt, verhakt sich das Medium mit Fasern der Materialbahnoberfläche. Da sich im Innern der Materialbahn noch etwas Wasser befindet, dringt das Medium nicht bis in die Materialbahnmitte ein, sondern bleibt hauptsächlich in den äußeren Schichten. Die Folge ist eine steile Verteilung des Mediums in z-Richtung des Papierblattes (d.h. über den Plattquerschnitt), wodurch die Bedruckbarkeit wesentlich verbessert wird.
Als Auftragseinrichtung in der Doppelsiebzone wird ein Applikator verwendet. Dieses ist ein quer zur Sieblaufrichtung angeordnetes Verteilrohr mit einer sich ebenfalls in dieser Richtung erstreckenden Schlitzdüse. Das Medium wird durch Druck von 0,05 bis 0,5 bar - vorzugsweise mit 0,1 bis 0,4 bar - aus der Schlitzdüse ausgepreßt. Weil dieser Applikator nahe oder in unmittelbarer Nähe von die Sieboberfläche stützenden Elementen (zum Beispiel Entwässerungsleisten oder Walzen) angeordnet wird, wird eine, quer zur Sieblaufrichtung sich erstreckende, Siebwelligkeit eliminiert. Eine derart geglättete Sieboberfläche ermöglicht ein sehr nahes Positionieren des Applikators an der Sieboberfläche. Es ist sogar ein direktes Aufsetzen auf die Sieboberfläche möglich. Dieser so realisierbare gleichmäßige Abstand zwischen Applikator und Sieboberfläche bewirkt, beim Auftragen über die Maschinenbreite gesehen, homogene hydrodynamische Verhältnisse. Auf diese Weise wird eine hohe Gleichmäßigkeit des Auftrags quer zur Sieblaufrichtung erreicht. Das Auftragsgewicht (Trockenmasse des Auftragsmedium) beträgt je nach Einsatzfall zwischen 1 und 10 g/m2 je Seite.
Das oben beschriebene Auftragen kann durch eine erste Zugabe von Hilfsmitteln unterstützt werden, die eine oberflächenverfestigende Wirkung haben. Zu diesen Mitteln gehören zum Beispiel Stärke, Oberflächenleimungsmittel, Latex, und Polyvinylalkohole. Diese Mittel werden zusammen mit dem eigentlichen Auftragsmedium oder getrennt aufgebracht. Eine Vordosierung in den Faserstoff vor dem Stoffauflauf ist auch möglich.
Ein Hauptgedanke des Erfinders ist es, eine restliche Zugabe der Hilfsmittel in einem Bereich der Papiermaschine vorzunehmen, in dem die Materialbahn schon einen höheren Trockengehalt hat. Dies führt zu einer höheren Retention der Hilfsstoffe in der Materialbahn, weil durch den höheren Trockengehalt geringere Wasserströme aus der Materialbahn heraus stattfinden. Dieser Auftragsort liegt bevorzugt hinter der ersten Presse der Pressenpartie. Die initiale Verankerung des Auftragsmediums in der Doppelsiebzone des Naßteiles in Verbindung mit einem abschließenden weiteren Auftrag mit mindestens einem Hilfsmittel führt zu einer besseren Oberflächenfestigkeit und damit zu einer besseren Druckbildgleichmäßigkeit. Des weiteren wird eine verringerte Belastung des Wasserkreislaufes der Papiermaschine erreicht, weil die Hilfsmittel verstärkt in der Materialbahn verbleiben.
Diese Kombination des aufgeteilten Auftrages kann zudem eine zusätzliche Leimpresse oder eine Streichmaschine einsparen.
Als Auftragseinrichtung für die Hilfsstoffe sind der schon oben erwähnte Applikator oder auch Sprühdüsen denkbar.
