DE19511049C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer eine CB-Schicht aufweisenden Papierbahn - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Pa­ pierbahn, die eine sogenannte CB(coated back)-Schicht aufweist, im einzel­ nen mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merk­ malen. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Bekanntlich enthält eine auf Papier aufgetragene CB-Schicht einen in Mikrokapseln einge­ schlossenen Farbbildner, der mit einer sogenannten (ein farbreaktives Pigment enthaltenden) CF(coated front)-Schicht eines anderen Papiers (z. B. in einem Formularsatz) derart zusammenwirkt, daß unter Druckeinwirkung (z. B. beim Durchschreiben) sichtbare Zeichen entstehen.

Zum Stand der Technik wird hingewiesen auf die DE 42 24 718 A1 und auf die dort angegebene Literatur.

Bei dem bekannten Verfahren wird der Walzenspalt, durch den die Papierbahn hindurchläuft, 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 bei­ spielsweise durch unterschiedliche Temperaturen und hierdurch verursachte örtliche Durchmesser-Veränderungen der Abstand zwischen den zwei Walzenmänteln unterschiedlich sein.

Aus der DE 21 59 343 B2 ist ein Verfahren zur Herstellung einer mit Mikrokapseln beschichteten Folie bekannt.

Die Mikrokapsel-enthaltende Masse wird zunächst im Überschuß auf die Folie aufgebracht. Durch Anpressen einer festen Einrichtung (mit Rakeldruck von 10 kg/cm² bzw. 15 kg/cm²) gegen die beschichtete Folie wird danach überschüssige Masse entfernt. Würde eine bis zu 10 m breite, feuchte Papierbahn (infolge Beschichtung) diesem Verfahren ausgesetzt, könnte die Bahn zerreißen.

Aus der WO 94/15021 ist eine Vorrichtung zum Auftragen von wäßriger Streichfarbe, insbesondere CB- oder CF- Streichfarbe auf eine Papierbahn entnehmbar.

Der Auftrag erfolgt auf zwei auf einen Spalt eingestellte Übertragungswalzen, welche die aufgetragenen Schichten auf die Papierbahn übertragen. Der Pressdruck zwischen den beiden Übertragungswalzen beträgt zwischen 10 und 40 kN/m.

Auch mit dieser Vorrichtung ist es schwierig, den Walzenspalt exakt über die gesamte Bahnbreite hinweg einzustellen.

In der EP 0385640 A2 ist ein weiteres Verfahren zum Auftragen eines Mikrokapsel-enthaltenden Mediums auf eine Papierbahn offenbart. Die Papierbahn läuft hierbei zwischen einer Stützwalze und einer Auftragswalze hindurch.

Der Auftragswalze ist eine Dosierwalze zugeordnet, die das Beschichtungsmedium dosiert. Zur Dosierung und zur Regelung des Druckes im Walzenspalt zwischen Auftrags- und Dosierwalze ist die Dosierwalze deformierbar gestaltet. Die so dosierte Menge wird von einer weiteren vorhandenen, der Auftragswalze zugeordneten Walze geglättet.

Bei diesem Verfahren wird das Mikrokapsel-enthaltende Medium mehrfachen Flächenpressungen und Drücken in den Nips zwischen den einzelnen Walzen ausgesetzt, so daß die Mikrokapseln dadurch beschädigt und nicht in der gewünschten Qualität auf die Papierbahn aufgebracht werden können.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das im Ober­ begriff des Anspruches 1 angegebene Verfahren dahingehend wei­ terzuentwickeln, daß die fertige, eine druckempfindliche CB- Schicht aufweisende Papierbahn höheren Qualitätsansprüchen ge­ nügt als bisher. In gleicher Weise soll die im Oberbegriff des Anspruches 4 angegebene Vorrichtung weiterentwickelt werden.

Die gestellte Aufgabe wird durch das kennzeichnende Verfah­ rensmerkmal des Anspruches 1 bzw. durch das kennzeichnende Vorrichtungsmerkmal des Anspruches 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen 2 u. 3 für das Verfahren sowie den Unteransprüchen 5-7 für die Vorrichtung zu entnehmen.

