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EP0909356A1 - Verfahren und vorrichtung zum beschichten einer laufenden materialbahn, insbesondere aus papier oder karton, mit flüssigem oder pastösem auftragsmedium, verfahren zur herstellung einer gestrichenen warenbahn - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum beschichten einer laufenden materialbahn, insbesondere aus papier oder karton, mit flüssigem oder pastösem auftragsmedium, verfahren zur herstellung einer gestrichenen warenbahn

Info

Publication number
EP0909356A1
EP0909356A1 EP98917091A EP98917091A EP0909356A1 EP 0909356 A1 EP0909356 A1 EP 0909356A1 EP 98917091 A EP98917091 A EP 98917091A EP 98917091 A EP98917091 A EP 98917091A EP 0909356 A1 EP0909356 A1 EP 0909356A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
application
material web
web
application medium
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP98917091A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wilhelm Gansberger
Ingo Gottwald
Harald Hess
Friedrich Kunz
Martin Kustermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Sulzer Papiermaschinen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19715345A external-priority patent/DE19715345A1/de
Application filed by Voith Sulzer Papiermaschinen GmbH filed Critical Voith Sulzer Papiermaschinen GmbH
Publication of EP0909356A1 publication Critical patent/EP0909356A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H23/00—Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper
    • D21H23/02—Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper characterised by the manner in which substances are added
    • D21H23/22—Addition to the formed paper
    • D21H23/32—Addition to the formed paper by contacting paper with an excess of material, e.g. from a reservoir or in a manner necessitating removal of applied excess material from the paper
    • D21H23/34—Knife or blade type coaters
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H23/00—Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper
    • D21H23/78—Controlling or regulating not limited to any particular process or apparatus

Definitions

  • the invention relates to a method for coating a running material web, in particular made of paper or cardboard, with a liquid or pasty application medium, the application medium being applied directly or indirectly, predosed to the material web and then being metered or / and leveled to the desired application weight.
  • Paper and “cardboard” are understood to mean all wood-containing or wood-free, bleached or unbleached fibers or other webs of material with or without waste paper content. In addition to their intended use, these material webs differ mainly in their basis weight. For example, it can be writing paper, drawing paper, printing paper or similar fine paper, packaging paper or cardboard.
  • the material web must provide a high quality surface.
  • problems arise with all types of material webs with the quality of the covering of the material web surface by the application medium.
  • the application medium not only on the tips of the coating "Mountain and valley” structure of the rough fiber structure is deposited, but also penetrates into the “valleys", and thus follows the contour of the material web over its essentially entire surface.
  • Material web speed at most 400 m / min; Working width at most about 7.0 m; the solids content of the application medium may at most be about 40%, which entails an increased outlay on drying; high tendency to soiling, in particular due to aerosol or / and foam formation; high noise level; - high investment and operating costs.
  • a coated carton is known from WO 96/28609, which is used for the production of carton molded parts, for example milk containers.
  • the cardboard is formed from one or more layers of fibrous material and coated with a view to printing its surface. After coating and, if desired, also before coating, the cardboard is additionally smoothed, using a heatable or non-heatable calender, which can have both a hard and a soft nip. Details about coating the carton are not disclosed.
  • the object of the invention is to provide a method of the type mentioned at the outset which allows good coverage of the material web to be achieved even at high web speed, large working width and high solids content of the application medium.
  • CW denotes the coat weight to be achieved of the applied application medium layer in g / m 2
  • k 0 is a first constant, the value of which is at least 1, preferably at least 1.5, k, is a second constant, the value of which is -0
  • k 22 is a third constant, the value of which is 1, 206 x 10 '5 m 4 min / g 2 .
  • the application medium is therefore given a predetermined minimum time to act on the material web. During this time, some of the solids contained in the application medium are immobilized on the surface of the material web. On the one hand, part of the moisture contained in the application medium strikes the material path. In addition, the capillary forces exerted by the material web on the application medium have the effect that the application medium is also sucked into the valleys of the fiber structure. Both effects together lead to a uniform and good coverage of the material web surface.
  • the subsequent final metering preferably does not intervene in the contour line portion formed by the immobilized application medium, but rather doses and equalizes the still liquid or pasty and therefore not yet immobilized part of the application medium.
  • the immobilization of part of the application medium can be further strengthened in that the value of the first constant k 0 is at least 2, preferably at least 3, more preferably at least 4.
  • the time t between pre-metering and finished metering is adjustable.
  • the position of the pre-metering and / or the position of the finished metering can be changed in the running direction of the material web.
  • At least one property of the finished metered application medium layer can be detected by means of a sensor device and the time between pre-metering and finished metering can be set as a function of the detection result.
  • other parameters of the finished metered application medium layer can also be taken into account in the setting, for example its smoothness, its gloss, its whiteness and the like.
  • the degree of coverage or / and the other parameters mentioned above can be determined on the still moist application medium layer or / and during its drying or / and on the dried application medium layer. Detection at the winding device can also be considered.
  • both the pre-metering and the finished metering can be carried out in one of the
  • the material web wrapped around the circumferential section of the support element When the diameter of the support roller is "sufficient" depends, of course, on the web speed and the like operating parameters. To provide the minimum exposure time according to the invention, however, the material web can also be guided around a support element, preferably a support roller, in the area of the pre-metering and around a further support element, preferably another support roller, in the area of the finished dosage.
  • a support element preferably a support roller
  • the material web can be deflected between pre-metering and final metering by at least one intermediate guide element, preferably at least one deflection roller.
  • the material web is thus led away from the back-up roll after the pre-metering, runs around the intermediate guide element and back again to the back-up roll, where the finished metering takes place.
  • both the pre-metering and the finished metering can be carried out on one and the same back-up roll.
  • the above-mentioned tasks are solved by actively accelerating the immobilization of the applied medium on the material web during its movement from the pre-metering to the finished metering. This can also ensure that an immobilized layer of solids contained in the application medium is formed on the surface of the material web, which layer covers the material web surface evenly and well.
  • the active influence on the formation of the immobilized layer can consist, for example, of heating or / and drying the applied layer. But you can also heat the material web, which in turn indirectly heats up the application layer.
  • the applied layer or / and the material web can be irradiated with infrared light and / or microwaves, for example. Additionally or alternatively, heated air and / or steam can also be supplied to the applied layer and / or the material web.
  • it is also possible to heat the material web and / or the applied layer by means of convection heating or to bring it into contact with at least one heatable element, preferably a heatable roller or a heatable belt.
  • the latter possibility of heating the material web and / or the application medium layer can be realized, for example, by heating a support element, preferably a support roller, around which the material web is guided in the area of the pre-metering. Additionally or alternatively, it is also possible to heat a web guiding or / and treatment element, preferably a roller, provided between pre-metering and finished metering.
  • a support element preferably a support roller, around which the material web is guided in the region of the first position
  • a suction device can be equipped with at least one web guide or / and treatment element equipped with a suction device, preferably a deflection roller with a suction box, between the pre-metering and the finished metering.
  • the material web can also be pressurized from the application side.
  • the material web and / or the applied layer can also be exposed to vibrations, for example by irradiating the material web or / and the applied layer with ultrasound or / and by the material web or / and the applied layer being coated with an, brings into contact, preferably high-frequency operable, vibration device.
  • the intensity of the active influencing of the immobilization of the applied layer on the material web can be adjustable, for example depending on the result of the detection of at least one parameter of the completely dosed application medium layer.
  • the covering quality of the application medium layer, its smoothness, its gloss, its degree of whiteness and the like can be used to determine the intensity of influence required in each case.
  • the final metering can be carried out either by means of a smooth doctor rod or by means of a profiled doctor rod or by means of a doctor blade.
  • a “profiled” doctor rod is understood to mean a perforated, etched, engraved, grooved or wire-wound doctor rod. Experiments have shown that a contour stroke effect can be achieved primarily by volumetric dosing with a profiled doctor rod as a doctor element.
  • the application medium should be so fluid that the grooves created can flow again after metering and leveling.
  • the contour stroke effect described above is less pronounced when dosing.
  • the application medium can be somewhat more viscous and does not need to be as fluid as with the profiled doctor rod, because there is no risk of grooves forming here.
  • t max A (CW / K) 2 - A '
  • CW denotes the coat weight to be achieved of the applied application medium layer in g / m 2 ,
  • K denotes the solids content of the application medium in%
  • A is a first constant, the value of which is 9.28 m% 2 sg "2 for the profiled doctor rod and 2 is 8.86 m% 2 sg " 2 for the smooth doctor rod and the doctor blade 1,
  • a ' is a second constant, the Value for the profiled
  • Doctor blade 21, 4 x 1 0 "3 s and for the smooth doctor blade and the doctor blade is 24.0 x 10 '3 s, and the formula being only for
  • the final metering or / and leveling can preferably take place at the latest after a time t for which 0.1 t max ⁇ t ⁇ 0.8 t max , preferably 0.1 t max ⁇ t ⁇ 0.5 t max .
  • the top side can be coated a second time after drying and, if necessary, pre-smoothing. Most of the time, however, a pre-coat, a middle coat and a top coat are applied to the material web to achieve good coverage.
  • the individual lines can be applied, for example, by means of a roller applicator.
  • a roller applicator These belong to the group of so-called LDTA (Long Dwell Time Applicator) and include a scoop roller that scoops the application medium from a storage container.
  • LDTA Long Dwell Time Applicator
  • scoop roller that scoops the application medium from a storage container.
  • other types of commissioned works can also be used, as will be explained in more detail below.
  • the excess application medium is then scraped off the material web.
  • a doctor blade or a smooth doctor rod is used for the primer. The doctoring serves to level the surface both in the micro and in the fiber flake area.
  • the second coat, the middle coat usually has a higher coat weight than the pre-coat. According to the state of the
  • a slightly lower coat weight can be applied to the top coat than to the middle coat, roughly corresponding to the upper limit of the coat weight for the primer.
  • the excess medium is removed with a doctor blade, as this ensures better smoothness of the application layer.
  • the predosing i.e. the excess application takes place in at least one of the lines with a so-called free jet application unit (this is a nozzle application unit with a fountain or free jet acting on the web).
  • a so-called free jet application unit this is a nozzle application unit with a fountain or free jet acting on the web.
  • free jet application there is less - and almost negligible - pressure penetration than, for example, with a roller applicator.
  • the stroke is deposited more on the surface of the material web during free-jet application, whereas with the roller applicator with its significantly higher penetration pressure in the nip between application and counter-roller, the application media penetration and absorption varies due to the given raw paper formation in the sheet plane. Therefore, the contour line character of the line portion immobilized up to the doctor element is less pronounced than in the case of the free jet application.
  • the liquid portion of the medium applied to the surface of the web that contributes to the coat weight is larger than with the roller applicator, which means that doctor blades can be used advantageously for dosing. Squeegee strips are thus largely avoided. In addition, better smoothness values can be achieved due to less fiber swelling and back-roughening in paper or cardboard.
  • So-called SDTA orders (Short Dwell Time Applicator) can also be used as order books. These are contract works in which the application medium can only act on the material web for a relatively short time until metering by means of the doctor element. Finally, the application medium can also be applied to the surface of the material web using the film coating method.
  • the method according to the invention shows the advantage discussed above regardless of the structure of the base paper fed to the coating station, ie regardless of how it was produced in the wet area of the paper machine.
  • the paper or cardboard may have been produced in one or more layers or also in one or more layers, ie it may have been worked with one or more headboxes and screens or also with one primary headbox and, if desired, several secondary headboxes or corresponding combinations thereof.
  • the base paper can at least be glued to the mass in one of the layers or layers or else have already contained starch in the raw mass.
  • impregnating agents and / or strengthening agents such as starch, synthetic glue with or without pigments, on the surface of one or both sides of the Apply material web.
  • This application of impregnation or strengthening agent can serve to prepare for the coating and / or to aftertreat the applied layer.
  • the treatment with impregnating or strengthening agent can take place, for example, in the wire section or / and between the wire section and press section or / and in the press section or / and between the press section and dryer section and / or after the dryer section with or without post-drying or / and in front of the winding device .
  • it can also be carried out between successive partial coatings.
  • the material web can be smoothed before or after the coating or between successive partial coatings. Pre-smoothing before the application of the coating or the first partial coating, i.e. of the primer. Post-smoothing is particularly advantageous if very high smoothness and gloss values are to be achieved. To further increase the quality, smoothing between the individual partial coatings is also possible.
  • the smoothing can be done with hard nips, with soft nips or with a wide nip. It is advantageous for high smoothness and gloss values if at least one of the two smoothing surfaces forming the respective nip can be heated.
  • Smoothing devices are known per se. For example, they include at least two opposing smoothing surfaces, for example roller surfaces, between which the material web is subjected to a smoothing treatment. Also known are Brettnip smoothing units, for example shoe smoothing units or roller smoothing units with a large roller diameter, which have a longer nip. This increases the length of time the web stays in the nip, which results in better smoothing. Breitnip smoothing units can be used with advantage both for pre-smoothing and for post-smoothing.
  • Nip combinations of hard rolls, soft rolls or hard and soft rolls can be used. Furthermore, such nip combinations can also be arranged in a row. For example, a device with two separate nips, each with a heatable hard and a soft roller, is conceivable. The combinations mentioned above are not intended to limit the scope of protection. Rather, other combinations are also conceivable, in particular devices with three and more rollers per unit.
  • a so-called water scraper smoothing unit can also be used as a smoothing device.
  • the material web is moistened with water or steam before smoothing in order to achieve even better smoothing results, for example leveling the surface while protecting the volume at the same time.
  • the application medium can have a viscosity of ⁇ 500 mPas, preferably 30 mPas to 250 mPas
  • a viscosity of ⁇ 2500 mPas preferably 300 mPas to 1000 mPas, or when using a doctor blade blades have a viscosity of ⁇ 4000 mPas, preferably 300 mPas to 1 500 mPas, these viscosity values to be determined according to Brookfield 100.
  • the application medium can contain 4 to 20 (or 25) parts of binder per 100 parts of pigments, at least some of which contain plastic binders and / or starch. Often the application medium contains - partly also for the top coat - titanium dioxide (Ti0 2 ), since this pigment has a favorable effect on the coverage and whiteness that can be achieved.
  • At least two of the application layers can be formed from application medium of different composition.
  • At least one of the application layers can be formed from an application medium which has a solids content that is at least 2% to 5% lower than at least one other application layer, the solids content of this at least one other application layer being approximately 50% to 73%.
  • the composition and / or the temperature of the application medium and / and the temperature of the material web be set, for example by at least one property of the finished dosage Application medium layer, such as covering quality, smoothness, gloss, whiteness and the like, is detected and the composition and / or the temperature of the application medium and / or the temperature of the material web is set as a function of the detection result.
  • the invention relates to various devices for coating a running material web, in particular made of paper or cardboard, with a liquid or pasty application medium. Details and advantages of these devices have already been explained above with reference to the discussion of the methods according to the invention, to which express reference is hereby made.
  • the invention relates to a method for producing a coated fabric web, in particular from paper or cardboard, according to the preamble of claims 82 and 85.
  • paper and cardboard are to be understood to mean all wood-containing and wood-free, bleached or unbleached fibers, and also other types of fibers containing waste paper and non-waste paper. This can be paper per se, packaging paper or, as already mentioned, cardboard, these types being mentioned in addition to their intended use, they also differ in terms of their basis weight.
  • the painted page should be provided with distinctive imprints or design samples. For this, it must provide a good basis.
  • WO 96/28609 discloses a coated cardboard for shaped articles, e.g. B. milk container known.
  • the cardboard has one or more layers of fibrous material and the surface of the cardboard, in order to be suitable for printing, is coated and subsequently, and alternatively also smoothed before coating.
  • Smoothing is done with a heatable or non-heatable calender, which has a hard or soft nip.
  • cardboard has been coated at least twice after drying and possibly pre-smoothing, for example the top, often also called the top side. Most of the time, however, in order to achieve good coverage, it was painted three times with a pre-coat, a middle coat and a top coat.
  • Roller coaters and air knife coaters which belong to the group of the so-called LDTA (Long Dwell Time Applicator), were primarily used for the individual lines.
  • a scoop roller was used in each case for the roller applicator, which scoops the application medium from a storage container. After the respective coating, excess medium was scraped off the web. This was done when priming with a blade or a smooth squeegee. This serves to level the surface both in the micro and in the fiber flake area.
  • the corresponding coating i.e. the application medium
  • the top coating often contain titanium dioxide (Ti0 2 ) in order to make a further contribution to coverage and whiteness via this pigment.
  • the object of the invention is to provide a method with which it is possible to produce coated papers, in the manufacture of which higher web speeds, larger web widths and higher solids contents of the application medium can be driven and yet coverage, gloss and smoothness can be achieved in the same way or better than before .
