Verfahren zur Qualitätssteigerung einer Papiermachine

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steigerung der Qualität einer Zeitungsdruck-Papiermaschine, die mit einer Blattbildungsanordnung, einer Pressenpartie, einer Trockenpartie und einem Soft-Kalander, der eine Heizwalze und eine mit der Heizwalze einen Nip bildende, mit einer Polymerhülle versehene elastische Walze umfasst, ein mit hohem DIP-Anteil und 8 - 16 % Füllstoffen versehenes Papier erzeugt. Um bessere Papierqualitäten zu erzeugen, werden die mit einer Polymeraußenhülle versehenen elastischen Walze mit einer äußeren metallischen und beheizbaren Beschichtung versehen, eine Streckenlast im Nip auf mindestens 150 N/mm gebracht und weiterhin der Anteil an Füllstoffen, der über die Blattbildungsanordnung eingebracht wird, auf 16 - 35 % erhöht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Steigerung der Qualität einer Zeitungsdruck-Papiermaschine, die mit einer Blattbildungsanordnung, einer Pressenpartie, einer Trockenpartie und einem Soft-Kalander, der eine Heizwalze und eine mit der Heizwalze einen Nip bildende, mit einer Polymerhülle versehene elastische Walze umfasst, ein mit hohem DIP-Anteil und 8 - 16 % Füllstoffen versehenes Papier erzeugt.

[0002] Bei Papiermaschinen dieser Art wird ein gutes Zeitungsdruck-Papier in konstanter Qualität erzeugt, das sich beispielsweise für Tageszeitungen eignet. Häufig ist der weitaus größte Anteil des Stoffs aus aufbereitetem Altpapier (DIP) erzeugt worden. Das bringt es mit sich, dass der Füllstoffanteil in der Regel zwischen 8 und 16% beträgt. Bei einem derartigen Papier reicht es oft aus, nur einen Soft-Kalander-Nip zur Satinage zu verwenden. Dabei wird die rauere aus der Trockenpartie kommende Bahnseite in Kontakt mit der stärker glättenden Heizwalze und die andere Seite, die glatter aus der Trockenpartie herausläuft, in Kontakt mit der polymer beschichteten elastischen Walze gebracht. Ein relativ weicher Belag auf einer Walze ist notwendig, um dem Papier eine für die anschließende Bedruckbarkeit notwendige gleichmäßige Dichte zu verleihen.

[0003] Die Glättwirkung dieses elastischen Nips bleibt jedoch grundsätzlich einseitig. An der Papierbahnseite, die Kontakt zur harten, metallischen sowie beheizbaren Walze hat, werden höhere Glanz- und Glättewerte erzeugt als auf der anderen Seite, die die polymerbeschichtete Walze berührt.

[0004] Neben der Anfertigung von Standard-Zeitungsdruckpapieren mit mittleren Rauigkeiten zwischen 120-220 ml/min nach Bendtsen versucht man auf den im Oberbegriff genannten Zeitungsdruckmaschinen auch höherwertige Qualitäten zu erzeugen, wie beispielsweise für Heat Set- mit Rauigkeiten von 80-100 ml/min bzw. für Flexo-Druck geeignete Papiere mit Rauigkeiten von 50-80 ml/min.

[0005] Bei den einfachen Zeitungsdruck-Papieren mit geringer oder gar keiner Zweiseitigkeit wird diese wegen der üblichen niedrigen Belastungen im Bereich von 30 bis 100 N/mm Streckenlast im Nip zunächst nur geringfügig verändert. Das gilt nicht mehr für die genannten Heat Set- bzw. für Flexo-Druck geeigneten Papiere. Es handelt sich dabei um Papiere, deren Füllstoffanteil höher liegt. Bei diesen zeigt sich nämlich, dass die Zweiseitigkeit mit zunehmender Satinageleistung durch die einseitige Glättung stark ansteigen kann. Diese wird umso deutlicher, je höher der Druck im Nip oder die Temperatur an der Heizwalze eingestellt werden. Das Papier stärker zu verdichten, bedingt also eine hohe Zweiseitigkeit. Die Temperatur der Heizwalze zu erhöhen, führt ebenfalls dazu. Um dies zahlenmäßig zu verdeutlichen: während für Standard-Zeitungsdruck aufgrund der geringen Satinageleistung, ein Niveau von 10 % nicht überschritten wird, so können bei Heat Set- bzw. Flexo-Druck-Qualitäten Zweiseitigkeiten von 20 bis 30 % beobachtet werden.