Ein weiterer Gedanke des Erfinders ist der Auftrag von Faserfeinstoffen in der Doppelsiebzone des Naßteiles. Auch hierdurch wird eine Oberflächenverfestigung der Materialbahn erzielt. Die Faserfeinstoffe werden während der Entwässerung - vorwiegend aus der Oberfläche der Materialbahn - ungewollt herausgewaschen. Durch die Rückführung der Faserfeinstoffe werden sie der Schicht in der Materialbahn wieder zugeführt, aus der sie verloren gegangen sind. Die zwischen den Sieben sich befindende Fasermatte wirkt dabei wie ein Filter. Diese Faserfeinstoffe können beispielsweise durch Fraktionierung des Siebwassers wieder zurückgewonnen werden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen zum ersten Verfahrensanspruch beziehungsweise zum ersten Vorrichtungsanspruch den verfahrensmätigen Verwendungen der Papiermaschine und in den nachfolgenden Figurenbeschreibungen dargestellt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Die Erfindung soll nachfolgend, anhand der Zeichnungen, näher erläutert werden. Es stellen dar:
In der Figur 1 wird die Faserstoffsuspension mittels des Stoffauflaufes 1 zwischen die Siebe 3 und 4 ausgebracht (Maschinenfundament = 6). Auf dem Radius einer Umlenkeinrichtung F (beispielsweise einer Formierwalze) laufen die Siebe keilförmig aufeinander zu und die Fasersuspension wird nachfolgend zwischen den Sieben eingeschlossen. Hier erfolgt bereits eine erste Entwässerung der Fasersuspension und es bildet sich eine Fasermatte 38 (Materialbahn). Ab der Umlenkeinrichtung F beginnt die Doppelsiebzone, die ihren Endpunkt bei der Walze S, beispielsweise einer Siebsaugwalze, findet. In der Doppelsiebzone können sich noch weitere Entwässerungselemente 7, 8, und 9 befinden. So kann zum Beispiel das Entwässerungselement 7 ein Entwässerungskasten mit feststehenden Entwässerungsleisten sein. Dem Entwässerungskasten 7 sind dann im allgemeinen nachgiebige, anpreßbare Entwässerungsleisten 9 gegenüberliegend angeordnet. Das Entwässerungselement 8 kann beispielsweise ein sogenannter Siebsaugkasten sein. Auch kann der Bereich der Doppelsiebzone einen gekrümmten Verlauf aufweisen.
Durch auf die Siebe 3 und 4 aufgesetzte Applikatoren 5 und 10 (ggf. geringfügig beabstandet zu der Sieboberfläche), kann in die schon teilweise entwässerte Materialbahn 38 ein Auftragsmedium durch die Siebe hindurch in den Faserverband der Materialbahn eingebracht werden. Dieses Auftragsmedium kann Streichfarbe, Stärke, Oberflächen verfestigende Medien oder auch Faserfeinstoffsuspensionen beinhalten.
Um einen möglichst präzisen Einsatz der Applikatoren 5 und 10 zu gewährleisten, werden diese vorzugsweise in der Nähe von die Siebbahnen 3 und 4 berührenden und damit stützenden Elementen S, 7, 8 und 9 angeordnet. Durch die Stützung der Siebe wird eine möglicherweise quer zur Sieblaufrichtung verlaufende Oberflächenwelligkeit der Siebe weitestgehend vermieden.
Die Applikatoren 5 und 10 sind in ihrer Bauweise aus dem Stand der Technik bekannt. Sie bestehen aus einem Druckraum mit dem Auftragsmedium, der in der Ausbringungsrichtung eine schlitzförmige Öffnung aufweist.
Nach dem ersten Auftrag eines Auftragsmediums in der Naßpartie 33 wird die Materialbahn 38 über das Sieb 4 der Pressenpartie 34 zugeführt. Ein endloses Band 12 überführt die Materialbahn 38 zur Pressenpartie 34. Eine weitere - hier nicht dargestellte - Überführeinrichtung (beispielsweise eine Blaseinrichtung) leitet die Materialbahn 38 entweder in dem als durchgezogen oder als gestrichelt gezeichnete Linie dargestellten Verlauf durch eine erste Presse 13. Nun hat die Materialbahn 38 einen Trockengehalt, der einen weiteren Auftrag eines die Bahnoberfläche verfestigenden Mediums zuläßt.