  • the object is achieved by the characterizing features of claim 82 and the independent claim 85.
  • the desired properties of the paper or cardboard can be achieved with a first method if the metering of the corresponding line, ie the line ensuring the covering, for example pre-and / or middle line, is not done with an air knife as in the prior art. or air brushing unit at an inevitably lower speed, but with a smooth or profiled (for example perforated, etched, engraved, grooved or wire-wound) doctor rod.
  • a smooth or profiled (for example perforated, etched, engraved, grooved or wire-wound) doctor rod Even lower coating coat weights are sufficient and, in addition, even higher web speeds, higher solids contents of the coating color and also lower Ti0 2 contents can be achieved. It has been shown that a contour stroke effect can be achieved primarily by volumetric dosing with the profiled doctor rod as a doctor element.
  • Contour stroke is to be understood to mean that the application medium matches the contours, i.e. follows the mountains and valleys of the fibrous web so that the contour of the paper or cardboard web is completely and evenly covered.
  • liquid ink portion is correspondingly large and the application medium (coating color) is still so liquid that the grooves produced can flow well after leveling (metering, doctoring).
  • the application medium can be somewhat more viscous and does not need to be as fluid as with the profiled doctor rod, because there is no risk of grooves forming here. Sufficient liquid medium is available in the area of the smooth or profiled doctor rod, which means that it does not loll in the so-called solid coat portion.
  • Another advantage is that there is a better rinsing effect in this area, by means of which particles or deposits can be removed from the paper or cardboard.
  • t 0 A (CW / K) 2 -A 'In the case of a profiled doctor rod:
  • the invention can be configured particularly advantageously if a pre-metering (excess application) can produce a first immobilized line portion with a contour character in at least one of the lines with a so-called free-jet application unit (nozzle application unit with fountain or free jet acting on the web), whereby the immobilized portion of the application medium follows the contours of the paper or cardboard web.
  • a pre-metering excess application
  • free-jet application unit nozzle application unit with fountain or free jet acting on the web
  • the liquid portion of the applied coating medium which contributes to the coat weight, is greater than with the roller applicator, which means that the doctor blades described above can be used advantageously for metering. This will make squeegee strips largely avoided. Due to less fiber swelling and back-roughening in paper or cardboard, better smoothness values can be achieved.
  • the medium can be used with higher solids contents (i.e. coating color), which results in a more compact stroke and a higher gloss and smoothness.
  • Another advantage is the lower drying capacity.
  • At least one line is metered with a free-jet nozzle application unit instead of a roller application unit and the metering (as a rule final metering) is carried out with a doctor blade.
  • the first contour stroke effect is also provided by the immobilization of the coating medium, but the second contour effect is, as in the first method, according to. Claim 82 provided, not generated. However, a very good leveling effect is achieved. However, the use of the free jet application mechanism favors the contour line character by the uniform immobilization to a considerable extent.
  • the inventive method according to claim 82 and claim 85 are characterized in that the air knife or air brush known from the prior art can be dispensed with when metering (wiping off an excess amount of the applied medium to the desired coating weight).
  • air knife or air brush known from the prior art can be dispensed with when metering (wiping off an excess amount of the applied medium to the desired coating weight).
  • the paper or cardboard can have been produced in one or more layers (several headboxes and screens or with one or more secondary headboxes or corresponding combinations) or also in one or more layers.
  • the base paper can be sized at least in one of the layers or layers or contain starch in the mass.
  • impregnating agents and / or strengthening agents for example starch, synthetic glue with or without pigments
  • impregnating agents and / or strengthening agents for example starch, synthetic glue with or without pigments
  • the pigment-containing application according to the invention is to be understood as meaning such a line coating in which the medium per 100 parts of pigments accounts for 4 to 20 (or 25) parts of binder and at least some of which contains plastic binders and / or starch.
  • the pigment-containing application takes place with a relatively high application weight and solids contents. Sizing or impregnation is to be understood as one with starch and / or synthetic glue.
  • pre-smoothing will be carried out before the first pigment-containing application (primer) is applied.
  • Post-smoothing after the top coat is particularly advantageous if very high smoothness and gloss values are to be achieved.
  • the smoothing itself can be carried out with hard nips, with soft nips or with a wide nip.
  • the smoothing devices are known per se and consist of at least two opposing smoothing surfaces such.
  • nip combinations can also be arranged in a row.
  • a device with two separate nips, each with a heatable hard and a soft roller, is conceivable.
  • the web surface is moistened with water or steam before smoothing in order to achieve even better smoothing effects, e.g. To level the surface and to save volume.
  • the web B is pre-smoothed in a calender 5 following a drying section not shown in FIG.
  • the web B is then over guide rollers 20 of a first coating station 30 for applying a primer (pigment-containing application) on one side 2, z. B. the bottom of the web B.
  • a primer pigment-containing application
  • the coating station 30 comprises a counter roller 35 which supports the web B.
  • the counter roller 35 is an application unit in the form of a free jet nozzle application unit 40 for direct (directly on the web B) application of the Assigned to the primer.
  • the pre-coat applied in excess is subsequently doctored off with a doctor bar 45, in particular a profiled bar, which is also assigned to the counter roller 35.
  • the web B is then fed via further guide rollers 20 to a second coating station 30 'for applying the middle coat (pigment-containing application) to the underside of the web (in a direct manner).
  • the coating station 35 Analogously to the coating station 30, the coating station 35 'is constructed and comprises a counter roller 35', free jet applicator 40 'and doctor bar 45'.
  • a top coat (also a pigment-containing application) is applied in a subsequent third coating station 30 "with counter roller 35", free jet applicator 40 "and doctor bar 45". The top coat is also applied directly to the web. Subsequently, the web B is finally smoothed in a further calender 50.
  • the doctor blades 45 'and 45 are advantageously profiled for volumetric metering.
  • doctor rod 45 could also be smooth. Instead of the doctor rod 45, a blade could also advantageously be used, since this ensures high gloss and smoothness.
  • a further possibility for coating the web 3 instead of the possibility shown in FIG. 2 can also be that a so-called DuoCoater 60, 60 'and 60 "is used.
  • a DuoCoater which is indicated by dashed lines in FIG. 1, is already known from DE G 9409820.4.
  • the DuoCoater is an application device for the indirect application of the medium to the other side of the web (here side 3). The medium is applied to the outer surface of the roller 35, 35 'or 35 ". The applied film is then transported by rotating the roller to a delivery point at which the web to be coated removes the film (ie the application medium).
  • Lane 1 i.e. H. Lane side 2 is treated in the same order as given in the first example.
  • doctor blade 55, 55' and 55 is used here.
  • the remaining components are the same as in FIGS. 1 and 2 and were therefore omitted in FIG. 4 (treatment of the web side 3) for reasons of clarity.
  • the DuoCoater is designated by the reference number 65, 65 ', 65 ".
  • FIGS. 1 to 4 The coating processes without intermediate drying are shown in FIGS. 1 to 4. However, this should not be a limitation. If necessary, intermediate drying, for example with contactless dryers, can be provided or are interposed in practice.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a coating system for coating a material web with a primer, a middle coat and a top coat, which essentially corresponds to the embodiment.
  • shapes according to FIGS. 1 and 3 corresponds. Therefore, in FIG. 5, analog parts are provided with the same reference numerals as in FIGS. 1 and 3, but increased by the number 1 00. Furthermore, the embodiment according to FIG. 5 will only be described to the extent that it differs from the embodiment according to FIG. 1 and 3, whose description is otherwise referred to.
  • the coating system 100 comprises three coating stations or coating devices, namely a coating station 1 30 for applying a primer, a coating station 1 30 'for applying a middle coat and a coating station 1 30 "for applying a top coat.
  • the material web B entering from the left in the illustration according to FIG. 5 first passes through a smoothing device 105, which in the exemplary embodiment shown is formed by two smoothing rollers.
  • a smoothing device 105 which in the exemplary embodiment shown is formed by two smoothing rollers.
  • other smoothing devices can also be used, for example shoe smoothing units, which have a particularly long nip or action gap for smoothing the material web surface.
  • water or steam D can be sprayed onto the material web B before the smoothing, and preferably on the surface 102 to be coated thereof.
  • the material web is guided around a counter roller 1 35 using web guide rollers 1 20, which is rotatably mounted about its axis A in the direction of arrow P.
  • a roll applicator 140 is arranged, which scoops the application medium with a scoop or transfer roller 1 41 from an application medium supply 142 and transports it to the material web surface 102.
  • the application medium is pre-metered in the application gap S formed between the transfer roller 141 and the counter roller 1 35.
  • a doctor bar 145 is provided in the first coating station 1 30 according to the invention. It can be both act as a smooth doctor rod as well as a profiled doctor rod.
  • the structure of the second coating station 1 30 'for applying the middle coat essentially corresponds to that of the first coating station 1 30 for applying the precoat.
  • a free jet application unit 140 ' is provided for the pre-metered application of application medium to the surface 102 of the material web B guided around the counter roller 1 35'.
  • the applied application medium is again metered in by means of a doctor rod 145 '.
  • the application medium is applied by means of a free jet application unit 140" to the material web B which is guided around the counter roller 1 35 ".
  • the final metering takes place by means of a doctor blade 1 55 ", since this ensures a particularly high smoothness of the application medium layer.
  • the material web B can again pass through a smoothing device 1 50.
  • the material web B can also be sprayed with water or steam in front of the smoothing device 1 50. It is also possible to heat the smoothing device 1 50, like the rest of the smoothing device 105, to achieve a better smoothing result.
  • application medium of different composition can be used and applied to the material web with different coating weight. However, it is also possible to use application medium of the same composition in at least two of the coating stations. It should also be added that the rear side 1 03 of the material web B can also be coated in the coating stations 1 30, 1 30 'and 1 30 ".
  • application units 1 60, 1 60' and 1 60" can be used for the indirect application of application medium such as are marketed by Voith Sulzer Textilmaschinen GmbH under the name "DuoCoater”.
  • the material web B can be prepared for the application of application medium by applying impregnating agent and / or solidifying agent such as starch, synthetic glue with or without pigments, or can be post-treated after the application medium has been applied. This is only indicated schematically in FIG. 5 for the middle line 1 30 'at 1 38 and 1 39.
  • the distance L which the material web B has to travel between the pre-metering by the free jet applicator 240 around the counter-roller 235 up to the final metering by the doctor blade 255 can be dimensioned so large that the solids of the application medium have sufficient time to form the immobilized layer.
  • CW denotes the coat weight to be achieved of the applied application medium layer in g / m 2
  • v denotes the running speed of the material web in m / min
  • k 0 is a first constant, the value of which is at least 1, preferably at least 1.5, k, is a second constant, the value of which is -0.03603 x 10 "5 m 6 min / g 3 , and k 2 is a third Is constant, the value of which is 1, 206 x 1 0 "5 m 4 min / g 2 .
  • the running distance L between the pre-metering and finished metering can be changed according to FIG. 6, namely by varying the position of the application unit 240 and / or the position of the doctor blade 255 on the circumference of the counter roller 235, which is shown in FIG small arrows V is indicated.
  • This adjustment of the application unit 240 or of the doctor blade 255 can be carried out, for example, under the control of a control unit (not shown) on the basis of detection signals from various sensors.
  • These sensors can be designed to detect line quality parameters such as degree of coverage, smoothness, gloss, degree of whiteness and the like. These parameters can optionally be determined before, during or after the application layer has been dried by a drying device 270 or only in the area of a winding device 272 on the completely coated and dried material web. Accordingly, sensors 274 are provided at four different locations in FIG. 6.
  • a web guide element 320 can be arranged so as to be adjustable in the direction of the double arrow V such that the wrap angle of the material web B is around the opposite roller 335 increased due to this adjustment.
  • the wrap around the counter roller 335 changes in the area of the finished metering by the doctor blade 355. The position of this doctor blade 355 can thus be adjusted over a correspondingly large circumferential angle range.
  • the material web B wraps around the counter roller 435 in the area of the pre-metering 440 in a first circumferential section, then runs around a deflection roller 476 and finally returns to the counter roller 435 in order to do this in the area of the finished metering 455 in one to wrap around the second circumferential section again.
  • the deflecting roller 476 By arranging the deflecting roller 476 at a corresponding distance from the counter roller 435, a sufficient running distance can be provided between pre-metering 440 and finished metering 455 in order to ensure the formation of a layer of immobilized solids on the material web surface.
  • this running distance L can be varied, for example depending on the detection signals of the sensors 274 mentioned above.
  • the sufficient running distance between the pre-metering 540 and the finished metering 555 is achieved in that the pre-metering is carried out on a first counter roll 535 and the finished metering 555 on a second counter roll 535 2 .
  • the running distance L can be varied by changing the distance between the two rollers 535 and 535 2 .
  • the running distance L between pre-metering and finished metering is smaller than a predetermined maximum distance L max , the value of which is given by the following formula:
  • CW denotes the coat weight to be achieved of the applied application medium layer in g / m 2
  • K denotes the solids content of the application medium in%
  • A is a first constant, the value of which is 9.28 m% 2 sg '2 for the profiled doctor rod and is 8.86 m% 2 sg "2 for the smooth doctor rod and the doctor blade 1
  • A' is a second constant, the Value for the profiled doctor rod 21, 4 x 10 "3 s and for the smooth doctor rod and the doctor blade is 24.0 x 10 " 3 s, and the formula being only for is valid.
  • FIGS. 6 to 10 various possibilities are shown in FIGS. 6 to 10 to actively accelerate the immobilization of the solids on the surface of the material web.
  • a first possibility consists in heating or / and drying the application medium applied to the material web or the material web itself.
  • the counter roller can be designed to be heatable. This is indicated roughly schematically in FIG. 6 on the counter roller 235 by a heating coil 278. Heated rollers are known in various designs in the prior art. A detailed discussion of heatable rollers is therefore not provided here.
  • the heating or drying can be accomplished by irradiation with infrared light or with microwaves. These two types of heating are summarized in FIG. 6 by the serpentine arrows 280.
  • the material web can be blown with warm air by means of a blower 282 or it can be treated with superheated steam by means of a device 284.
  • FIG. 9 also shows various possibilities of immobilization acceleration between pre-metering 540 and finished metering 555, namely a device 586 which treats the material web or application layer with ultrasound, a device 588 which brings the material web B into contact with a high-frequency oscillator, and a device 590, which may correspond to one of the devices 280, 282 and 284 discussed above.
  • a device 586 which treats the material web or application layer with ultrasound a device 588 which brings the material web B into contact with a high-frequency oscillator
  • a device 590 which may correspond to one of the devices 280, 282 and 284 discussed above.
  • a special feature of the devices 586, 588 and 590 is that they can treat the material web B from both of their surfaces simultaneously.
  • the counter roller 335 according to FIG. 7 is designed as a suction roller with a suction box 392.
  • the effect of this suction box is based on the fact that moisture is removed from the material web on the side facing away from the application layer, so that its capillary suction effect is increased on the application side of the material web.
  • the effect of the suction box 392 can be further enhanced by providing an overpressure box 394 on the order side of the material web B.
  • the deflection roller 676 can also be formed with a suction box 692, and a suction box corresponding to the suction box 394 can also be provided. It must also be added that the operation of the immobilization acceleration devices explained above can also be controlled by the control unit (not shown) on the basis of the detection signals from the sensors 274 according to FIG. 6.
  • blowing device which smoothes the surface of the material web.
  • a so-called "air turn” 494 can be used, i.e. a deflection device, which deflects the material web B without contact on a compressed air cushion.
  • an air brush or an air knife which is only used to smooth the surface of the material web.
  • the blowing device should follow the finished dosage as closely as possible.
  • the temperature and / or the composition of the application medium can also be influenced as a function of these detection results.

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Abstract

Bei einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung zum Beschichten einer laufenden Materialbahn (B), insbesondere aus Papier oder Karton, mit flüssigem oder pastösem Auftragsmedium, wird das Auftragsmedium direkt oder indirekt, vordosiert auf die Materialbahn (B) aufgetragen (bei 240) und anschließend auf das gewünschte Auftragsgewicht fertigdosiert oder/und egalisiert (bei 255). Dabei erfolgt des Fertigdosieren oder/und Egalisieren frühestens nach einer Mindestzeitdauer tmin seit der Vordosierung, um in dem Auftragsmedium die Bildung einer Schicht an der Materialbahnoberfläche immobilisierter Feststoffe sicherzustellen. Zusätzlich oder alternativ kann die Immobilisierung der Feststoffe aktiv beschleunigt werden (durch 278, 280, 282, 284). Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung erfolgt die Fertigdosierung spätestens nach einer Höchstzeitdauer tmax.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten einer laufenden Materialbahn, insbesondere aus Papier oder Karton, mit flüssigem oder pastösem Auftragsmedium,
Verfahren zur Herstellung einer gestrichenen Warenbahn
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten einer laufenden Materialbahn, insbesondere aus Papier oder Karton, mit flüssigem oder pastösem Auftragsmedium, wobei das Auftragsmedium direkt oder indirekt, vordosiert auf die Materialbahn aufgetragen wird und anschließend auf das gewünschte Auftragsgewicht fertigdosiert oder/und egalisiert wird.