[0006] Um das Problem zu lösen lautet die Überlegung in der Regel, einen 2. Nip vorzusehen, um das Glanz- und Glätteniveau an der raueren Bahnseite zu erhöhen und somit auch eine Angleichung an die glattere Papierseite zu bewirken. Aus Platz- bzw. Kostengründen muss allerdings sehr häufig auf diesen 2. Nip verzichtet werden.

[0007] Nun wird jedoch immer häufiger gewünscht, auf einer Maschine für Standard-Zeitungsdruckpapiere, also Produkte mit geringer Verdichtung und somit akzeptabler Zweiseitigkeit, gleichermaßen Papiere mit niedrigeren Rauigkeiten bzw. höheren Glätten zu erzeugen, deren Zweiseitigkeit ebenfalls 10 % nicht übersteigt. Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem mit nur einem Nip die Qualität von Zeitungsdruckpapier verbessert werden kann, ohne eine Zweiseitigkeit zu erzeugen, die größer als 10 % ist.

[0008] Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die mit einer Polymeraußenhülle versehene elastische Walze mit einer äußeren metallischen und beheizbaren Beschichtung versehen, eine Streckenlast im Nip auf mindestens 150 N/mm gebracht und weiterhin der Anteil an Füllstoffen, der über die Blattbildungsanordnung eingebracht wird, auf 16 - 35 % erhöht werden.

[0009] Auf diesem Weg werden ohne großen Aufwand durch drei relativ einfache Maßnahmen überraschenderweise Papierqualitäten erzeugt, die einem Heat Set- oder Flexo-Druck fähigen Papier nicht nachstehen und mit großem Vorteil zudem eine sehr geringe Zweiseitigkeit haben.

[0010] Die Erfinder haben erkannt, dass dies durch eine Kombination von drei Handlungen geschieht, wobei man erstens die elastische Polymeraußenhülle mit einer sehr dünnen metallischen Schicht versieht. Dieser Vorgang ist in der DE 10 2008 037 999 A1 beschrieben und muss maximal einmal pro Jahr wiederholt werden. Unter dem Begriff Außenhülle ist hier entweder ein elastischer Belag auf einem Metallmantel oder ein komplett aus elastischem Material hergestellter Mantel zu verstehen. Die Walze behält dabei eine für eine gleichmäßige Verdichtung der Papierbahn notwendige Elastizität und wird zudem so glatt, dass auch eine rauere Bahnseite ausreichend gut geglättet werden kann. Durch die Beheizbarkeit der Oberflächenschicht mittels Induktions-oder Heißgebläseheizung kann zusätzlich Energie zur Satinage in den nur einen Nip eingebracht werden.

[0011] Gleichzeitig und als zweite Maßnahme muss allerdings auch die Strecklast um etwa das Doppelte auf mindestens 150 N/mm erhöht werden. Dadurch erhält man einen hervorragenden Glätteffekt, der sich vermutlich aufgrund der glatten Oberfläche der elastischen Walze in unerwarteter Weise auf beiden Bahnseiten annähernd gleich auswirkt. Eine dritte Maßnahme ist ebenfalls wichtig. Der Füllstoffgehalt der Bahn, immer bezogen auf die trockene Bahn, muss deutlich erhöht werden, um die gewünschten Ergebnisse zu erhalten. Verbunden mit der hohen Streckenlast bewirken die vermehrten Füllstoffe eine besonders homogene und damit gut bedruckbare Bahnoberfläche.