Es wurde gefunden, daß die in der CB-Streichfarbe enthaltenen Mikrokapseln - solange sie in der flüssigen Streichfarbe suspendiert sind - durchaus einem gewissen Druck standhalten können. Man kann also die CB- Streichfarbe gefahrlos in einem Walzenspalt auf die Papier­ bahn übertragen, wobei allerdings durch konstruktive Maßnahmen dafür gesorgt werden muß, daß im Walzenspalt eine nicht über­ mäßig hohe mittlere Flächenpressung vorhanden ist. Man erhält hierdurch einen wesentlich gleichmäßigeren Strichauftrag als bisher. Die beim Stand der Technik zu erwartende Streifenbil­ dung wird vermieden, insbesondere weil die bisher vorhandene Gefahr von Schlupf zwischen der Papierbahn und den Walzenober­ flächen beseitigt ist. Mit anderen Worten: Es wird ein gewis­ ser Kraftschluß hergestellt zwischen der Papierbahn und den zwei angetriebenen Walzen. Hierdurch wird u. a. erreicht, daß Papierbahn-Abrisse viel seltener als bisher zu erwarten sind. Das erfindungsgemäße Verfahren kann also mit einem höheren Laufwirkungsgrad betrieben werden als das bekannte Verfahren.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann nach Anspruch 2 darin bestehen, in dem die mittlere Flächenpressung zwischen der Beschichtungswalze und der Gegenwalze höchstens 1N/mm² beträgt.

Der Strich kann dadurch besonders gleichmäßig und ohne Streifenbildung, über die gesamte Bahnbreite verteilt, aufgebracht werden.

Außerdem werden die Mikrokapseln der CB-Streichfarbe nicht beschädigt.

Zu den oben erwähnten konstruktiven Maßnahmen gehört u. a., daß gemäß Anspruch 3 bzw. 5 für eine Mindestlänge des Walzenspal­ tes gesorgt wird; d. h. die Papierbahn kommt im Walzenspalt über eine gewisse Laufstrecke gleichzeitig mit beiden Walzen­ mänteln in Kontakt. Dies trägt dazu bei, daß die mittlere Flä­ chenpressung auf relativ niedrigen Werten gehalten wird. Man kann im übrigen mittels bekannter Berechnungsmethoden (Formel von Hertz) die in Bahnlaufrichtung zu erwartende Länge des Walzenspaltes ermitteln, nämlich unter Berücksichtigung der Walzendurchmesser, der Linienkraft sowie der Werkstoffe und des Elastizitäsmoduls der Walzenmäntel.

Besonders günstige Werte können erzielt werden, wenn eine der beiden Walzen als Schuhpreßwalze gemäß Anspruch 6 ausgebildet ist; denn in die­ sem Fall wird bekanntlich die Anpreßkraft auf eine besonders große Fläche aufgeteilt. Ähnlich wie bei (von Papierherstel­ lungsmaschinen) bekannten Schuhpreßwalzen, kann beim Einlauf der Papierbahn und der auf zutragenden CB-Schicht in den Wal­ zenspalt für ein besonders feinfühliges und allmähliches An­ steigen des Anpreßdruckes gesorgt werden. Zugleich ist es mög­ lich, beim Auslauf aus dem Walzenspalt für einen relativ ra­ schen, steilen Druckabfall zu sorgen. Dadurch wird die Gleich­ mäßigkeit (mit anderen Worten: die Glätte) der Oberfläche der CB-Schicht noch weiter erhöht. Die bisher beobachtete Strei­ fenbildung wird hierdurch so gut wie vollkommen vermieden.

Unter Umständen ist es vorteilhaft, im Walzenspalt eine beson­ ders kleine Linienkraft (etwa zwischen Null und 10 kN/m) ein­ zustellen. Dies ist mit den herkömmlichen Anpreßeinrichtungen nur schwer oder gar nicht erreichbar. Möglich ist dies jedoch mit einer speziellen Weiterbildung gemäß Anspruch 7.

Jede der Fig. 1 bis 4 zeigt eine erfindungsgemäße, zum Her­ stellen einer CB-Schicht dienende Vorrichtung, jeweils in ei­ ner schematischen Seitenansicht.

In Fig. 1 ist folgendes vorgesehen: Eine Beschichtungswalze 2 und eine Gegenwalze 1 bilden miteinander einen Walzenspalt (a), durch den eine zu beschichtende Papierbahn 3 hindurch­ läuft. Im freiem Bereich der Mantelfläche der Beschichtungs­ walze 2 ist eine insgesamt mit CB bezeichnete Zuführ- und Do­ siereinrichtung für CB-Streichfarbe angeordnet. Diese Einrich­ tung umfaßt eine bekannte Schöpfwalze 6, welche die Farbe aus einem Vorratsbehälter 12 zur Beschichtungswalze 2 fördert. Diese bildet mit einer Dosierwalze 14 einen Feindosierspalt. Hierdurch erzeugt man auf dem Walzenmantel der Beschichtungs­ walze (2) aus der zugeführten CB-Streichfarbe einen dünnen Streichfarbe-Film, der sodann im Walzenspalt (a) auf die Pa­ pierbahn (3) übertragen wird.