Unter "Papier" und "Karton" seien dabei alle holzhaltige oder holzfreie, gebleichte oder ungebleichte Fasern oder sonstige Fasern enthaltenden Materialbahnen mit oder ohne Altpapieranteil verstanden. Dabei unterscheiden sich diese Materialbahnen neben ihrem Verwendungszweck hauptsächlich durch ihr Flächengewicht. Beispielsweise kann es sich um Schreibpapier, Zeichenpapier, Druckpapier oder dergleichen Feinpapier, um Ver- packungspapier oder auch um Karton handeln.
Bei vielen Anwendungen soll zumindest die Vorderseite, teilweise aber auch die Rückseite mit charakteristischen Aufdrucken oder Gestaltungsmustern versehen werden. Hierfür muß die Materialbahn einen qualitativ hoch- wertigen Untergrund zur Verfügung stellen. In der Praxis treten jedoch bei allen Arten von Materialbahnen immer wieder Probleme mit der Qualität der Abdeckung der Materialbahnoberfläche durch das Auftragsmedium auf.
Zur Erzielung einer guten Abdeckung der Materialbahn ist es erforderlich, daß das Auftragsmedium bei der Beschichtung nicht nur auf den Spitzen der "Berg- und Tal"-Struktur des rauhen Faserstoffaufbaus abgelegt wird, sondern auch in die "Täler" eindringt, und somit der Kontur der Materialbahn über deren im wesentlichen gesamte Oberfläche folgt.
Bislang ging man davon aus, daß sich ein derartiger Konturstrichchararkter der Beschichtung und somit die gewünschte gute Abdeckung der Materialbahn nur durch Fertigdosieren des Auftragsmediums mittels eines Luftmessers oder einer Luftbürste erzielen läßt, d.h. einer Rakeleinrichtung, welche das überschüssige Auftragsmedium mit Druckluft von der Materialbahn wegbläst. Dabei mußten allerdings folgende Nachteile in Kauf genommen werden:
Geschwindigkeit der Materialbahn höchstens 400 m/min; Arbeitsbreite höchstens etwa 7,0 m; der Feststoffgehalt des Auftragsmediums darf allenfalls etwa 40 % betragen, was einen erhöhten Aufwand bei der Trocknung nach sich zieht; hohe Verschmutzungsneigung, insbesondere aufgrund Aerosoloder/und Schaumbildung; hoher Lärmpegel; - hohe Investitions- und Betriebskosten.
Aus der WO 96/28609 ist ein beschichteter Karton bekannt, der zur Herstellung von Kartonformteilen, z.B. Milchbehältern, verwendet wird. Der Karton ist aus einer oder mehreren Faserstoffschichten gebildet und im Hinblick auf das Bedrucken seiner Oberfläche beschichtet. Nach der Beschichtung und gewünschtenfalls auch vor der Beschichtung wird der Karton zusätzlich geglättet, und zwar mittels eines heizbaren oder nicht heizbaren Kalanders, welcher sowohl einen harten als auch einen weichen Nip aufweisen kann. Details über das Beschichten des Kartons sind nicht offenbart. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches es erlaubt, auch bei hoher Bahngeschwindigkeit, großer Arbeitsbreite und hohem Feststoffgehalt des Auftragsmediums eine gute Abdeckung der Materialbahn zu erzielen.
Nach einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein gattungsgemäßes Verfahren gelöst, bei welchem das Fertigdosieren oder/und Egalisieren frühestens nach einer Zeit tmin erfolgt, welche durch die folgende Formel gegeben ist: tmin = k0 x (k, x CW + k2) x CW2, wobei
CW das zu erzielende Strichgewicht der aufgetragenen Auftrags- mediumschicht in g/m2 bezeichnet, k0 eine erste Konstante ist, deren Wert mindestens 1 , vorzugs- weise mindestens 1 ,5, beträgt, k, eine zweite Konstante ist, deren Wert -0,03603 x 10"5 m6min/g3 beträgt, und k22 eine dritte Konstante ist, deren Wert 1 ,206 x 10'5 m4min/g2 beträgt.
Erfindungsgemäß wird dem Auftragsmedium zur Einwirkung auf die Materialbahn also eine vorbestimmte Mindestzeit gegeben. Während dieser Zeit wird ein Teil der in dem Auftragsmedium enthaltenen Feststoffe auf der Oberfläche der Materialbahn immobilisiert. Zum einen schlägt ein Teil der im Auftragsmedium enthaltenen Feuchtigkeit in die Materiaibahn weg. Darüber hinaus bewirken die von der Materialbahn auf das Auftragsmedium ausgeübten Kapillarkräfte, daß das Auftragsmedium auch in die Täler des Faserstrukturaufbaus gesaugt wird. Beide Effekte führen zusammen zu einer gleichmäßigen und guten Abdeckung der Materialbahnoberfläche. Die an- schließende Fertigdosierung greift vorzugsweise nicht in den durch das immobilisierte Auftagsmedium gebildeten Konturstrichanteil ein, sondern dosiert und egalisiert den darüber befindlichen, noch flüssigen bzw. pastösen und somit noch nicht immobilisierten Teil des Auftragsmediums.
Die Immobilisierung eines Teils des Auftragsmedium kann dadurch weiter verstärkt werden, daß der Wert der ersten Konstanten k0 mindestens 2, vorzugsweise mindestens 3, noch bevorzugter mindestens 4, beträgt.
Zur Erzielung eines möglichst guten Beschichtungsergebnisses und insbesondere eines möglichst guten Abdeckgrades wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Zeit t zwischen Vordosieren und Fertigdosieren einstellbar ist. Hierzu kann die Lage der Vordosierung oder/und die Lage der Fertigdosierung in Laufrichtung der Materialbahn veränderbar sein.
Vorteilhafterweise kann man wenigstens eine Eigenschaft der fertigdosierten Auftragsmediumschicht, beispielsweise den vorstehend mehrfach angesprochenen Abdeckgrad, mittels einer Sensoreinrichtung erfassen und die Zeit zwischen Vordosieren und Fertigdosieren in Abhängigkeit von dem Erfassungsergebnis einstellen. Selbstverständlich können bei der Einstellung zusätzlich oder alternativ auch andere Parameter der fertigdosierten Auftragsmediumschicht berücksichtigt werden, bspw. deren Glätte, deren Glanz, deren Weißgrad und dergleichen.
Der Abdeckgrad oder/und die anderen vorstehend angesprochenen Parameter können an der noch feuchten Auftragsmediumschicht oder/und während deren Trocknung oder/und an der getrockneten Auftragsmediumschicht erfaßt werden. Ferner kommt auch eine Erfassung an der Wickeleinrichtung in Betracht.
Bei ausreichender Bemessung des Durchmessers einer Stützwalze, welche von der Materialbahn zumindest abschnittsweise umschlungen wird, können sowohl das Vordosieren als auch das Fertigdosieren in einem von der
Materialbahn umschlungenen Umfangsabschnitts des Stützelements erfol- gen. Wann der Durchmesser der Stützwalze "ausreichend" bemessen ist, hängt selbstverständlich von der Bahngeschwindigkeit und dergleichen Betriebsparametern ab. Zum Bereitstellen der erfindungsgemäßen Mindest- einwirkzeit kann die Materialbahn aber auch im Bereich der Vordosierung um ein Stützeiement, vorzugsweise eine Stützwalze, und im Bereich der Fertigdosierung um ein weiteres Stützelement, vorzugsweise eine weitere Stützwalze, herumgeführt sein.
Bei beiden vorstehend diskutierten Alternativen kann die Materialbahn zwischen Vordosierung und Enddosierung durch wenigstens ein Zwischen- leitelement, vorzugsweise wenigstens eine Umlenkwalze, umgelenkt werden. Im Fall der erstgenannten Alternative wird die Materialbahn also nach der Vordosierung von der Stützwalze weggeführt, läuft um das Zwischen- leitelement um und wieder zurück zur Stützwalze, wo die Fertigdosierung erfolgt. Somit können auch für Stützwalzen mit einem relativ geringen Durchmesser sowohl das Vordosieren als auch das Fertigdosieren an ein und derselben Stützwalze vorgenommen werden.
Nach einem weiteren Gesichtspunkt wird die vorstehend angegebene Auf- gäbe dadurch gelöst, daß man die Immobilisierung des aufgetragenen Mediums an der Materialbahn während deren Bewegung von der Vordosierung zur Fertigdosierung aktiv beschleunigt. Auch hierdurch kann dafür Sorge getragen werden, daß sich auf der Oberfläche der Materialbahn eine immobilisierte Schicht von in dem Auftragsmedium enthaltenen Feststoffen bildet, welche die Materialbahnoberfläche gleichmäßig und gut abdeckt.
Die aktive Beeinflussung der Bildung der immobilisierten Schicht kann beispielsweise darin bestehen, man die aufgetragene Schicht erwärmt oder/und trocknet. Man kann aber auch die Materialbahn erwärmen, was indirekt wiederum eine Erwärmung der Auftragsschicht nach sich zieht. Zur Erwärmung kann man die aufgetragene Schicht oder/und die Materialbahn beispielsweise mit Infrarotlicht oder/und Mikrowellen bestrahlen. Zusätzlich oder alternativ kann man aber auch der aufgetragenen Schicht oder/und der Materialbahn erwärmte Luft oder/und Dampf zuführen. Schließlich ist es auch möglich, die Materialbahn oder/und die aufgetragene Schicht mittels einer Konvektionsheizung zu erwärmen oder mit wenigstens einem beheizbaren Element, vorzugsweise einer beheizbaren Walze oder einem beheizbaren Band, in Kontakt zu bringen.
Die letztgenannte Möglichkeit der Erwärmung von Materialbahn oder/und Auftrgsmediumschicht kann beispielsweise dadurch realisiert werden, daß man ein Stützelement, vorzugsweise eine Stützwalze, um welches die Materialbahn im Bereich der Vordosierung herumgeführt ist, beheizt. Zusätzlich oder alternativ kann man aber auch ein zwischen Vordosieren und Fertigdosieren vorgesehenes Bahnleit- oder/und -behandlungselement, vorzugsweise eine Walze, beheizen.
Eine weitere Möglichkeit, den Immobilisierungsvorgang aktiv zu beschleunigen, besteht darin, die Materialbahn von der der Auftragsseite entgegen- gesetzten Seite her mit Unterdruck zu beaufschlagen. Hierzu kann beispielsweise ein Stützelement, vorzugsweise eine Stützwaize, um welches die Materialbahn im Bereich der ersten Position herumgeführt ist, mit einer Saugvorrichtung ausstattet sein. Ebenso ist es möglich, zwischen der Vordosierung und der Fertigdosierung wenigstens ein mit einer Saugvor- richtung ausgestattetes Bahnleit- oder/und -behandlungselement, vorzugsweise eine Umlenkwalze mit einem Saugkasten, vorzusehen.
Zusätzlich oder alternativ zur vorstehend diskutierten Unterdruck-Lösung kann auch vorgesehen sein, daß man die Materialbahn von der Auftrags- seite her mit Überdruck beaufschlagt. Zur Beschleunigung der Immobilisierung des Auftragsmediums kann man ferner die Materialbahn oder/und die aufgetragene Schicht Vibrationen aussetzen, beispielsweise indem man die Materialbahn oder/und die aufgetragene Schicht mit Ultraschall bestrahlt oder/und indem man die Materialbahn oder/und die aufgetragene Schicht mit einer, vorzugsweise hochfrequent betreibbaren, Schwingungseinrichtung in Kontakt bringt.
Zur Erzielung der gewünschten Qualität der Auftragsmediumschicht kann die Intensität der aktiven Beeinflussung der Immobilisierung der aufgetrage- nen Schicht an der Materialbahn einstellbar sein, beispielsweise in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Erfassung wenigstens eines Parameters der fertigdosierten Auftragsmediumschicht. Wiederum können die Abdeckqualität der Auftragsmediumschicht, deren Glätte, deren Glanz, deren Weißgrad und dergleichen zur Bestimmung der jeweils erforderlichen Beeinflussungs- intensität herangezogen werden.
Das Fertigdosieren kann sowohl mittels eines glatten Rakelstabs als auch mittels eines profilierten Rakelstabs als auch mittels einer Rakelklinge erfolgen. Unter einem "profilierten" Rakelstab wird dabei ein perforierter, geätzter, gravierter, gerillter oder drahtumwickelter Rakelstab verstanden. In Versuchen hat sich gezeigt, daß ein Konturstricheffekt vor allem durch volumetrisches Dosieren mit einem profilierten Rakelstab als Rakelelement erzielt werden kann.
Damit beim Einsatz eines gerillten Rakelstabs auf der beschichteten Materialbahn nicht Profilrillen zurückbleiben, kann es vorteilhaft sein, hierbei den Feststoff gehalt des Auftragmediums gegenüber dem üblichen Wert (Auftrag mit Walzenauftragswerk und nachfolgender Rakelklinge) zu reduzieren, so daß das Auftragsmedium nach dem Abrakeln wieder verfließen kann. Mit anderen Worten sollte das Auftragsmedium so flüssig sein, daß die erzeugten Rillen nach der Dosierung und Egalisierung wieder verfließen können. Bei Verwendung eines glatten Rakelstabes ist der vorstehend beschriebene Konturstricheffekt bei der Dosierung in geringerem Maße gegeben. Es sind aber aufgrund der Schöpfwirkung des glatten Stabes vor allem aus den Tälern der Bahn dennoch zufriedenstellende Ergebnisse erreichbar. Das Auftragsmedium kann hierbei etwas viskoser sein und braucht auch nicht ganz so flüssig sein, wie beim profilierten Rakelstab, weil hier ja keine Gefahr der Rillenbildung besteht.
Nach einem weiteren Gesichtpunkt wird die vorstehend angegebene Auf- gäbe dadurch gelöst, daßdas Fertigdosieren oder/und Egalisieren spätestens nach einer Zeit tmax erfolgt, welche durch die folgende Formel gegeben ist: tmax = A (CW/K)2 - A' wobei
CW das zu erzielende Strichgewicht der aufgetragenen Auftrags- mediumschicht in g/m2 bezeichnet,
K den Feststoffgehalt des Auftragsmedium in % bezeichnet,
A eine erste Konstante ist, deren Wert für den profilierten Rakelstab 9,28 m %2sg"2 beträgt und für den glatten Rakelstab sowie die Rakelklinge 1 8,86 m %2sg"2 beträgt, A' eine zweite Konstante ist, deren Wert für den profilierten
Rakelstab 21 ,4 x 1 0"3 s beträgt und für den glatten Rakelstab sowie die Rakelklinge 24,0 x 10'3 s beträgt, und wobei die Formel nur für
CW/K > /A7A" gültig ist. Hierdurch kann insbesondere sichergestellt werden, daß das Rakelelement sich beim Fertigdosieren ausschließlich in dem noch flüssigen bzw. pastösen Teil der Auftragsmediumschicht bewegt und nicht in die bereits immobilisierten Feststoffe eingreift. Somit wird das Auftreten von Strichdefekten vermieden sowie eine gute Abdeckung der Oberfläche der Materialbahn gewährleistet. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß im Bereich des Rakelelements eine bessere Spülwirkung gegeben ist, durch die sich aus dem Papier oder Karton herauslösende Teilchen oder Ablagerungen austragen lassen.
Vorzugsweise kann das Fertigdosieren oder/und Egalisieren bereits späte- stens nach einer Zeit t erfolgen, für die 0, 1 tmax < t < 0,8 tmax, vorzugsweise 0, 1 tmax < t < 0,5 tmax, gilt.
Um die Qualtität der gestrichenen Materialbahn weiter verbessern zu können, wird vorgeschlagen, eine Mehrzahl von Auftragsschichten auf die Materialbahn aufzubringen. Beispielsweise kann die Oberseite, oft auch Deckseite genannt, nach dem Trocknen und gegebenenfalls einer Vorglät- tung ein zweites Mal beschichtet werden. Meistens werden jedoch zur Erzielung einer guten Abdeckung ein Vorstrich, ein Mittelstrich und ein Deckstrich auf die Materialbahn aufgebracht.