[0012] Es ist von Vorteil, wenn sowohl die Oberfläche der Heizwalze als auch die mit einer äußeren metallischen Beschichtung versehene elastische Walze auf wenigstens 70°C, vorzugsweise 90 °C erwärmt werden. Mit Temperaturen ab einer solchen Größenordnung wird zumindest an der Bahnoberfläche der Glasübergangspunkt der Fasern erreicht, was zu einer Verschmelzung mit hohem Glättegewinn führt.

[0013] Vorzugsweise werden die Oberflächentemperaturen der Heizwalze und/oder der mit elastischem Polymerbelag und einer äußeren metallischen und beheizbaren Schicht versehenen Walze zonenweise quer zur Faserbahnlaufrichtung eingestellt. Auf diese Weise kann auf das Glätteprofil nicht nur in Hinblick auf die Zweiseitigkeit sondern auch bezüglich des Querprofils Einfluss genommen werden.

[0014] Bevorzugt wird die äußere metallische Schicht mittels eines Spritzverfahrens, vorzugsweise dem HVOF-Verfahren, aufgebracht. Auf diesem Weg kann eine sehr glatte Beschichtung in das Polymermaterial schonender Weise aufgebracht werden. Die Beschichtung ist ausreichend dünn, um den elastischen Charakter der Walze zu bewahren.

[0015] Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt Figur 1 eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung einer Zeitungsdruckmaschine, die gemäß der Erfindung in ihrem Qualitätsausstoß gesteigert werden soll.

[0016] Die Zeitungsdruckmaschine 1 umfasst die lediglich als rechteckiges Symbol dargestellten Blattbildungsanordnung 2, Pressenpartie 3 und Trockenpartie 4, die von einer herzustellenden Papierbahn 5 in dieser Reihenfolge durchlaufen werden. Diese Aggregate sind dem Fachmann bekannt und müssen nicht näher erläutert werden. In Bahnlaufrichtung folgt ein Kalander 6 mit nur einem Nip 9. Dieser wird durch eine Heizwalze 7 und eine elastische Walze 8 gebildet. Dahinter kann sich beispielsweise in nicht dargestellter Weise eine Aufwickelvorrichtung für die dann satinierte Papierbahn befinden.

[0017] Die elastische Walze 8 des Kalanders 6 ist als Biegeeinstellwalze dargestellt. Sie besitzt eine nicht drehende Achse 11, um die ein Mantel 12 rotiert, der entweder vollständig oder nur an seinen Belag aus einem elastischen Polymer besteht. Beide Möglichkeiten werden im Folgenden als Polymerhülle 13 bezeichnet. Zwischen der Achse und dem Mantel wirken Druckgeber 14, die für Biegeeinstellwalzen bekannt sind, zumindest in Richtung der Heizwalze 7.

[0018] Bei der Heizwalze 7 sind periphere Bohrungen 15 angedeutet, durch die ein Temperiermittel geleitet werden kann. Andere Beheizungen der Heizwalze 7 sind möglich, wie beispielsweise eine Gasheizung oder eine induktive Heizung. Über einen Anstellzylinder 16 kann die Walze in Richtung elastischer Walze 8 bewegt oder der Nip 9 geöffnet werden.

[0019] Durch den Pfeil 10 wird der zugeführte Stoff gekennzeichnet, der auf ein nicht dargestelltes Sieb in bekannter Art zur Blattbildung aufgetragen wird. Dieser Stoff besitzt für ein Standard-Zeitungsdruckpapier einen Füllstoffgehalt von 8 - 16 %, gemessen an der trockenen Bahn.

[0020] Um nun die Qualität der Papierbahn deutlich zu verbessern, werden erfindungsgemäß drei Maßnahmen eingeleitet.