Besonders vorteilhaft ist es ab diesem Zeitpunkt auch, daß die Auftragseinrichtungen 14, 16 und 17 der Pressenpartie 34 und auch die späteren Auftragseinrichtungen in der Trockenpartie direkt auf die Bahnoberfläche gerichtet werden können, da die Materialbahn 38 hier schon unter Umständen eine hinreichende Zugfestigkeit hat und nicht ständig durch Filze gestützt werden muß und damit auch nicht von Filzen oder später Trockensieben verdeckt ist. Die Auftragseinrichtungen können ab diesem Zeitpunkt neben den schon erwähnten Applikatoren auch reihenförmig quer zur Sieblaufrichtung angeordnete Sprühdüsen sein. Ein weiterer Auftragsort in der Pressenpartie ist der Preßspalt der Presse 15. Hier kann mittels einer Auftragseinrichtung auf die Preßwalzenoberfläche das zweite Auftragsmedium aufgetragen werden. Durch die Rotation der Preßwalzen wird dann das Medium auf die Materialbahnoberfläche übertragen.
Nach der Pressenpartie 34 wird die Materialbahn 38 mittels einer ebenfalls nicht dargestellten Überführeinrichtung um die Papierleitwalze 37 herum zur Trockenpartie 35 weitergeleitet. Hierbei stellen die Trockenzylinder 18, 19, 20, das Trockensieb 27 und die Trockensiebsaugwalzen 26 eine einreihig oben befilzte Trockengruppe dar. In dem Bereich, wo die Materialbahn 38 offen auf dem Trockenzylinder 18 aufliegt - das heißt sie nicht durch das Trockensieb 27 abgedeckt ist - ist eine geeignete Stelle, um eine Auftragseinrichtung 36 anzuordnen, denn hier wird die Materialbahn durch den Trockenzylinder 18 gestützt. Bei der einreihigen Trockengruppe gibt es jeweils nur einmal die Gelegenheit auf der Trockenzylinder abgewandten Seite der Materialbahn 38 direkt einen Auftrag vorzunehmen. Dieses ist in der Regel am Anfang oder am Ende möglich. Bei der Umschlingung der Trockensiebsaugwalze 26 liegt die Materialbahn 38 außen auf dem Trockensieb 27 auf und ist durch den Walzenkörper gestützt. Diese Position eignet sich ebenfalls zur Anbringung einer weiteren Auftragseinrichtung 25, um Oberflächen verfestigende Medien auf die Bahnoberfläche aufzubringen.
Die Trockenzylinder 21, 22, 23, 24, und die Trockensiebe 29, 30, zeigen eine teilweise dargestellte zweireihige Trockengruppe. Hier kann man die Auftragseinrichtungen 28, 31 und 32 derart zwischen einem oberen und einem unteren Trockenzylinder anordnen, daß beide Materialbahnoberflächen immer wieder abwechselnd mit Auftragsmedien behandelt werden können. Die Auftragseinrichtungen können dabei sowohl im Anfangs- beziehungsweise Endbereich der Trockengruppe eingesetzt werden, in dem die Materialbahn noch auf dem Trockenzylinder aufliegt und damit gestützt ist, als auch in dem Bereich, wo die Materialbahn sich im Übergang zwischen zwei Trockenzylindern befindet, also im Bereich der freien Züge.
In der Figur 2 wird eine von der Figur 1 abweichende Doppelsiebzone eines Naßteiles gezeigt. Die Materialbahn 38 liegt zwischen dem Obersieb 39 und dem Untersieb 40. Der Pfeil 41 gibt die Laufrichtung an. Die Materialbahn wird durch die nur beispielhaft dargestellten Entwässerungselemente 42 und 43 wechselseitig entwässert. Auf dem Umfang einer ersten Walze (beispielsweise einer Formierwalze FW) befindet sich ein erster Applikator 44 mit seiner schlitzförmigen Düse 45. Ist ein zweiseitiger Auftrag in der Naßpartie gewünscht, so kann in einem weiteren, von einer zweiten Walze, hier einer Siebsaugwalze SSW, gestützten Doppelsiebbereich ein weiterer Applikator 46 angeordnet sein.