Die einzelnen Striche können beispielsweise mittels eines Walzenauftragswerks aufgebracht werden. Diese gehören der Gruppe der sogenannten LDTA (Long Dwell Time Applicator) an und umfassen eine Schöpfwalze, die das Auftragsmedium aus einem Vorratsbehälter schöpft. Erfindungsgemäß können aber auch andere Arten von Auftragswerken eingesetzt werden, wie nachfolgend noch näher ausgeführt werden wird.
Im Anschluß an die jeweilige Beschichtung wird dann das überschüssige Auftragsmedium von der Materialbahn abgerakelt. Beim Vorstrich wird hierzu eine Rakelklinge oder ein glatter Rakelstab verwendet. Das Abrakeln dient der Einebnung der Oberfläche sowohl im Mikro- als auch im Faserflockenbereich.
Beim zweiten Strich, dem Mittelstrich, wird üblicherweise ein höheres Strichgewicht aufgetragen als beim Vorstrich. Gemäß dem Stand der
Technik wurde hier das überschüssige Auftragsmedium zur Erzielung guter
Abdeckung der Materialbahnoberfläche mittels eines Luftmessers oder einer Luftbürste abgerakelt. Nunmehr kann jedoch nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Rakelklinge, einem glatten oder einem profilierten Rakelstab gearbeitet werden.
Beim Deckstrich schließlich kann wieder ein etwas geringeres Strichgewicht als beim Mittelstrich aufgetragen werden, etwa entsprechend der Obergrenze des Strichgewichts beim Vorstrich. Das überschüssige Medium wird mit einer Rakelklinge abgetragen, da diese für eine bessere Glätte der Auftragsschicht sorgt.
Erfindungsgemäß ist es also möglich, beispielsweise den Vor- und Mittelstrich mit dem glatten oder profilierten Rakelstab und den oder die restlichen Striche mit einer Rakelklinge abzurakeln bzw. zu dosieren. Es können aber auch alle aufgetragenen Striche mit einem Rakelstab abgerakelt bzw. dosiert werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Vordosierung, d.h. der Überschußauftrag, bei wenigstens einem der Striche mit einem sogenannten Freistrahl- Auftragswerk (das ist ein Düsenauftragswerk mit auf die Bahn wirkendem Fountain bzw. Frei-Strahl) erfolgt. Beim Freistrahlauftrag liegt eine geringere - und nahezu vemachlässigbare - Druckpenetration vor als beispielsweise bei einem Walzenauftragswerk. Somit wird beim Freistrahlauftrag der Strich mehr an der Oberfläche der Materialbahn abgelegt, wohingegen beim Walzenauftragswerk mit seinem deutlich höheren Penetrationsdruck im Nip zwischen Auftrags- und Gegenwalze die Auftragsmedienpenetration und -absorption wegen der gegebenen Rohpapierformation in der Blattebene variiert. Daher ist der Konturstrichcharakter des bis zum Rakelelement immobilisierten Strichanteils schwächer ausgeprägt als beim Freistrahl- Auftragswerk.
Beim Freistrahl-Auftragswerk ist der flüssige Anteil des auf die Materialbahnoberfläche aufgetragenen Mediums, das zum Strichgewicht beiträgt, größer als beim Walzenauftragswerk, wodurch sich Rakelstäbe vorteilhaft zur Dosierung einsetzen lassen. Somit werden Rakelstreifen weitgehend vermieden. Darüber hinaus sind aufgrund geringerer Faserquellung und Rückrauhung im Papier oder Karton bessere Glättewerte erreichbar.
Außerdem ist eine geringere Eindickung des Auftragsmediums zu verzeichnen, so daß mit höheren Feststoffgehalten des Auftragsmediums gearbeitet werden kann, was für die Erzielung einer guten Abdeckung der Materialbahnoberfläche vorteilhaft ist. Im Ergebnis ergibt sich ein kompakterer Strich höherer Glanz und Glätte. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Trocknungsvorrichtung mit geringerer Trocknungsleistung auskommt.
Als Auftragswerke können weiterhin sogenannte SDTA-Auftragswerke (Short Dwell Time Applicator) zum Einsatz kommen. Dies sind Auftrags- werke, bei welchen das Auftragsmedium bis zur Dosierung mittels des Rakelelementes nur relativ kurz auf die Materialbahn einwirken kann. Schließlich kann das Auftragsmedium auch nach dem Filmstrichverfahren auf die Materialbahnoberfläche aufgebracht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeigt die vorstehend diskutierten Vorteil unabhängig vom jeweiligen Aufbau des der Streichstation zugeführten Rohpapiers, d.h. unabhängig davon, wie dieses im Naßbereich der Papiermaschine hergestellt worden ist. Das Papier bzw. der Karton kann einlagig oder mehrlagig oder auch einschichtig oder mehrschichtig erzeugt worden sein, d.h. es kann mit einem oder mehreren Stoffaufläufen und Sieben oder auch mit einem Primärstoffauflauf und gewünschtenfalls mehreren Sekundärstoffaufläufen oder auch entsprechenden Kombinationen hiervon gearbeitet worden sein. Das Rohpapier kann dabei zumindest in einer der Schichten bzw. Lagen massegeleimt sein oder aber Stärke bereits in der Rohmasse enthalten haben. Je nach den an die Abdeckqualität der beschichteten Materialbahn gestellten Anforderungen kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, an einer gewünschten Stelle innerhalb der Papiermaschine zusätzlich zur Beschichtung Imprägniermittel oder/und Verfestigungsmittel, wie Stärke, synthetischen Leim mit oder ohne Pigmenten, auf die Oberfläche einer oder beider Seiten der Materialbahn aufzubringen. Dieser Imprägnier- bzw. Verfestigungsmittelauftrag kann dabei zur Vorbereitung auf die Beschichtung oder/und zur Nachbehandlung der aufgetragenen Schicht dienen.
Die Behandlung mit Imprägnier- bzw. Verfestigungsmittel kann beispielsweise in der Siebpartie oder/und zwischen Siebpartie und Pressenpartie oder/und in der Pressenpartie oder/und zwischen Pressenpartie und Trockenpartie oder/und nach der Trockenpartie mit oder ohne Nachtrocknung oder/und vor der Wickeleinrichtung erfolgen. Bei Mehrfachbeschich- tung kann sie auch zwischen aufeinanderfolgenden Teilbeschichtungen durchgeführt werden.
In Weiterbildung der Erfindung kann die Materialbahn fener vor oder nach der Beschichtung bzw. zwischen aufeinanderfolgenden Teilbeschichtungen geglättet werden. Von Vorteil ist eine Vorglättung noch vor dem Aufbringen der Beschichtung bzw. der ersten Teilbeschichtung, d.h. des Vorstrichs. Eine Nachglättung ist vor allem dann vorteilhaft, wenn sehr hohe Glätte- und Glanz-Werte erreicht werden sollen. Zur weiteren Qualitätssteigerung ist aber auch eine Glättung zwischen den einzelnen Teilbeschichtungen möglich.
Die Glättung kann mit harten Nips, mit weichen Nips oder mit einem Breitnip durchgeführt werden. Vorteilhaft für hohe Glätte- und Glanz-Werte ist es, wenn zumindest eine der beiden den jeweiligen Nip bildenden Glättflächen beheizbar ist. Glätteinrichtungen sind an sich bekannt. Sie umfassen beispielsweise mindestens zwei gegeneinander wirkende Glättflächen, beispielsweise Walzenoberflächen, zwischen denen die Materialbahn einer Glättbehandlung unterzogen wird. Bekannt sind ferner Brettnip-Glättwerke, beispielsweise Schuhglättwerke oder Walzenglättwerke mit großem Walzendurchmesser, welche einen längeren Nip aufweisen. Dadurch ist die Verweilzeit der Bahn im Nip größer, was eine bessere Glättung nach sich zieht. Breitnip- Glättwerke können sowohl bei der Vorglättung als auch bei der Nachglät- tung mit Vorteil eingesetzt werden.
Es können Nip-Kombinationen aus harten Walzen, weichen Walzen oder harten und weichen Walzen zum Einsatz kommen. Weiterhin können solche Nipkombinationen auch in Reihe angeordnet werden. So ist beispielsweise eine Einrichtung mit zwei separaten Nips mit jeweils einer beheizbaren harten und einer weichen Walze denkbar. Die vorstehend genannten Kombinationen sollen den Schutzumfang aber nicht einschränken. Vielmehr sind auch noch weitere Kombinationen denkbar, insbesondere Einrichtungen mit drei und mehr Walzen pro Einheit.
Als Vorglätteinrichtung ist auch ein sogenanntes Wasserschaber-Glättwerk einsetzbar. Schließlich ist es auch möglich, die Auftragsmediumschicht mittels einer Blaseinrichtung zu glätten.
Insbesondere bei der Vorglättung kann es von Vorteil sein, wenn die Materialbahn vor der Glättung mit Wasser oder Dampf befeuchtet wird, um noch bessere Glättergebnisse zu erzielen, beispielsweise Einebnung der Oberfläche bei gleichzeitiger Schonung des Volumens.
Das Auftragsmedium kann bei Verwendung eines profilierten Rakelstabes eine Viskosität von < 500 mPas, vorzugsweise 30 mPas bis 250 mPas, bei
Verwendung eines glatten Rakelstabes eine Viskosität von < 2500 mPas, vorzugsweise 300 mPas bis 1000 mPas, bzw. bei Verwendung einer Rakel- klinge eine Viskosität von < 4000 mPas, vorzugsweise 300 mPas bis 1 500 mPas, aufweisen, wobei diese Viskositätswerte jeweils nach nach Brookfield 100 zu bestimmen sind. Ferner kann das Auftragsmedium auf 1 00 Teile Pigmente 4 bis 20 (oder 25) Teile Binder enthalten, wobei zumindest teilweise Kunststoffbinder oder/und Stärke vorhanden sind. Häufig enthält das Auftragsmedium - teilweise auch für den Deckstrich - Titandioxid (Ti02), da dieses Pigment sich auf die erzielbare Abdeckung und den erzielbaren Weißgrad günstig auswirkt.
Bei einer Mehrfachbeschichtung können wenigstens zwei der Auftragsschichten aus Auftragsmedium unterschiedlicher Zusammensetzung gebildet werden. Es ist jedoch auch möglich, daß wenigstens zwei der Auftragsschichten aus Auftragsmedium gleicher Zusammensetzung gebildet werden.
Wenigstens eine der Auftragsschichten kann aus einem Auftragsmedium gebildet werden, welches einen um mindestens 2 % bis 5 % niedrigeren Feststoffgehalt aufweist als wenigstens eine andere Auftragsschicht, wobei der Feststoffgehalt dieser wenigstens einen anderen Auftragsschicht bei etwa 50 % bis 73 % liegt.
Um eine möglichst hohe Abdeckgüte oder/und ein möglichst gutes Auftragsergebnis erzielen zu können, wird vorgeschlagen, daß man die Zusammensetzung oder/und die Temperatur des Auftragsmediums oder/und die Tem- peratur der Materialbahn einstellt, beispielsweise, indem man wenigstens eine Eigenschaft der fertigdosierten Auftragsmediumschicht, wie Abdeckqualität, Glätte, Glanz, Weißgrad und dergleichen, erfaßt und die Zusammensetzung oder/und die Temperatur des Auftragsmediums oder/und die Temperatur der Materialbahn in Abhängigkeit des Erfassungsergebnisses einstellt. Nach weiteren Gesichtspunkten betrifft die Erfindung diverse Vorrichtungen zum Beschichten einer laufenden Materialbahn, insbesondere aus Papier oder Karton, mit einem flüssigen oder pastösen Auftragsmedium. Einzelheiten und Vorteile dieser Vorrichtungen wurden vorstehend bereits anhand der Diskussion der erfindungsgemäßen Verfahren erläutert, auf die diesbezüglich hiermit ausdrücklich verwiesen sei.
Die Vorteile des bzw. der erfindungsgemäßen Verfahren, sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. Vorrichtungen sind vor allem in folgenden Punkten zu sehen: Fallweise können geringere Auftragsgewichte erzielt werden. Es kann mit höheren Feststoffgehalten des Auftragsmediums gearbeitet werden. Fallweise kann der Ti02-Anteil im Auftragsmedium gesenkt werden. Die Materialbahnen können bei höheren Bahnlauf gesch windigkeiten von über 600 m/min über größere Arbeitsbreiten beschichtet werden.
Versuche haben ergeben, daß mit den erfindungsgemäßen Verfahren bereits bei einem Strichauftrag von 9 g/m2 eine zufriedenstellende Abdeckqualität erreicht werden kann. Bei einem Auftrag von 1 5 g/m2 konnte eine Abdeckungsgüte erzielt werden, die sogar die Abdeckgüte einer Beschichtung übertraf, die bei einem vergleichbaren Strichgewicht mittels eines Luftmesser nach einem Verfahren des Standes der Technik fertigdosiert wurde.
Nach einem weiteren Gesichtspunkt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer gestrichenen Warenbahn, insbesondere aus Papier oder Karton gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 82 und 85.
Unter den Begriffen " Papier" und "Karton" sollen alle holzhaltigen und holzfreien, gebleichte oder ungebleichte Fasern, auch sonstige Fasern enthaltene, altpapierhaltige sowie nicht-altpapierhaltige Sorten verstanden werden. Dabei kann es sich um Papier an sich, Verpackungspapier oder wie bereits angemerkt um Karton handeln, wobei sich diese genannten Sorten neben dem Verwendungszweck vor allem auch durch ihr Flächengewicht unterscheiden.
Bei all diesen Sorten treten immer wieder Probleme mit der Abdeckungs- qualität auf wenigstens einer Seite (meist der Oberseite, teilweise auch der Rückseite) auf, wenn diese gestrichen werden.
In der Regel soll die gestrichene Seite mit kennzeichnenden Aufdrucken oder Gestaltungsmustern versehen werden. Dafür muß diese eine gute Basis bie- ten.
Hierfür gibt es noch keine zufriedenstellende Lösungen.
Aus der WO 96/28609 ist ein gestrichener Karton für geformte Artikel z. B. Milchbehälter bekannt.
Aus dieser Offenlegungsschrift ist entnehmbar, daß der Karton eine oder mehrere Faserstoffschichten aufweist und die Oberfläche des Kartons, um für das Bedrucken geeignet zu sein, gestrichen und nachfolgend, sowie alternativ auch noch vor dem Streichen geglättet wird.
Das Glätten erfolgt mit einem heizbaren oder nicht heizbaren Kalander, welcher einen harten oder weichen Nip aufweist.
Details über das Streichen des Kartons sind nicht offenbart.
Bisher wurde in der Praxis Karton nach dem Trocknen und gegebenenfalls einer Vorglättung zum Beispiel die Oberseite, oft auch Deckseite genannt, mindestens zweimal gestrichen. Meistens wurde er jedoch, um eine gute Abdeckung zu erreichen, dreimal gestrichen und zwar mit einem Vorstrich, einem Mittelstrich und einem Deckstrich. Für die einzelnen Striche kamen in erster Linie Walzenauftragswerke und Luftmesserstreichaggregate, die der Gruppe der sogenannten LDTA (Long Dwell Time Applicator) angehören, zum Einsatz.
Beim Walzenauftragswerk wurde jeweils eine Schöpfwalze verwendet, die das Auftragsmedium aus einem Vorratsbehälter schöpft. Im Anschluß an die jeweilige Beschichtung wurde überschüssiges Medium von der Bahn abgerakelt. Das erfolgte beim Vorstrich mit einer Klinge oder einem glatten Rakelstab. Dies dient der Einebnung der Oberfläche sowohl im Mikro- als auch im Faserflockenbereich.
Beim zweiten Strich (Mittelstrich), der meist mit einem höheren Strichgewicht als der erste Vorstrich aufgetragen wurde, wurde das überschüssige Medium mit einem Luftmesser oder Luftbürste weggeblasen. Damit wurde zwar eine recht gute Abdeckung der Faserstoffbahn erzielt (was der Vorteil des Luftmesserstreichverfahrens ist), aber beispielsweise folgende Nachteile mußten in Kauf genommen werden:
Geschwindigkeitslimit der Bahn bei ca. 400 m/min - Herstellungsbedingtes Limit der Arbeitsbreite bis ca. 7,0 m,
Herstellungsbedingtes Limit der Feststoffgehalte des Auftragsmediums von ca. 40 %, wodurch ein höherer Aufwand bei der Strichtrocknung getrieben werden mußte.