[0021] Als Erstes wird der elastische Belag mit einer 10 bis 200 µm starken metallischen Beschichtung 17 versehen. Grundsätzlich kann eine metallische Schicht auf unterschiedliche Art und Weise aufgetragen werden. Ein Spritzverfahren bietet sich aufgrund der zu beschichtenden Geometrie und den Erfahrungen an. Als spezielles Verfahren hat sich das HVOF- Verfahren (High Velocity Oxy Fuel) herausgestellt, bei dem mit einer selbst fließenden Metalllegierung die Poren und Mikrorisse des Kunststoffbezuges ausgefüllt und so eine extrem gute Haftung der Schicht auf dem Mantel 12 erreicht wird. Bei diesem Spritzverfahren wird mit relativ geringer Temperatur (unmittelbar hinter der Düse bis zu etwa 2000 °C) und hoher kinetischer Energie (bis zu 650 m/s) ein geeignetes Spritzpulver angeschmolzen und auf die Walzenoberfläche geschleudert. Dort fließt bei selbstfließenden Legierungen das Material zunächst in Hohlräume der Oberfläche und bildet dann eine geschlossene Schicht, die eine ausgezeichnete Haftung zum Grundwerkstoff erhält. Damit der Grundwerkstoff, zum Beispiel Epoxid, nicht durch die Hitze zerstört wird, muss er gekühlt werden. Dies sollte mit CO₂ geschehen.

[0022] Als zweite Maßnahme werden die Druckgeber 14 oder der Anstellzylinder 16 mit höheren Drücken beaufschlagt, so dass sich die Streckenlast im Nip auf mindestens 150 N/mm erhöht. Das ist in etwa doppelt so hoch wie bei normalem Zeitungsdruckpapier üblich.

[0023] Schließlich wird drittens der Füllstoffgehalt des Stoffs 10 auf 16 - 35 % erhöht. Dadurch werden alle Poren in der Bahn geschlossen und man erhält eine Papierbahn mit der Eigenschaft, im Heat Set- bzw. für Flexo-Druckverfahren bedruckt zu werden.

[0024] Zusätzliche Maßnahmen sind beispielsweise, auch die elastische Walze 8 an der metallischen Beschichtung 17 zu beheizen. Dies kann beispielsweise mit von außen wirkenden Induktivheizungen 18 geschehen. Um das Temperaturprofil über die Bahnbreite einstellen zu können, werden dazu mehrere einzeln ansteuerbare Heizschuhe nebeneinander gesetzt.

Bezugszeichenliste

[0025] 

1

Zeitungsdruckmaschine

2

Blattbildungsanordnung

3

Pressenpartie

4

Trockenpartie

5

Papierbahn

6

Kalander

7

Heizwalze

8

elastische Walze

9

Nip

10

Stoff (Pfeil)

11

Achse

12

Mantel

13

Polymerhülle

14

Druckgeber

15

Bohrungen

16

Anstellzylinder

17

Beschichtung

18

Induktivheizung

Ansprüche

1. Verfahren zur Steigerung der Qualität einer Zeitungsdruck-Papiermaschine (1), die mit einer Blattbildungsanordnung (2), einer Pressenpartie (3), einer Trockenpartie (4) und einem Soft-Kalander (6), der eine Heizwalze (7) und eine mit der Heizwalze (8) einen Nip (9) bildende, mit einer Polymerhülle (13) versehene elastische Walze (8) umfasst, ein mit hohem DIP-Anteil und 8 - 16 % Füllstoffen versehenes Papier (5) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die mit einer Polymeraußenhülle (13) versehene elastische Walze (7) mit einer äußeren metallischen und beheizbaren Beschichtung (17) versehen, eine Streckenlast im Nip (9) auf mindestens 150 N/mm gebracht und weiterhin der Anteil an Füllstoffen, der über die Blattbildungsanordnung (2) eingebracht wird, auf 16 - 35 % erhöht werden.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Oberfläche der Heizwalze (8) als auch die mit einer äußeren metallischen Beschichtung (17) versehene elastische Walze (7) auf wenigstens 70 °C, vorzugsweise 90 °C erwärmt werden.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentemperaturen der Heizwalze (7) und/oder der mit elastischem Polymerbelag und einer äußeren metallischen und beheizbaren Schicht versehenen Walze (8) zonenweise quer zur Faserbahnlaufrichtung eingestellt werden.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere metallische Beschichtung (17) mittels eines Spritzverfahrens, vorzugsweise dem HVOF-Verfahren, aufgebracht wird.

Zeichnung