Schematisch ist angedeutet, daß die eine der beiden Walzen, z. B. die Beschichtungswalze 2, in unbeweglichen Lagern ruht. Dagegen sind die Lager der anderen Walze (der Gegenwalze 1) beweglich; d. h. sie ruhen beispielsweise in Schwenkhebeln 4, die mittels je einer Belastungseinrichtung (z. B. Hydraulikzy­ linder 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 bei Bedarf sehr feinfühlig, z. B. auch auf extrem niedrige Werte eingestellt werden.

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

Die andere Seite der Papierbahn 3 (gemäß Fig. 1 die Oberseite) kann beim Auftragen der CB-Schicht auf die Unterseite unverän­ dert bleiben. Alternativ hierzu kann - ähnlich Fig. 2, 3 oder 4 - mittels einer zusätzlichen Zuführ- und Dosiereinrichtung irgend ein Medium, z. B. Wasser, oder Stärke oder eine belie­ bige Streichfarbe, (beispielsweise eine CF-Streichfarbe) auf die Gegenwalze 1 aufgetragen werden, welche dieses Medium so­ dann auf die andere Seite der Papierbahn 3 überträgt.

In der Fig. 1 ist angedeutet, daß die Umfangsgeschwindigkeit v₁ der Dosierwalze 14 kleiner ist als die Arbeitsgeschwindig­ keit v der gesamten Vorrichtung. Hierdurch wird eine besonders feine Dosierung der auf zutragenden CB-Schicht erreicht.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von Fig. 1 im wesentlichen nur dadurch, daß anstelle einer norma­ len 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 Do­ siereinrichtung 16 vorgesehen werden.

Gemäß den Fig. 1 und 2 läuft die Papierbahn im wesentlichen von oben nach unten durch den Walzenspalt hindurch. Das umge­ kehrte ist jedoch ebenfalls möglich, wie die Fig. 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 Fig. 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 Arbeits­ geschwindigkeiten geeignet sind.

Abweichend von den Fig. 1-4 könnte folgendes vorgesehen werden: Die CB-Streichfarbe (und/oder ggf. das auf die Gegen­ seite aufzutragende Medium) kann mittels einer an sich bekann­ ten Freistrahldüse der betreffenden Walze 2 bzw. 1 zugeführt werden. Danach kann, falls erforderlich, überschüssige CB- Streichfarbe (bzw. überschüssiges Medium) von der Walze ab­ gerakelt werden.

Claims (7)

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

• a) Die auf einer Papiermaschine hergestellte rohe Pa­ pierbahn führt man durch einen von einer Beschich­ tungswalze (2) und einer Gegenwalze (1) gebildeten Walzenspalt (a);
• b) CB-Streichfarbe, die einen in Mikrokapseln einge­ schlossenen Farbbildner enthält, wird kontinuierlich auf den umlaufenden Walzenmantel der Beschichtungs­ walze (2) aufgetragen und dort mittels einer Dosier­ einrichtung ( Dosierwalze 14, Rollrakel 11, Streichklinge) dosiert;
• c) die derart dosierte CB-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) derart gegeneinander gedrückt werden, daß im Walzen­ spalt eine mittlere Flächenpressung von höchstens 2 N/mm² vorhanden ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Flächenpressung höchstens 1 N/mm² beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die im Walzenspalt auftretende Linienkraft - unter Berücksichtigung des Werkstoffes, der Härte und des Ela­ stizitäts-Moduls der Walzenbezüge sowie der Walzendurch­ messer - derart wählt, daß, in Bahnlaufrichtung gemessen, eine Spaltlänge (a) von mindestens 5 mm, vorzugsweise 10 bis 20 mm, vorhanden ist.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Beschichtungswalze (2), die mit einer Gegenwalze (1) einen Walzenspalt bildet so­ wie mit einer der freien Mantelfläche der Beschichtungs­ walze (CB) zugeordneten Zuführ- und Dosiereinrichtung für CB-Streichfarbe, dadurch gekennzeichnet, daß den zwei Walzen (1, 2) eine Anpreßeinrichtung zugeordnet ist, die zum Einstellen be­ liebiger Linienkräfte im Bereich bis 80 kN/m geeignet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Werkstoff, Härte und E-Modul der Walzenbezüge sowie die Walzen-Durchmesser derart gewählt sind, daß unter Anwen­ dung der genannten Linienkraft eine Walzenspalt-Länge (a) von mindestens 5 mm, vorzugsweise 10 bis 20 mm vorhanden ist, gemessen in Bahnlaufrichtung.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Walzen einen elastisch verformbaren Preß­ mantel (1a) aufweist, der über einen Preßschuh (5) glei­ tet, so daß ein in Bahnlaufrichtung verlängerter Walzen­ spalt vorhanden ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anpreßeinrichtung einen variablen Krafterzeuger (13) umfaßt, dem ein Kraftspeicher Feder 14, Gegendruck-Zylinder) entgegenwirkt.