Beim dritten als Deckstrich ausgeführten Strich wurde meist wieder ein etwas geringeres Strichgewicht als beim Mittelstrich aufgetragen (entsprechend etwa der Obergrenze des ersten Striches) . Das überschüssige Medium wurde hier mit einer Rakelklinge, weil diese meist eine bessere Glätte bewerkstelligt, abgerakelt. In einzelnen Fällen wurde auch der letzte Strich als Luftmesserstrich ausgeführt. Bisher ging man davon aus, daß nur ein mit einem Luftmesser egalisierter Auftrag die besten Ergebnisse hinsichtlich Abdeckung bringt, und nahm deshalb die vorstehend aufgeführten Nachteile in Kauf.
Der entsprechende Strich (also das Auftragsmedium) - auch teilweise der Deckstrich - enthalten oft Titandioxid (Ti02), um über dieses Pigment nochmals einen Beitrag zur Abdeckung und zum Weißgrad zu leisten.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem es möglich ist, gestrichene Papiere herzustellen, bei deren Herstellung höhere Bahngeschwindigkeiten, größere Bahnbreiten und höhere Feststoffgehalte des Auftragsmediums fahrbar sind und dennoch Abdeckung, Glanz und Glätte gleich oder besser als bisher erreichbar sind.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 82 und des nebengeordneten Anspruches 85 gelöst.
Zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen 83, 84 und 86 bis 1 02.
Es wurde gefunden, daß die gewünschten Eigenschaften des Papieres oder Kartons mit einem ersten Verfahren erreichbar sind, wenn das Dosieren des entsprechenden Striches, d.h. der die Abdeckung sicherstellende Strich z.B. Vor- und/oder Mittelstrich, nicht wie beim Stand der Technik mit einem Luftmesser- oder Luftbürstenstreichaggregat bei zwangsläufig geringerer Geschwindigkeit erfolgt, sondern mit einem glatten oder profiliertem (z.B. perforierten, geätzten, gravierten, gerillten oder drahtumwickelten) Rakelstab erfolgt. Dabei sind sogar geringere Auftragsstrichgewichte ausreichend und zudem noch höhere Bahngeschwindigkeiten, höhere Feststoff- gehalte der Streichfarbe und auch geringere Ti02-Anteile erreichbar. Es hat sich gezeigt, daß ein Konturstricheffekt vor allem durch volumetrisches Dosieren mit dem profilierten Rakelstab als Rakelelement erzielt werden kann.
Unter Konturstrich ist zu verstehen, daß das Auftragsmedium den Konturen, d.h. den Bergen und Tälern der Faserstoffbahn folgt, so daß also die Kontur der Papier- oder Kartonbahn vollständig und gleichmäßig abgedeckt ist.
Bis zum Rakelelement ist nur soviel des angebotenen Auftragmediums immobilisiert, daß auf dem immobilisierten Strichanteil noch soviel zum gewünschten Strichgewicht beitragende flüssige Streichfarbe vorhanden ist, um o.g. Effekt zu ermöglichen.
Damit sich Profilrillen beim gerillten Rakelstab nicht auf der gestrichenen Bahn abbilden, kann es vorteilhaft sein, hierbei den Feststoffgehalt des Auftragmediums gegenüber dem üblichen Wert (Auftrag mit Walzenauftragswerk und nachfolgender Rakelklinge) zu reduzieren, so daß das Auftragsmedium nach dem Abrakeln (Dosieren) wieder verfließen kann.
Mit anderen Worten, der flüssige Farbanteii ist entsprechend groß und das Auftragmedium (Streichfarbe) noch so flüssig, daßdie erzeugten Rillen nach der Egalisierung (Dosierung, Abrakeln) gut verfließen können.
Bei Verwendung eines glatten Rakelstabes ist der vorstehend beschriebene Kontureffekt bei der Dosierung in geringerem Maße gegeben. Es sind aber immer noch zufriedenstellende Ergebnisse auf Grund der Schöpfwirkung des glatten Stabes vor allem aus den Tälern der Bahn erreichbar.
Das Auftragsmedium kann hierbei etwas viskoser sein und braucht auch nicht ganz so flüssig sein, wie beim profilierten Rakelstab, weil hier ja keine Gefahr der Rillenbildung besteht. Im Bereich des glatten oder profilierten Rakelstabes ist ausreichend flüssiges Medium vorhanden, wodurch er nicht im sogenannten Feststrichanteil räkelt.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß eine bessere Spülwirkung in diesem Bereich gegeben ist, durch die sich aus dem Papier oder Karton herauslösende Teilchen oder Ablagerungen austragen lassen.
Erfindungsgemäß ist es möglich, beispielsweise den Vor- und Mittelstrich mit dem glatten oder profilierten Rakelstab und den oder die restlichen Striche mit einer Rakelklinge abzurakeln bzw. zu dosieren.
Es können aber auch alle aufgetragenen Striche mit dem Rakelstab abgerakelt bzw. dosiert werden.
Es wurde außerdem gefunden, daß die gute Abdeckqualität dann erzielbar ist, wenn das Abrakeln bzw. Dosieren in einer Zeit t seit der Übertragung des Mediums auf die Bahn erfolgt, die gleich oder kleiner als eine Zeit t0 ist.
Dabei ergibt sich t0 empirisch zu: t0 = A (CW/K)2 -A' Dabei ist bei einem profilierten Rakelstab:
A = 9,28 m %2sg 2 und A' = 21 ,4 x 10"3 s und bei einem glatten Rakelstab bzw. einer Rakelklinge: A = 1 8,86 m4%2sg'2 und A' = 24,0 x 1 0"3 s, wobei
CW = Strichgewicht bzw. Strichauftrag in g/m2
K = Feststoffgehalt des Auftragsmediums in % ist.
Die Gleichung ist anzuwenden für (CW/K) >
Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn t < 0, 1 bis 0,8 t0 ist, insbesondere aber t < 0, 1 bis 0,5 t0 ist. Dadurch wird also sichergestellt, daß eine ausreichend große aufgetragene flüssige Streichfarbenmenge auf der Oberfläche der immobilisierten Schicht verbleibt, um bei der Dosierung mittels profiliertem oder glatten Rakelstab einen weiteren guten Konturstricheffekt zu bewerkstelligen. Insgesamt er- gibt sich dadurch eine gute Abdeckung, ohne die Gefahr von Rakelstreifen. Insbesondere wird, wie vorstehend schon beschrieben, vermieden, daß die Rakelelemente in einem Bereich der Streichfarbenschicht eingreifen müssen, in dem der Strich bereits immobilisiert ist, so daß Strichdefekte vermieden werden.
Besonders vorteilhaft läßt sich die Erfindung ausgestalten, wenn eine Vordosierung (Überschußauftrag) bei wenigstens einem der Striche mit einem sogenannten Freistrahlauftragswerk (Düsenauftragswerk mit auf die Bahn wirkendem Fountain - bzw. Frei-Strahl) einen ersten immobilisierten Strich- anteil mit Konturcharakter erzeugen kann, wobei der immobilisierte Anteil des Auftragsmediums den Konturen der Papier- oder Kartonbahn folgt.
Beim Freistrahlauftrag liegt eine geringere und nahezu vernachlässigbare Druckpenetration als z.B. bei einem Walzenauftragswerk vor, so daß der betreffende Strich dadurch mehr an der Oberfläche der Bahn abgelegt wird, wohingegen beim Walzenauftragswerk aufgrund des deutlich höheren Penetrationsdruckes im Nip zwischen Auftrags- und Gegenwalze die Auftragsmedienpenetration und -absorption wegen der gegebenen Rohpapierformation in der Blattebene unterschiedlich ist. Dadurch ist der Kontur- Strichcharakter des bis zum Rakelelement immobilisierten Strichanteils schwächer ausgeprägt als beim Freistrahlauftragswerk.
Beim Freistrahlauftragswerk ist der Flüssig-Anteil des aufgetragenen Streichmediums, das zum Strichgewicht beiträgt, größer als beim Walzen- auftragswerk, wodurch sich die vorstehend beschriebenen Rakelstäbe vorteilhaft für die Dosierung einsetzen lassen. Dadurch werden Rakelstreifen weitgehend vermieden. Aufgrund geringerer Faserquellung und Rückrauhung im Papier oder Karton sind bessere Glättewerte erreichbar.
Außerdem ist eine geringere Eindickung des Streichmediums zu verzeichnen. Dadurch kann mit höheren Feststoffgehalten des Mediums (also Streichfarbe) gefahren werden, wodurch sich im Ergebnis ein kompakterer Strich sowie höherer Glanz und Glätte ergibt. Als weiterer Vorteil ist die geringer notwendige Trocknungskapazität zu sehen.
In einem alternativ durchführbaren Verfahren (gem. Anspruch 85) ist vorgesehen, zumindest einen Strich mit einem Freistrahldüsenauftragswerk anstelle eines Walzenauftrags werkes orzudosieren und das Dosieren (in der Regel Enddosieren) mit einer Rakelklinge zu bewerkstelligen.
Bei der Dosierung mit der Rakelklinge ist zwar auch der erste Konturstricheffekt durch die Streichmedienimmobilisierung gegeben, dagegen wird der zweite Kontureffekt wie beim ersten Verfahren gem. Anspruch 82 vorgesehen, nicht erzeugt. Allerdings wird ein sehr guter Egalisiereffekt erreicht. Die Verwendung des Freistrahlauftragswerkes begünstigt aber den Konturstrich- charakter durch die gleichmäßige Immobilisierung in erheblichem Maße.
Die erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Anspruch 82 und Anspruch 85 zeichnen sich dadurch aus, daß beim Dosieren (Abstreifen einer überschüssigen Menge des aufgetragenen Mediums auf das gewünschte Strich- gewicht) auf das aus dem Stand der Technik bekannte Luftmesser oder Luftbürste verzichtet werden kann. Dadurch können alle damit zusammenhängenden vorstehend beschriebenen Einsatzgrenzen überwunden werden, zumal derartige Aggregate im Hinblick auf die in zunehmenden Maße immer größer zu fertigenden Bahnbreiten den Genauigkeitsanforderungen nicht mehr standhalten. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, daß höhere Feststoffgehalte des Auftragsmediums (für eine bessere Abdeckung der Bahn) gefahren werden können Würden Luftmesser verwendet, wäre der Impuls der ausströmenden Luft zu gering, um die entsprechenden Mengen mit hohem Feststoffgehalt wirklich abrakeln zu können.
Bei den Verfahren gemäß Anspruch 82 und Anspruch 85 spielt es keine Rolle, welchen Aufbau das Rohpapier aufweist, d. h. wie es im Naßbereich der Papiermaschine erzeugt wurde.
Das Papier bzw. Karton kann dabei einlagig oder mehrlagig (mehrere Stoffaufläufe und Siebe oder mit einem oder mehreren Sekundärstoffaufläufen oder entsprechende Kombinationen) oder auch ein- oder mehrschichtig erzeugt worden sein.
Das Rohpapier kann dabei zumindest in einer der Schichten oder Lagen massegeleimt sein oder Stärke in der Masse enthalten.
Je nach den Anforderungen, die an die Abdeckqualität der gestrichenen Warenbahn gestellt werden, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, an einer wählbaren Stelle innerhalb der Papiermaschine zusätzlich zum pigmenthaltigen Auftrag Imprägniermittel und/oder Verfestigungsmittel (beispielsweise Stärke, synthetischer Leim mit oder ohne Pigmenten) auf die Oberfläche auf eine oder auch beide Bahnseiten aufzubringen.
Das kann sowohl in der Siebpartie und/oder zwischen Siebpartie und Pressenpartie in der Pressenpartie und/oder zwischen Pressenpartie und Trockenpartie und/oder nach dieser mit oder ohne Nachtrocknung und/oder vor einer Wickeleinrichtung als auch vor dem ersten pigmenthaltigen Strichauftrag und/oder zwischen diesen bei mehreren pigmenthaltigen Aufträgen erfolgen.
Unter dem erfindungsgemäßen pigmenthaltigen Auftrag soll eine solche Strichbeschichtung verstanden werden, bei der das Medium auf 100 Teile Pigmente 4 bis 20 (oder 25) Teile Binder entfallen und zumindest anteilsmäßig Kunststoffbinder und/oder Stärke enthalten sind. Der pigmenthaltige Auftrag erfolgt mit relativ hohem Auftragsgewicht und Feststoffgehalten. Unter Leimung bzw. Imprägnierung ist eine mit Stärke und/oder syntheti- schem Leim zu verstehen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Bahn noch geglättet wird.
In der Regel wird man eine Vorglättung noch vor dem Aufbringen des ersten pigmenthaltigen Auftrags (Vorstrich) durchführen.
Eine Nachglättung nach dem Deckstrich ist vor allem dann vorteilhaft, wenn sehr hohe Glätte- und Glanz-Werte erreicht werden sollen.
Die Glättung selbst kann mit harten Nips, mit weichen Nips oder mit einem Breitnip durchgeführt werden.
Vorteilhaft für hohe Glätte- und Glanz-Werte ist es, wenn zumindest eine der beiden Glättflächen, die ja den Nip bilden, beheizbar ist.
Zur weiteren Qualitätsbeeinflussung ist aber auch eine Glättung zwischen den einzelnen Auftragsschritten möglich.
Die Glätteinrichtungen sind an sich bekannt und bestehen aus mindestens zwei gegeneinander wirkenden Glättflächen z. B. Walzen wobei die Bahn im Nip zwischen jeweils zwei Glättflächen behandelt wird. Es können Nip-Kombinationen bestehend aus harten Walzen, harten und weichen Walzen, oder nur weichen Walzen zum Einsatz kommen.
Weiterhin können solche Nipkombinationen auch in Reihe angeordnet wer- den. So ist beispielsweise eine Einrichtung mit zwei separaten Nips mit jeweils einer beheizbaren harten und einer weichen Walze denkbar.
Die genannten Kombinationen sollen den Schutzumfang nicht einschränken, es sind auch noch weitere Kombinationen insbesondere Einrichtungen mit drei und mehr Walzen pro Einheit denkbar. Als Vorglätteinrichtung ist auch ein sogenanntes Wasserschaber-Glättwerk einsetzbar.
Insbesondere bei der Vorglättung kann es von Vorteil sein, wenn vor der Glättung die Bahnoberfläche mit Wasser oder Dampf befeuchtet wird, um noch bessere Glätteffekte z.B. Einebnung der Oberfläche und Volumenschonung zu erzeugen.
Zweckmäßig ist es auch als Glätteinrichtung sogenannte, an sich bekannte Breitnipglättwerke z. B. Schuhglättwerke oder große Walzen zu verwenden, um dadurch einen längeren Nip zu gewährleisten. Dadurch ist die Verweilzeit der Bahn im Nip größer und somit ein höheres Glättpotential gegeben. Breitnipglättwerke sind sowohl für die Vor- als auch für die Nachglättung vorteilhaft einsetzbar.
Der Vorteil der Erfindungen (gemäß Anspruch 82 und 85) ist zusammenfassend in fallweise geringeren Auftragsgewichten höheren Feststoffgehalten des Auftragsmediums fallweise geringerem Ti02-Anteil im Auftragsmedium - Geschwindigkeiten über 600 m/min und größeren behandelbaren
Bahnbreiten als bisher zu sehen. Versuche haben ergeben, daß mit den erfindungsgemäßen Verfahren bei einem Strichauftrag von 9 g/m2 bereits sehr zufriedenstellende Abdeckqualität erreicht wurde.
Bei einem Auftrag von 1 5 g/m2 war die Abdeckung sogar besser als beim Luftmesserstrich gemäß Stand der Technik, der mit ähnlichem Strichgewicht aufgetragen wurde.
Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert werden. Es stellt dar:
Fig. 1 bis 5 verschiedene Ausführungsformen von Anlagen zum
Beschichten einer Materialbahn mit einem Vorstrich, einem Mittelstrich und einem Deckstrich; und
Fig. 6 bis 10 Darstellungen verschiedener Ausführungsformeneinzel- ner Vorrichtungen zum Beschichten einer Materialbahn, bei welchen das Auftragsmedium zwischen Vordosierung und Fertigdosierung eine immobilisierte Schicht bildet.
Nachstehend soll die Erfindung gemäß Anspruch 82 an einem Beispiel (Fig. 1 und 2) erläutert werden:
Bei einem Verfahren zu Herstellung von gestrichenen Faltschachtelkarton wird die Bahn B im Anschluß an eine nicht in der Figur 1 dargestellten Trockenpartie in einem Kalander 5 vorgeglättet. Die Bahn B wird danach über Leitwalzen 20 einer ersten Streichstation 30 zum Aufbringen eines Vorstriches (pigmenthaltiger Auftrag) auf die eine Seite 2, z. B. der Unterseite der Bahn B zugeführt.