Eine weitere Ausführungsform einer Doppelsiebzone eines Naßteils ist in der Figur 2a gezeigt. In der Figur 2a ist das Doppelsieb, besteht aus dem Obersieb 39 und dem Untersieb 40, das zwischen sich die entstehende Papierbahn 38 trägt, zu erkennen. Die Papierbahn 38 ist im Gegensatz zur Figur 2, in der sie zum besseren Erkennen von Ober- und Untersieb nicht gesondert dargestellt ist, gestrichelt gezeigt. Die beiden Siebe verlaufen von rechts kommend über die erste Siebsaugwalze SSW1, an der auf der Unterseite eine Auftragsvorrichtung 44 angeordnet ist, die ein Medium auf die Unterseite der Papierbahn 38 aufbringt. Danach wird das Doppelsieb zur zweiten Siebsaugwalze SSW2 geleitet, die von der Seite des Untersiebes umschlungen wird, wobei gleichzeitig auf der Seite des Obersiebes 39 eine zweite Auftragsvorrichtung 46 angeordnet ist, die ein zweites Medium auf die Oberseite der Materialbahn 38 aufbringt. Anschließend an die zweite Siebsaugwalze SSW2 wird das Doppelsieb an eine nachfolgende Umlenkwalze herangeführt, die das Obersieb 39 von der Materialbahn abhebt, wonach die entstehende Papierbahn 38 auf dem Untersieb 40 aufliegend weitergeführt wird.
Die Figur 3 zeigt eine Ausschnittsvergrößerung der einreihigen Trockengruppe aus der Figur 1. Die Materialbahn 38 bewegt sich nach der Umschlingung der Papierleitwalze 37 dem Trockenzylinder 18 zu. Die Trockensiebleitwalze 49 ist derart hoch angeordnet, daß eine Bahnseite frei auf der Zylinderoberfläche aufliegt. Dadurch ist ausreichend Platz geschaffen worden, daß eine Auftragseinrichtung 36 der Bahnoberfläche zugeordnet werden kann. Um mögliche Verschmutzungen seitens der Auftragseinrichtung 36 auf die Oberfläche des Trockenzylinders 18 zu beheben, ist dieser ein Reinigungsschaber 47 zugeordnet. Die Auftragseinrichtung 25 und eventuell eine weitere Auftragseinrichtung 48 beaufschlagen die der Zylinderoberfläche zugewandten Oberfläche der Materialbahn 38. Am linken Rand der Figur 3 ist schon das untere Trockensieb 30 und eine dazugehörige Trockensiebleitwalze 50 der nachfolgenden zweireihigen Trockengruppe zu sehen.
Die Figur 4 zeigt eine Ausschnittsvergrößerung der zweireihigen Trockengruppe aus Figur 1. Die Materialbahn 38 kommt von der einreihigen Trockengruppe und umschlingt zunächst den Trockenzylinder 21. Die Trockensiebleitwalze 51 ist derart hoch angeordnet, daß die Materialbahn 38 zum Teil offen auf der Zylinderfläche des Trockenzylinders aufliegt. Eine Auftragseinrichtung 28, die den Auftrag des zweiten Mediums bewerkstelligt, ist dem durch den Trockenzylinder 22 gestützten offenen Bereich der Materialbahn 38 zugeordnet. In den freien Zügen der Materialbahn 38 zwischen der oberen und der unteren Zylinderreihe sind weitere Auftragseinrichtungen 31, 32, 52 und 53 angeordnet. Dabei sind die Auftragseinrichtungen 31 und 32 unterschiedlichen Materialbahnoberflächen zugeordnet. Alternativ können auch die Auftragseinrichtungen 52 und 53 zum Einsatz kommen. In diesem Beispiel ist, zur Vermeidung von zusätzlichen Zugspannungen in der Materialbahn 38, der Auftragseinrichtung 31 gegenüberliegend eine Auftragseinrichtung 53 zugeordnet.
Die oben beschriebenen Anordnungen der Auftragseinrichtungen sind sowohl für den nur einseitigen Auftrag, als auch für den zweiseitigen Auftrag auf die Materialbahn denkbar.