Die Streichstation 30 umfaßt dabei eine Gegenwalze 35 welche die Bahn B stützt. Der Gegenwalze 35 ist ein Auftragswerk in Form eines Freistrahldü- senauftragswerkes 40 zum direkten (direkt auf die Bahn B) Auftragen des Vorstriches zugeordnet. Der im Überschuß aufgetragene Vorstrich wird nachfolgend mit einem Rakelstab 45, insbesondere einem profilierten, der ebenfalls der Gegenwaize 35 zugeordnet ist, abgerakelt.
Anschließend wird die Bahn B über weitere Leitwalzen 20 einer zweiten Streichstation 30' zum Aufbringen des Mittelstriches (pigmenthaltiger Auftrag) auf die Unterseite der Bahn (in direkter Weise) zugeführt.
Analog zur Streichstation 30 ist die Streichstation 35' aufgebaut und umfaßt eine Gegenwalze 35', Freistrahlauftragswerk 40' und Rakelstab 45'. Das Aufbringen eines Deckstriches (ebenfalls ein pigmenthaltiger Auftrag) erfolgt in einer nachfolgenden dritten Streichstation 30" mit Gegenwalze 35", Freistrahlauftragswerk 40" und Rakelstab 45". Auch der Deckstrich wird direkt auf die Bahn aufgetragen. Im Anschluß daran wird in einen weiteren Kalander 50 die Bahn B endgeglättet. Auch die Rakelstäbe 45' und 45" sind in vorteilhafter Weise zur volumetrischen Dosierung profiliert.
Der Rakelstab 45 könnte auch glatt sein. Anstelle des Rakelstabs 45 könnte auch vorteilhaft eine Klinge verwendet werden, da diese für hohen Glanz und Glätte sorgt.
Die Beschichtung (ebenfalls mittels pigmenthaltigem Auftrag) der anderen Bahnseite 3 z. B. Oberseite der Bahn, erfolgt wie Figur 2 zeigt, in der gleichen Reihenfolge, auch in direkter Weise und mit gleich aufgebauten Streichstationen, weshalb gleiche Bezugszeichen in der Figur verwendet wurden.
Eine weitere Möglichkeit zur Beschichtung der Bahn 3 anstelle der in Figur 2 gezeigten Möglichkeit, kann auch darin bestehen, daß ein sogenannter DuoCoater 60, 60' und 60" verwendet wird. Ein solcher DuoCoater, der in Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist, ist bereits aus der DE G 9409820.4 bereits bekannt. Der DuoCoater ist eine Auftragseinrichtung für den indirekten Auftrag des Mediums auf die andere Bahnseite (hier Bahnseite 3) . Dabei wird das Medium auf die Mantelfläche der Walze 35, 35' bzw. 35" aufgebracht. Der aufgetragene Film wird danach durch Umlauf der Walze zu einer Abgabestelle transportiert, an welcher die zu beschichtende Bahn den Film (also das Auftragsmedium) abnimmt.
Nachstehendes Beispiel (Fig. 3 und 4) gibt eine mögliche Ausführung der Erfindung gemäß Anspruch 85 an.
Die Bahn 1 , d. h. Bahnseite 2 wird in derselben Reihenfolge behandelt, wie im ersten Beispiel angegeben.
Anstelle des Rakelstabes 45, 45' und 45" wird hier eine Streichklinge 55, 55' und 55" verwendet. Die übrigen Bauteile sind dieselben wie bei Fig. 1 und 2 und wurden deshalb in der Fig. 4 (Behandlung der Bahnseite 3) aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen.
Auch bei diesem Beispiel ist es möglich, die andere Papierseite 3 ebenfalls wie in Fig. 1 beschrieben, mit einem DuoCoater zu beschichten. In Figur 3 ist der DuoCoater mit der Bezugszahl 65, 65', 65" bezeichnet.
In den Figuren 1 bis 4 sind die Beschichtungsvorgänge ohne Zwischentrock- nung dargestellt. Dies soll aber keine Einschränkung darstellen. Im Bedarfsfall können Zwischentrocknungen, beispielsweise mit kontaktlosen Trocknern vorgesehen sein bzw. werden in der Praxis dazwischengeschal- tet.
In Figur 5 ist eine weitere Ausführungsform einer Streichanlage zum Beschichten einer Materialbahn mit einem Vorstrich, einem Mittelstrich und einem Deckstrich dargestellt, welche im wesentlichen den Ausführungs- formen gemäß Fig. 1 und 3 entspricht. Daher sind in Fig. 5 analoge Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1 und 3, jedoch vermehrt um die Zahl 1 00. Ferner wird die Ausführungform gemäß Fig. 5 nur insoweit beschrieben werden, als sie sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 3 unterscheidet, auf deren Beschreibung hiermit ansonsten verwiesen sei.
Die Streichanlage 100 gemäß Fig. 5 umfaßt drei Streichstationen bzw. Streichvorrichtungen, nämlich eine Streichstation 1 30 zum Aufbringen eines Vorstrichs, eine Streichstation 1 30' zum Aufbringen eines Mittelstrichs und eine Streichstation 1 30" zum Aufbringen eines Deckstrichs.
Die in der Darstellung gemäß Fig. 5 von links einlaufende Materialbahn B durchläuft zunächst eine Glättvorrichtung 105, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel von zwei Glättwalzen gebildet ist. Es können jedoch auch andere Glättvorrichtungen einsetzt werden, beispielsweise Schuhglättwerke, welche einen besonders langen Nip bzw. Einwirkspalt zum Glätten der Materialbahnoberfläche aufweisen. Zur Erzielung einer besseren Glättungswirkung kann vor dem Glätten Wasser oder Dampf D auf die Materialbahn B aufgesprüht werden, und zwar vorzugsweise auf deren zu beschichtende Oberfläche 102.
Im Bereich der ersten Streichstation 1 30 ist die Materialbahn unter Einsatz von Bahnleitwalzen 1 20 um eine Gegenwalze 1 35 herumgeführt, welche um ihre Achse A in Richtung des Pfeils P drehbar gelagert ist. Im Bereich der Gegenwalze 1 35 ist ein Walzenauftragswerk 140 angeordnet, welches mit einer Schöpf- bzw. Übertragswalze 1 41 aus einem Auftragsmediumvorrat 142 Auftragsmedium schöpft und zur Materialbahnoberfläche 102 hin transportiert. In dem zwischen der Übertragswalze 141 und der Gegenwalze 1 35 gebildeten Auftragsspalt S wird das Auftragsmedium vordosiert. Zur Fertigdosierung des Auftragsmediums ist in der ersten Streichstation 1 30 erfindungsgemäß ein Rakelstab 145 vorgesehen. Dabei kann es sich sowohl um einen glatten Rakelstab als auch um einen profilierten Rakelstab handeln.
Die zweite Streichstation 1 30' zur Aufbringung des Mittelstrichs entspricht in ihrem Aufbau im wesentlichen der ersten Streichstation 1 30 zur Aufbringung des Vorstrichs. Im Unterschied zu dieser ist jedoch anstelle des Walzenauftragswerks 140 ein Freistrahl-Auftragswerk 140' zum vordosierten Aufbringen von Auftragsmedium auf die Oberfläche 102 der um die Gegenwalze 1 35' herumgeführten Materialbahn B vorgesehen. Das aufgebrachte Auftragsmedium wird wiederum mittels eines Rakelstabs 145' fertigdosiert.
Auch in der dritten Streichstation 1 30" zur Aufbringung des Deckstrichs wird das Auftragsmedium mittels eines Freistrahl-Auftragswerks 140" auf die um die Gegenwalze 1 35" herumgeführte Materialbahn B aufgebracht. Im Gegensatz zu den Vor- und Mittelstrich-Stationen 130 bzw. 130' erfolgt in der Deckstrich-Station die Fertigdosierung allerdings mittels einer Rakelklinge 1 55", da diese für eine besonders hohe Glätte der Auftragsmediumschicht sorgt.
Nach Verlassen der dritten Streichstation 1 30" kann die Materialbahn B wiederum eine Glättungsvorrichtung 1 50 durchlaufen. Obgleich dies in Fig. 5 nicht dargestellt ist, kann auch vor der Glättungsvorrichtung 1 50 die Materialbahn mit Wasser oder Dampf besprüht werden. Darüber hinaus ist es möglich, die Glättungsvorrichtung 1 50, wie im übrigen auch die Glättungsvorrichtung 105, zur Erzielung eines besseren Glättungsresultats zu beheizen.
In den drei Streichstationen 1 30, 1 30' und 1 30" kann Auftragsmedium unterschiedlicher Zusammensetzung verwendet und mit unterschiedlichem Strichgewicht auf die Materialbahn aufgebracht werden. Es ist jedoch ebenso möglich, zumindest in zwei der Streichstationen Auftragsmedium gleicher Zusammensetzung zu verwenden. Nachzutragen ist noch, daß auch die Rückseite 1 03 der Materialbahn B in den Streichstationen 1 30, 1 30' und 1 30" beschichtet werden kann. Hierzu können beispielsweise Auftragswerke 1 60, 1 60' und 1 60" zum indirekten Aufbringen von Auftragsmedium eingesetzt werden, wie sie beispielsweise von der Voith Sulzer Papiermaschinen GmbH unter der Bezeichnung "DuoCoater" vertrieben werden.
Nachzutragen ist ferner, daß die Materialbahn B durch das Auftragen von Imprägniermittel oder/und Verfestigungsmittel, wie Stärke, synthetischem Leim mit oder ohne Pigmenten, auf das Aufbringen von Auftragsmedium vorbereitet werden kann bzw. nach dem Aufbringen von Auftragsmedium nachbehandelt werden kann. Dies ist in Fig. 5 für den Mittelstrich 1 30' bei 1 38 und 1 39 lediglich schematisch angedeutet.
In den Fig. 6 bis 1 0 sind Ausführungsformen von Streichstationen dargestellt, anhand derer verschiedene Möglichkeiten aufgezeigt werden sollen, mit denen sichergestellt werden kann, daß sich in dem auf die Materialbahnoberfläche aufgebrachten Auftragsmedium zwischen Vordosierung und Fertigdosierung eine Schicht auf der Materialbahnoberfläche immobilisierter Feststoffe ausbildet, welche die gewünschte hochwertige Abdeckung der Materialbahn gewährleistet. Dabei sei bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß die verschiedenen nachfolgend anhand der Figuren 6 bis 10 dargestellten Möglichkeiten auch in Kombination miteinander eingesetzt werden können.
Gemäß Fig. 6 kann beispielsweise die Distanz L, welche die Materialbahn B zwischen der Vordosierung durch das Freistrahl-Auftragswerks 240 um die Gegenwalze 235 herum bis zur Fertigdosierung durch die Rakelklinge 255 zurückzulegen hat, so groß bemessen sein, daß die Feststoffe des Auftragsmediums ausreichend Zeit zur Bildung der immobilisierten Schicht haben. Hierzu sollte der Abstand L zumindest den Wert Lmιn haben, der durch die folgende Formel gegeben ist: Lmin = k0 x (k, x CW + k2) x CW2 x v, wobei
CW das zu erzielende Strichgewicht der aufgetragenen Auftragsmediumschicht in g/m2 bezeichnet, v die Laufgeschwindigkeitder Materialbahn in m/min bezeichnet,
k0 eine erste Konstante ist, deren Wert mindestens 1 , vorzugsweise mindestens 1 ,5, beträgt, k, eine zweite Konstante ist, deren Wert -0,03603 x 10"5 m6min/g3 beträgt, und k2 eine dritte Konstante ist, deren Wert 1 ,206 x 1 0"5 m4min/g2 beträgt.
Zur Optimierung des Auftragsergebnisses kann gemäß Fig. 6 die Laufdistanz L zwischen der Vordosierung und Fertigdosierung verändert werden, und zwar durch Variation der Position des Auftragswerks 240 oder/und der Position der Rakelklinge 255 am Umfang der Gegenwalze 235, was in Fig. 6 durch die kleinen Pfeile V angedeutet ist. Diese Verstellung des Auftragswerks 240 bzw. der Rakelklinge 255 kann beispielsweise unter der Steue- rung einer nicht dargestellten Steuereinheit auf Grundlage von Erfassungssignalen verschiedener Sensoren erfolgen. Diese Sensoren können zur Erfassung von Strichqualitätsparametern, wie Abdeckungsgrad, Glätte, Glanz, Weißgrad und dergleichen, ausgebildet sein. Die Bestimmung dieser Parameter kann wahlweise vor, während oder nach der Trocknung der Auftrags- schicht durch eine Trocknungsvorrichtung 270 erfolgen oder auch erst im Bereich einer Aufwickelvorrichtung 272 an der fertig beschichteten und getrockneten Materialbahn. Dementsprechend sind in Fig. 6 an vier verschiedenen Stellen Sensoren 274 vorgesehen.
Um die Distanz L weiter erhöhen zu können, kann gemäß Fig. 7 ein Bahnleitelement 320 in Richtung des Doppelpfeils V derart verstellbar angeordnet sein, daß sich der Umschlingungswinkel der Materialbahn B um die Gegen- walze 335 infolge dieser Verstellung erhöht. Im vorliegenden Fall ändert sich bei Verstellung der Bahnumienkwalze 320 die Umschlingung der Gegenwalze 335 im Bereich der Fertigdosierung durch die Rakelklinge 355. Somit kann die Position dieser Rakelklinge 355 über einen entsprechend großen Umfangswinkelbereich verstellt werden.
Bei der Ausführung gemäß Fig. 8 umschlingt die Materialbahn B die Gegenwalze 435 im Bereich der Vordosierung 440 in einem ersten Umfangsab- schnitt, läuft dann um eine Umlenkwalze 476 um und kehrt schließlich zur Gegenwalze 435 zurück, um diese im Bereich der Fertigdosierung 455 in einem zweiten Umfangsabschnitt erneut zu umschlingen. Durch Anordnung der Umlenkwalze 476 in einem entsprechenden Abstand von der Gegenwalze 435 kann eine ausreichende Laufdistanz zwischen Vordosierung 440 und Fertigdosierung 455 vorgesehen werden, um die Ausbildung einer Schicht immobilisierter Feststoffe auf der Materialbahnoberfläche sicherzustellen. Durch Verstellen des Abstands der Umlenkwalze 476 von der Gegenwalze 435 kann diese Laufdistanz L variiert werden, beispielsweise in Abhängigkeit von den Erfassungssignalen der vorstehend angesprochenen Sensoren 274.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 wird die ausreichende Laufdistanz zwischen der Vordosierung 540 und der Fertigdosierung 555 dadurch erzielt, daß die Vordosierung an einer ersten Gegenwalze 535, und die Fertigdosierung 555 an einer zweiten Gegenwalze 5352 vorgenommen wird. Durch Veränderung des Abstands der beiden Walzen 535, und 5352 kann die Laufdistanz L variiert werden. Zusätzlich oder alternativ ist es gemäß Fig. 10 möglich, zwischen den beiden Gegenwalzen 635, und 6352, an denen die Vordosierung 640 bzw. die Enddosierung 655 stattfindet, ein Bahnumlenkelement 676 vorzusehen, dessen Relativlage bezüglich der beiden Gegenwalzen veränderbar ist. Um sicherstellen zu können, daß nicht ein zu großer Teil der Feststoffe des Auftragsmediums an der Materialbahnoberfläche immobilisiert wird, genauer gesagt um sicherzustellen, daß der glatte oder profilierte Rakelstab oder die Rakelklinge bei der Fertigdosierung nicht in die immobilisierte Schicht eingreift, was Strichdefekte nach sich ziehen würde, ist erfindungsgemäß weiter vorgesehen, daß die Laufdistanz L zwischen Vordosierung und Fertigdosierung kleiner ist als eine vorbestimmte Höchstdistanz Lmax, deren Wert durch die folgende Formel gegeben ist:
L„,,x = v x [A (CW/K)2 - A'] wobei v die Laufgeschwindigkeit der Materialbahn in m/min bezeichnet,
CW das zu erzielende Strichgewicht der aufgetragenen Auftragsmediumschicht in g/m2 bezeichnet, K den Feststoffgehalt des Auftragsmedium in % bezeichnet,
A eine erste Konstante ist, deren Wert für den profilierten Rakelstab 9,28 m %2sg'2 beträgt und für den glatten Rakelstab sowie die Rakelklinge 1 8,86 m %2sg"2 beträgt, A' eine zweite Konstante ist, deren Wert für den profilierten Rakelstab 21 ,4 x 10"3 s beträgt und für den glatten Rakelstab sowie die Rakelklinge 24,0 x 10"3 s beträgt, und wobei die Formel nur für gültig ist.
Desweiteren sind in den Figuren 6 bis 1 0 verschiedene Möglichkeiten dargestellt, die Immobilisierung der Feststoffe an der Materialbahnoberfläche aktiv zu beschleunigen. Eine erste Möglichkeit besteht in der Erwärmung oder/und Trocknung des auf die Materialbahn aufgebrachten Auftragsmediums bzw. der Materialbahn selbst. Hierzu kann beispielsweise die Gegenwalze beheizbar ausgebildet sein. Dies ist in Fig. 6 an der Gegenwalze 235 grob schematisch durch eine Heizschlange 278 angedeutet. Beheizbare Walzen sind im Stand der Technik in verschiedensten Ausführungen bekannt. Auf eine detaillierte Diskussion beheizbarer Walzen sei daher hier verzichtet.
Darüber hinaus kann die Erwärmung bzw. Trocknung durch Bestrahlung mit Infrarotlicht bzw. mit Mikrowellen bewerkstelligt werden. Diese beiden Arten der Erwärmung sind in Fig. 6 zusammenfassend durch die Schlangenlinienpfeile 280 angedeutet. Darüber hinaus kann die Materialbahn mittels eines Gebläses 282 mit Warmluft angeblasen werden bzw. kann sie durch eine Vorrichtung 284 mit Heißdampf behandelt werden.
Auch in Fig. 9 sind verschiedene Möglichkeiten einer Immobilisierungs- Beschleunigung zwischen Vordosierung 540 und Fertigdosierung 555 dargestellt, nämlich eine Vorrichtung 586, welche die Materialbahn bzw. Auftragsschicht mit Ultraschall behandelt, eine Vorrichtung 588, welche die Materialbahn B mit einem Hochfrequenzschwinger in Kontakt bringt, und eine Vorrichtung 590, welche einer der vorstehend erläuterten Vorrichtungen 280, 282 und 284 entsprechen kann. Eine Besonderheit der Vorrichtungen 586, 588 und 590 ist darin zu sehen, daß sie die Materialbahn B von ihren beiden Oberflächen her gleichzeitig behandeln können.
Eine weitere Gruppe von Immobilisierungs-Beschleunigungsvorrichtungen zielt darauf ab, die im Auftragsmedium enthaltenen Feststoffe durch Druckanwendung zur Oberfläche der Materialbahn hin zu treiben. Hierzu ist die Gegenwalze 335 gemäß Fig. 7 als Saugwalze mit einem Saugkasten 392 ausgebildet. Die Wirkung dieses Saugkastens beruht darauf, daß der Materialbahn auf der der Auftragsschicht abgewandten Seite Feuchtigkeit entzogen wird, so daß auf der Auftragsseite der Materialbahn deren Kapillarsogwirkung verstärkt wird. Die Wirkung des Saugkastens 392 kann durch Vorsehen eines Überdruckkastens 394 auf der Auftragsseite der Materialbahn B weiter verstärkt werden. Gemäß Fig. 10 kann auch die Umlenkwalze 676 mit einem Saugkasten 692 ausgebildet sein, und es kann auch ein dem Saugkasten 394 entsprechender Saugkasten vorgesehen sein. Nachzutragen ist noch, daß auch der Betrieb der vorstehend erläuterten Immobilisierungs-Beschleunigungsvorrichtungen durch die nichtdargestellte Steuereinheit auf Grundlage der Erfassungssignale der Sensoren 274 gemäß Fig. 6 gesteuert werden kann.
Nachzutragen ist ferner, daß bei Einsatz eines profilierten Rakelstabs zur Fertigdosierung die Gefahr, daß in der fertigdosierten Auftragsschicht Abdrücke des Profils zurückbleiben, durch den Einsatz einer Blasvorrichtung vermindert werden kann, welche die Materialbahnoberfläche glättet. Hierzu kann beispielsweise ein sogenannter "air-turn" 494 eingesetzt werden, d.h. eine Umlenkvorrichtung, welche die Materialbahn B berührungsios auf einem Druckluftpolster umlenkt. Es ist aber auch der Einsatz einer Luftbürste bzw. eines Luftmessers denkbar, welche bzw. welches lediglich zum Glätten der Materialbahnoberfläche dient. In jedem Fall sollte die Blaseinrichtung möglichst dicht auf die Fertigdosierung folgen.
Neben den vorstehend angesprochenen Möglichkeiten, die Laufdistanz L oder/und den Betrieb einer der Immobilisierungs-Beschleunigungsvorrichtun- gen 278, 280, 282, 284, 392, 394, 586, 588, 590, 692 in Abhängigkeit der Erfassungsergebnisse der Sensoren 274 zu steuern, können auch die Temperatur oder/und die Zusammensetzung des Auftragsmediums in Abhängigkeit dieser Erfassungsergebnisse beeinflußt werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Beschichten einer laufenden Materialbahn (B), insbesondere aus Papier oder Karton, mit flüssigem oder pastösem Auftragsmedium, wobei das Auftragsmedium direkt oder indirekt, vordosiert auf die Materialbahn (B) aufgetragen wird und anschließend auf das gewünschte Auftragsgewicht fertigdosiert oder/und egalisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Fertigdosieren oder/und Egalisieren frühestens nach einer Zeit tmin erfolgt, weiche durch die folgende Formel gegeben ist: tmin = k0 x (k, x CW + k2) x CW2, wobei
CW das zu erzielende Strichgewicht der aufgetragenen Auftragsmediumschicht in g/m2 bezeichnet, k0 eine erste Konstante ist, deren Wert mindestens 1 , vorzugsweise mindestens 1 ,5, beträgt, k, eine zweite Konstante ist, deren Wert -0,03603 x 1 0"5 m6min/g3 beträgt, und s2 eine dritte Konstante ist, deren Wert 1 ,206 x 1 0 -5 m min/g2 beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der ersten Konstanten k0 mindestens 2, vorzugsweise mindestens 3, noch bevorzugter mindestens 4, beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit t zwischen Vordosieren und Fertigdosieren einstellbar ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man wenigstens eine Eigenschaft der fertigdosierten Auftragsmediumschicht, wie Abdeckqualität, Glätte, Glanz, Weißgrad und dergleichen, erfaßt (durch 274) und die Zeit t zwischen Vordosieren und Fertigdosieren in Abhängigkeit von dem
Erfassungsergebnis einstellt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die wenigstens eine Eigenschaft der fertigdosierten Auftragsmediumschicht an der noch feuchten Auftragsmediumschicht erfaßt.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die wenigstens eine Eigenschaft der fertigdosierten Auftragsmediumschicht während deren Trocknung erfaßt.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die wenigstens eine Eigenschaft der fertigdosierten Auftragsmediumschicht an der getrockneten Auftragsmediumschicht erfaßt.
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die wenigstens eine Eigenschaft der fertigdosierten Auftragsmediumschicht an der Wickeleinrichtung (272) erfaßt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn (B) ein Stützelement, vorzugsweise eine Stützwalze (235; 435), zumindest auf einem Teil deren Umfangs umschlingt und daß sowohl das Vordosieren (240; 440) als auch das Fertigdosieren (255; 455) in einem von der Materialbahn (B) umschlungenen Umfangsabschnitts des Stützelements (235; 435) erfolgt.
0. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn im Bereich der Vordosierung (540; 640) um ein Stützelement, vorzugsweise eine Stützwalze (535^ 635,), und im Bereich der Fertigdosierung (555; 655) um ein weiteres Stützelement, vorzugsweise eine weitere Stützwalze (5352; 6352), herumgeführt ist.
1 . Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn (B) zwischen Vordosierung (440; 640) und Enddosierung (455; 655) durch wenigstens ein Zwischenleitelement, vorzugsweise wenigstens eine Umlenkwalze (476; 676), umgelenkt wird.
2. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und gewünschtenfalls dem Kennzeichen eines der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß man die Immobilisierung des aufgetrage- nen Mediums an der Materialbahn (B) während deren Bewegung von der
Vordosierung zur Fertigdosierung aktiv beschleunigt.
3. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man die aufgetragene Schicht erwärmt oder/und trocknet (durch 280, 282, 284) .
4. Verfahren nach Anspruch 1 2 oder 1 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Materialbahn erwärmt (durch 278).
1 5. Verfahren nach Anspruch 1 3 oder 1 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die aufgetragene Schicht oder/und die Materialbahn mit Infrarotlicht (280) bestrahlt.
1 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 3 bis 1 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die aufgetragene Schicht oder/und die Materialbahn mit Mikrowellen (280) bestrahlt.
1 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 3 bis 1 6, dadurch gekennzeichnet, daß man der aufgetragenen Schicht oder/und der Materialbahn erwärmte Luft (282) zuführt.
1 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 3 bis 1 7, dadurch gekennzeichnet, daß man der aufgetragenen Schicht oder/und der Materialbahn Dampf (284) zuführt.
1 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 3 bis 1 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Materialbahn oder/und die aufgetragene Schicht mit wenigstens einem beheizbaren Element, vorzugsweise einer beheizbaren Walze (235/278) oder einem beheizbaren Band, in Kontakt bringt.
20. Verfahren nach Anspruch 1 9, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Stützelement, vorzugsweise eine Stützwaize (235), um welches die Materialbahn (B) im Bereich der
Vordosierung (240) herumgeführt ist, beheizt (278) .
21 . Verfahren nach Anspruch 1 9 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß man ein zwischen Vordosieren (640) und Fertigdosieren (655) vorgesehenes Bahnleit- oder/und -behandlungselement (676), vorzugsweise eine Walze, beheizt (678) .
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 2 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, daß man die Materialbahn (B) von der der Auftragsseite entgegengesetzten Seite her mit Unterdruck beaufschlagt (392) .
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Stützelement (335), vorzugsweise eine Stützwalze, um welches die Materialbahn (B) im Bereich der Vordosierung (340) herumgeführt ist, mit einer Saugvorrichtung (392) ausstattet.
24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen der Vordosierung (640) und der Fertigdosierung (655) wenigstens ein mit einer Saugvorrichtung (692) ausgestattetes Bahnleit- oder/und -behandlungselement (676), vorzugsweise eine Umlenkwalze mit einem Saugkasten, vorsieht.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 2 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß man die Materialbahn (B) von der Auftragsseite her mit Überdruck (394) beaufschlagt.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 2 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß man die Materialbahn oder/und die aufgetragene Schicht Vibrationen aussetzt (586, 588) .
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß man die Materialbahn oder/und die aufgetragene Schicht mit Ultraschall (586) bestrahlt.
28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß man die Materialbahn oder/und die aufgetragene Schicht mit einer, vorzugsweise hochfrequent betreibbaren, Schwingungseinrichtung (588) in Kontakt bringt.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 2 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität der aktiven Beeinflussung der Immobilisierung der aufgetragenen Schicht an der Materialbahn (B) einstellbar ist.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß man wenigstens eine Eigenschaft der fertigdosierten Auftragsmediumschicht, wie Abdeckqualität, Glätte, Glanz, Weißgrad und dergleichen, erfaßt (274) und die Beeinflussungs- intensität in Abhängigkeit von dem Erfassungsergebnis einstellt.
31 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Fertigdosieren mittels eines glatten oder profilierten Rakelstabs ( 145, 1 45') oder einer Rakelklinge ( 1 55") erfolgt.
32. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , dem Kennzeichen des Anspruch 31 und gewünschtenfalls dem Kennzeichen eines der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Fertigdosieren oder/und Egalisieren spätestens nach einer Zeit tmax erfolgt, welche durch die folgende Formel gegeben ist: tmax = A (CW/K)2 - A' wobei CW das zu erzielende Strichgewicht der aufgetragenen Auftragsmediumschicht in g/m2 bezeichnet, K den Feststoffgehalt des Auftragsmedium in % bezeichnet, A eine erste Konstante ist, deren Wert für den profilierten Rakelstab 9,28 m %2sg 2 beträgt und für den glatten Rakelstab sowie die Rakelklinge 1 8,86 m4%2sg'2 beträgt, A' eine zweite Konstante ist, deren Wert für den profilierten Rakelstab 21 ,4 x 10'3 s beträgt und für den glatten Rakelstab sowie die Rakelklinge 24,0 x 10~3 s beträgt, und wobei die Formel nur für
CW/K ≥ jÄTA1 gültig ist.
33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Fertigdosieren oder/und Egalisieren spätestens nach einer Zeit t erfolgt, für die 0, 1 tmax < t < 0,8 tmax, vorzugsweise 0, 1 tmax < t < 0,5 tmax, gilt.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Auftragsschichten auf die Materialbahn (B) aufgebracht wird, beispielsweise in Form eines Vorstrichs ( 1 30), eines Mittelstrichs ( 1 30') und eines Deckstrichs ( 1 30").
35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei der Auftragsschichten aus Auftragsmedium unterschiedlicher Zusammensetzung gebildet werden.
36. Verfahren nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei der Auftragsschichten aus Auftragsmedium gleicher Zusammensetzung gebildet werden.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Auftragsschichten aus einem Auftragsmedium gebildet wird, welches einen um mindestens 2 % bis 5 % niedrigeren Feststoffgehalt aufweist als wenigstens eine andere Auftragsschicht, wobei der Feststoffgehalt dieser wenigstens einen anderen Auftragsschicht bei etwa 50 % bis 73 % liegt.
38. Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragsmediumschicht bzw. wenigstens eine Auftragsschicht aus einem Auftragsmedium gebildet wird, welches bei Verwendung eines profilierten Rakelstabes eine Viskosität von < 500 mPas, vorzugsweise 30 mPas bis 250 mPas, aufweist, bei Verwendung eines glatten Rakelstabes eine Viskosität von < 2500 mPas, vorzugsweise 300 mPas bis 1000 mPas, aufweist bzw. bei Verwendung einer Rakelklinge eine Viskosität von < 4000 mPas, vorzugsweise 300 mPas bis 1 500 mPas, aufweist, wobei die angegebenen Viskositäten jeweils nach nach Brookfield 100 bestimmt werden.
39. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragsmediumschicht bzw. wenigstens eine Auftragsschicht mittels eines Walzenauftragswerks ( 1 40) , mittels eines SDTA-Auftragswerks, mittels eines Freistrahl-Auftragswerks ( 1 40') oder nach dem Filmstrichverfahren aufgebracht wird.
40. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragsmediumschicht bzw. die letzte Auftragsmediumschicht (bei 1 30") mittels einer Rakelklinge ( 1 55") fertigdosiert wird.
41 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn durch Zuführen von Imprägniermittel oder/und Verfestigungsmittel, wie Stärke, syntheti- schem Leim mit oder ohne Pigmenten, auf das Aufbringen von Auftragsmedium vorbereitet wird ( 1 38).
42. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 41 , dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn nach dem Aufbringen von Auftragsmedium durch Zuführen von Imprägniermittel oder/und Verfestigungsmittel, wie Stärke, synthetischem Leim mit oder ohne Pigmenten, nachbehandelt wird ( 1 39).
43. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn vor dem Aufbringen von Auftragsmedium geglättet wird ( 105).
44. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn nach dem Aufbringen von Auftragsmedium geglättet wird ( 1 50) .
45. Verfahren nach Anspruch 43 oder 44, dadurch gekennzeichnet, daß das Glätten mit harten Nips und/oder mit weichen Nips und/oder mit einem Breitnip durchgeführt wird .
46. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der beiden, den jeweiligen Nip bildenden, Glättflächen beheizbar ist.
47. Verfahren nach Anspruch 43 oder 44, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragsmediumschicht mittels einer Blaseinrichtung (494) geglättet wird.
48. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 47, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn vor dem Glätten mit Wasser oder Dampf (D) befeuchtet wird.
49. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 48, dadurch gekennzeichnet, daß man die Zusammensetzung oder/und die Temperatur des Auftragsmediums oder/und die Temperatur der Materialbahn einstellt.
50. Verfahren nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß man wenigstens eine Eigenschaft der fertigdosierten Auftragsmediumschicht, wie Abdeckqualität, Glätte, Glanz, Weißgrad und dergleichen, erfaßt (274) und die Zusammen- setzung oder/und die Temperatur des Auftragsmediums oder/und die
Temperatur der Materialbahn in Abhängigkeit des Erfassungsergebnisses einstellt.
51 . Vorrichtung zum Beschichten einer laufenden Materialbahn (B), ins- 5 besondere aus Papier oder Karton, mit einem flüssigen oder pastösen
Medium, umfassend ein Auftragswerk (240) zum direkten oder indirekten, vordosierten Auftragen einer Schicht des flüssigen oder pastösen Mediums auf die Materialbahn, wobei das Auftragswerk (240) in Laufrich- o tung der Materialbahn gesehen an einer ersten Position angeord¬ net ist, und eine Vorrichtung (255) zum Fertigdosieren oder/und Egalisieren der aufgetragenen Schicht an einer in Laufrichtung der Materialbahn der ersten Position nachgeordneten, zweiten Position, 5 welche von der ersten Position einen Abstand L aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Position von der ersten Position einen Mindestabstand Lmin aufweist, der durch die folgende Formel gegeben ist:
Lmin = k0 x (k, x CW + k2) x CW2 x v, 0 wobei
CW das zu erzielende Strichgewicht der aufgetragenen Auftragsmediumschicht in g/m2 bezeichnet, v die Laufgeschwindigkeit der Materialbahn in m/min bezeichnet, k0 eine erste Konstante ist, deren Wert mindestens 1 , vorzugsweise mindestens 1 ,5, beträgt, k, eine zweite Konstante ist, deren Wert -0,03603 x 1 0"5 m6min/g3 beträgt, und k2 eine dritte Konstante ist, deren Wert 1 ,206 x 10"5 m4min/g2 beträgt.
52. Vorrichtung nach Anspruch 51 , dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der ersten Konstanten k0 mindestens 2, vorzugsweise mindestens 3, noch bevorzugter mindestens 4, beträgt.
53. Vorrichtung nach Anspruch 51 oder 52, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der zweiten Position von der ersten Position einstellbar (V) ist.
54. Vorrichtung nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Abstands der zweiten
Position von der ersten Position die Lage der ersten Position oder/und die Lage der zweiten Position einstellbar (V) ist.
55. Vorrichtung nach Anspruch 53 oder 54, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sensoreinrichtung (274) zum
Erfassen wenigstens einer Eigenschaft der fertigdosierten Auftragsmediumschicht, wie Abdeckqualität, Glätte, Glanz, Weißgrad und dergleichen, vorgesehen ist, sowie eine Steuereinheit, welche den Abstand der zweiten Position von der ersten Position in Abhängigkeit von dem Erfassungsergebnis einstellt.
56. Vorrichtung nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (274) in Laufrichtung der Materialbahn (B) vor der Trocknungseinrichtung (270) oder im Bereich der Trocknungseinrichtung (270) oder nach der Trocknungsein- richtung (270) oder an der Wickeleinrichtung (272) angeordnet ist.
57. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 51 bis 56, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn (B) ein Stützelement (235; 435), vorzugsweise eine Stützwalze, zumindest auf einem Teil deren Umfangs umschlingt und daß sowohl die erste Position als auch die zweite Position innerhalb eines von der Materialbahn umschlungenen Umfangsabschnitts des Stützelements angeordnet sind.
58. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 51 bis 56, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn (B) im Bereich der ersten
Position um ein Stützelement (535, ; 635,), vorzugsweise eine Stützwalze, und im Bereich der zweiten Position um ein weiteres Stützelement (5352; 6352), vorzugsweise eine weitere Stützwalze, herumgeführt ist.
59. Vorrichtung nach Anspruch 57 oder 58, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Position und der zweiten Position wenigstens ein Zwischenleitelement (476; 676), vorzugsweise wenigstens eine Umlenkwalze, zum Umlenken der Materialbahn vorgesehen ist.
60. Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 51 und gewünschtenfalls nach dem Kennzeichen eines der Ansprüche 51 bis 59, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Position und der zweiten Position eine Vorrichtung zum Beschleunigen der Immobiiisie- rung des aufgetragenen Mediums an der Materialbahn vorgesehen ist.
61 . Vorrichtung nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, daß die Immobilisierbeschleunigungsvor- richtung eine Vorrichtung zum Erwärmen oder/und Trocknen der aufgetragenen Schicht oder/und zum Erwärmen der Materialbahn umfaßt.
62. Vorrichtung nach Anspruch 61 , dadurch gekennzeichnet, daß eine Infrarot-Bestrahlungsvorrichtung (280) vorgesehen ist.
63. Vorrichtung nach Anspruch 61 oder 62, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mikrowellen-Heizvorrichtung (280) vorgesehen ist.
64. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 61 bis 63, dadurch gekennzeichnet, daß eine Konvektions-Heizvorrichtung (282) vorgesehen ist.
65. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 61 bis 64, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (284) zum Erwärmen oder/und Trocknen der aufgetragenen Schicht oder/und der Materialbahn mittels Dampfs vorgesehen ist.
66. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 61 bis 65, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein mit der Materialbahn oder/und der aufgetragenen Schicht in Kontakt bringbares, beheizbares Element (235/278), vorzugsweise eine beheizbare Walze oder ein beheizbares Band, vorgesehen ist.
67. Vorrichtung nach Anspruch 66, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn im Bereich der ersten Position um ein Stützelement (235), vorzugsweise eine Stützwalze, herumgeführt ist, welches beheizbar (278) ist.
68. Vorrichtung nach Anspruch 66 oder 67, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Position und der zweiten Position ein Bahnleit- oder/und -behandlungselement (676), vorzugsweise eine Walze, vorgesehen ist, welches beheizbar (678) ist.
69. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 60 bis 68, dadurch gekennzeichnet, daß die Immobilisierbeschleunigungsvor- richtung eine Saugvorrichtung (392; 692) umfaßt.
70. Vorrichtung nach Anspruch 69, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn im Bereich der ersten Position um ein Stützelement (335), vorzugsweise eine Stützwalze, herumgeführt ist, welches mit einer Saugvorrichtung (392) ausgestattet ist.
71 . Vorrichtung nach Anspruch 69 oder 70, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Position und der zweiten Position wenigstens ein mit einer Saugvorrichtung (692) ausgestattetes Bahnleit- oder/und -behandlungselement (676) , vorzugsweise eine Umlenkwalze mit einem Saugkasten, vorgesehen ist.
72. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 60 bis 71 , dadurch gekennzeichnet, daß die Immobilisierbeschleunigungsvor- richtung eine Überdruckvorrichtung (394) umfaßt.
73. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 60 bis 72, dadurch gekennzeichnet, daß die Immobilisierbeschleunigungsvor- richtung eine Vibrationsvorrichtung (586, 588) umfaßt.
74. Vorrichtung nach Anspruch 73, dadurch gekennzeichnet, daßdie Vibrationsvorrichtung eine Ultraschail- Abstrahleinrichtung (586) umfaßt.
i 75. Vorrichtung nach Anspruch 73 oder 74, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationsvorrichtung eine mit der Materialbahn oder/und der aufgetragenen Schicht in Kontakt bringbare, vorzugsweise hochfrequent betreibbare, Schwingungseinrichtung (588) ist.
76. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 60 bis 75, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung der Immobilisierbeschleuni- gungsvorrichtung einstellbar ist.
77. Vorrichtung nach Anspruch 76, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sensoreinrichtung (274) zum Erfassen wenigstens einer Eigenschaft der fertigdosierten Auftragsmediumschicht, wie Abdeckquaiität, Glätte, Glanz, Weißgrad und dergleichen, vorgesehen ist, sowie eine Steuereinheit, welche die Leistung der Immobilisierbeschleunigungsvorrichtung in Abhängigkeit von dem Erfassungsergebnis einstellt.
78. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 51 bis 77, dadurch gekennzeichnet, daßein Walzenauftragswerk ( 1 40), ein SDTA- 5 Auftragswerk, ein Freistrahl-Auftragswerk ( 140') oder ein Filmauftragswerk zum Auftragen des Auftragsmediums auf die Materialbahn vorgesehen ist.
79. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 51 bis 78, 0 dadurch gekennzeichnet, daß ein glatter oder profilierter Rakelstab ( 1 45) oder ein Rakelklinge ( 1 55') zum Fertigdosieren der Auftragsmediumschicht vorgesehen ist.
80. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , dem Kennzeichen des Anspruch 79 und gewünschtenfalls dem Kennzeichen eines der Ansprüche 51 bis 78, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Position von der ersten Position einen Höchstabstand Lmax aufweist, welcher durch die folgende Formel gegeben ist:
Lmax = v x [A (CW/K)2 - A'] wobei v die Laufgeschwindigkeit der Materialbahn in m/min bezeichnet,
CW das zu erzielende Strichgewicht der aufgetragenen Auftragsmediumschicht in g/m2 bezeichnet, K den Feststoffgehalt des Auftragsmedium in % bezeichnet,
A eine erste Konstante ist, deren Wert für den profilierten Rakelstab 9,28 m4%2sg"2 beträgt und für den glatten
Rakelstab sowie die Rakelklinge 1 8,86 m4%2sg"2 beträgt, A' eine zweite Konstante ist, deren Wert für den profilierten Rakelstab 21 ,4 x 10"3 s beträgt und für den glatten Rakelstab sowie die Rakelklinge 24,0 x 10'3 s beträgt, und wobei die Formel nur für gültig ist.
81 . Verfahren nach Anspruch 80, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Position von der ersten Position einen Abstand L aufweist, für den 0, 1 Lmax < L < 0,8 Lmax, vorzugsweise 0, 1 Lmax < L < 0, 5 Lmax, gilt.
82. Verfahren zur Herstellung einer gestrichenen Warenbahn, insbesondere aus Papier oder Karton mit den Verfahrensschritten: Erzeugen einer Faserstoffbahn (nachfolgend Bahn genannt) mit einem Stoffauflauf und einer anschließenden Siebpartie in einer
Papiermaschine
Entwässern durch mechanisches Pressen und thermisches Trocknen der Bahn
Auftragen von flüssigem oder pastösem Medium auf wenigstens einer Seite der Bahn zur Leimung bzw. Imprägnierung und/oder
Strichbeschichtung
Aufwickeln der Bahn mit einer Wickeleinrichtung dadurch gekennzeichnet, daß auf die mindestens eine Seite der Bahn wenigstens ein pigmenthaltiger Auftrag (Strich) gebracht wird, wobei dieser Auftrag nach einer Zeit t seit der Übertragung des Mediums mit einem glatten oder profiliertem Rakelstab dosiert wird, wobei gilt: t ≤ t0
Dabei ist t0 = A (CW/K)2 -A' mit
A = 9,28 m %2sg"2 und A' = 21 ,4 x 10"3 s für den profilierten Rakelstab und
A = 1 8,86 m %2sg'2 und A' = 24,0 x 10"3 s für den glatten Rakelstab, CW = Strichgewicht in g/m2
K = Feststoffgehalt des Auftragsmediums in % gültig für
83. Verfahren nach Anspruch 82, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine oder alle (im Überschuß) aufgetragenen Striche mit einem Freistrahlauftragswerk aufgebracht werden.
84. Verfahren nach Anspruch 82, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Strichen der letzte mit einer Rakelklinge dosiert wird.
85. Verfahren zur Herstellung einer gestrichenen Warenbahn, insbesondere aus Papier oder Karton mit den Verfahrensschritten:
Erzeugen einer Faserstoffbahn mit einem Stoffauflauf und einer anschließenden Siebpartie in einer Papiermaschine - Entwässern durch mechanisches Pressen und thermisches
Trocknen der Bahn
Auftragen von flüssigem oder pastösem Medium, auf wenigstens einer Seite der Bahn zur Imprägnierung bzw. Leimung und/oder Pigmentierung und/oder Strichbeschichtung - Aufwickeln der Bahn mit einer Wickeleinrichtung dadurch gekennzeichnet, daß auf die mindestens eine Seite der Bahn wenigstens ein pigmenthaltiger Auftrag (Strich) aufgebracht wird, wobei dieser Auftrag mit einem Freistrahldüsenauftragswerk aufgebracht wird und nach einer Zeit t nach Übertragung des Mediums mit einer Rakelklinge dosiert wird, wobei gilt: t < to Dabei ist t0 = A (CW/K)2 -A' mit A = 1 8,86 m4%2sg-2 und A' = 24,0 x 1 0"3 s CW = Strichgewicht in g/m2
K = Feststoffgehalt des Auftragsmediums in % gültig für (CW/K) > A/A' .
86. Verfahren nach Anspruch 82 oder 85, dadurch gekennzeichnet, daß der pigmenthaltige Auftrag (Strich) in Form eines Vor- und/oder Mittelstrich und/oder eines Deckstriches ausgeführt wird.
87. Verfahren nach Anspruch 86, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Striche mehrfach ausgeführt wird, wobei das Auftragsmedium unterschiedliche oder gleiche Zusammensetzung aufweist.
88. Verfahren nach Anspruch 82, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein pigmenthaltiger Auftrag (Strich) mit einem Walzenauftragswerk aufgebracht wird.
89. Verfahren nach Anspruch 82 und 85, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein pigmenthaltiger Auftrag (Strich) mit einem Auftragswerk mit kurzer Einwirkzeit des Auftragsmediums auf die Bahn bis zur Dosierung mittels des Rakelelementes (Rakelstab, Rakelklinge) (SDTA) aufgebracht wird.
90. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 82-89, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Striche mit einem solchen Auftragsmedium aufgetragen wird, welches einen um mindestens 2 - 5 % niedrigeren Feststoffgehalt als der oder die anderen (normalerweise üblichen) Striche aufweist, wobei der Feststoffgehalt dieser anderen
Striche bei ca. 50 - 73 % liegt.
91 . Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 82-90, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Striche mit einem solchen Auftragsmedium aufgetragen wird, welches eine Streichfarbenviskosität nach Brookfield 100 von < 500 mPas, vorzugsweise 30 - 250 mPas, bei Verwendung eines profilierten Stabes, oder eine Streichfarbenviskosität von < 2500 mPas, vorzugsweise 300 - 1000 mPas bei Verwendung eines glatten Rakelstabes und < 4000 mPas, vorzugs- weise 300 - 1 500 mPas bei Verwendung einer Rakelklinge aufweist.
92. Verfahren nach einem der Ansprüche 82 oder 85, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem pigmenthaltigen Auftrag Imprägniermittel und/oder Verfestigungsmittel (beispielsweise Stärke, synthetischer Leim mit oder ohne Pigmente) in der Masse zugeführt wird.
93. Verfahren nach einem der Ansprüche 82 oder 85, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum pigmenthaltigen Auftrag auf wenigstens eine der beiden Bahnseiten eine Oberflächenbehandlung in der Siebpartie und/oder zwischen Siebpartie und Pressenpartie mit Imprägniermittel und/oder Verfestigungsmittel durchgeführt wird.
94. Verfahren nach einem der Ansprüche 82 oder 85, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum pigmenthaltigen Auftrag auf wenigstens eine der beiden Bahnseiten eine Oberflächenbehandlung in der Pressen- partie und/oder zwischen Pressenpartie und Trockenpartie mit Imprägniermittel und/oder mit Verfestigungsmittel durchgeführt wird.
95. Verfahren nach einem der Ansprüche 82 oder 85, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum pigmenthaltigen Auftrag auf wenigstens eine der beiden Bahnseiten eine Oberflächenbehandlung mit Imprägniermittel und/oder mit Verfestigungsmittel in der Trockenpartie und/oder nach dieser mit oder ohne Nachtrocknung durchgeführt wird.
96. Verfahren nach einem der Ansprüche 82 oder 85, dadurch gekenn- zeichnet, daß zusätzlich zum pigmenthaltigen Auftrag auf wenigstens eine der beiden Seiten eine Oberflächenbehandlung mit Imprägniermittel und/oder Verfestigungsmittel noch vor einer Wickeleinrichtung mit oder ohne Nachtrocknung durchgeführt wird.
97. Verfahren nach einem der Ansprüche 82 oder 85, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberflächenbehandlung mit Imprägniermittel und/oder Verfestigungsmittel noch vor dem ersten pigmenthaltigem Auftrag und/oder zwischen den einzelnen mehrfach ausgeführten pigmenthaltigen Aufträgen durchgeführt wird.
98. Verfahren nach einem der Ansprüche 82 oder 85, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und/oder zweite und/oder ein weiterer pigment- haltiger Auftrag (Strich) im Bereich des Stoffaufiaufs und/oder in der Siebpartie und/oder zwischen Siebpartie und Pressenpartie und/oder in der Pressenpartie und/oder zwischen Pressenpartie und Trockenpartie und/oder innerhalb oder nach der Trockenpartie auf die Bahn aufge- bracht wird.
99. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 82-98, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn noch vor dem pigmenthaltigen Auftrag geglättet wird, wobei die Glättung mit harten Nips und/oder mit weichen Nips und/oder mit einem Breitnip durchgeführt wird und wobei zumindest eine der beiden, den jeweiligen Nip bildenden, Glätfflächen beheizbar ist.
100. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 82-99, dadurch gekennzeichnet, daß die Warenbahn zwischen jedem pigmenthaltigen
Auftrag und/oder nach diesem geglättet wird.
1 01 . Verfahren nach Anspruch 97 oder 98, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Glätten der Bahn diese mit Wasser oder Dampf befeuchtet wird.
102. Verfahren nach einem der Ansprüche 82 oder 85, dadurch gekennzeichnet, daß t < 0, 1 bis 0,8 t0, insbesondere aber < 0, 1 bis 0,5 t0 ist.
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