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Dokumentenidentifikation DE10109170B4 16.06.2005
Titel Verfahren und Anordnung zur Herstellung eines geklebten Papier- oder Pappeproduktes
Anmelder Advanced Photonics Technologies AG, 83052 Bruckmühl, DE
Erfinder Gaus, Rainer, Dr.-Ing., 83703 Gmund, DE;
Bär, Kai K.O., Dr.-Ing., 83043 Bad Aibling, DE;
Wirth, Rolf, 83052 Bruckmühl, DE;
Fleck, Georg, 83075 Bad Feilnbach, DE
Vertreter Meissner, Bolte & Partner GbR, 80538 München
DE-Anmeldedatum 26.02.2001
DE-Aktenzeichen 10109170
Offenlegungstag 12.09.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 16.06.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.06.2005
IPC-Hauptklasse B31B 1/62
IPC-Nebenklasse B31B 1/66   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Anordnung zur Herstellung eines geklebten Papier- oder Pappeproduktes, insbesondere einer Papiertüte oder eines Papiersackes, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 13.

Papiertüten und Papiersäcke sind in der Lebensmittel-, Futtermittel- und Baustoffindustrie nach wie vor ein aufgrund der geringen Kosten, guten Gebrauchseigenschaften und ausgeprägten Umweltfreundlichkeit gefragtes Verpackungsmittel. Die Herstellung erfolgt nach etablierten Verfahrensabläufen und auf bewährten Anlagen zumeist aus quasi-endlosen Papierbahnen, auf die in einem sogenannten Leimwerk Klebstoffspuren aufgetragen werden und die anschließend zur Verklebung gegeneinander gepreßt werden. Solche Anlagen arbeiten mit hohen Fördergeschwindigkeiten von über 50 m/s und somit hochproduktiv.

Eine Schwachstelle des Prozesses ist jedoch die relativ große Trockendauer der eingesetzten Stärke- oder Dispersionskleber, die eine längere Lagerung der hergestellten Papiertüten oder -säcke vor der Ingebrauchnahme erfordert. In der Praxis sind Lagerzeiten bis zu mehreren Monaten üblich, um eine ausreichende Trocknung des Verbundes zu erreichen. Es versteht sich, daß bei hohem Produktionsausstoß hierfür große Lagerflächen und eine relativ aufwendige Logistik benötigt werden.

Aus der US 35 14 361 sind ein Verfahren und eine Maschine zur Verklebung von Papierbahnen bekannt, bei denen unmittelbar nach der Verklebung eine Bestrahlung mit Infrarotstrahlung zur Beschleunigung der Trocknung vorgenommen wird.

Aus der DE 198 18 720 A1 ist ein Verfahren zum Regeln der Temperatur der erwärmten Luft in einer Vorrichtung zur Heißluftverklebung von Kunststoffolien bekannt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe der Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens bzw. einer verbesserten Anordnung der gattungsgemäßen Art zugrunde, die die Herstellung von wesentlich schneller nach der Verklebung einsetzbaren Papier- bzw. Pappeprodukten und somit eine wesentliche Senkung der Lager- und Logistikkosten beim Hersteller ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gemäß ihrem Verfahrensaspekt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. gemäß ihrem Vorrichtungsaspekt durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.

Die Erfindung schließt den wesentlichen Gedanken ein, den Klebstoff in dem geklebten Papier- bzw. Pappeverbund einer wesentlich beschleunigten Trocknung zu unterziehen, dabei jedoch gleichzeitig die erforderliche Haftung des Klebers an den Papieroberflächen, die ein gewisses Eindringen des Klebstoffs in das Material voraussetzt, zu gewährleisten. Sie schließt weiter den Gedanken ein, zur beschleunigten Trocknung des Klebers eine Bestrahlung des Papiers bzw. der Pappe mit elektromagnetischer Strahlung im Bereich des nahen Infrarot vorzusehen. Diese Strahlung bewirkt wegen der in ihrem Spektrum liegenden Absorptionsbanden des Wassers in besonders wirksamer Weise eine Entfeuchtung des Papiers mindestens an und nahe seiner Oberfläche und/oder einen Entzug von Wasser direkt aus der Klebstoffschicht.

Hierbei führt bereits der erstgenannte Effekt dazu, daß der Klebstoff auf der weitgehend entfeuchteten Papierbahn schnell trocknet, nachdem er gleichwohl in ausreichendem Maße in die oberflächennahe Papierschicht eindiffundiert ist. Die Verfahrensführung sieht also eine dem Klebstoffauftrag vorgelagerte Erwärmung mindestens eines der miteinander zu verbindenden Papiere oder einer der Pappen mittels der NIR-Strahlung vor. Sinnvoll – allerdings auch aufwendiger – ist auch eine Erwärmung und Entfeuchtung beider Papierbahnen in einem Herstellungsprozeß, bei dem zwei quasi-endlose Papierbahnen zur Herstellung des Papierproduktes benutzt werden.

In einer entsprechenden Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung ist also eine Leimauftrageinrichtung (das Leimwerk) stromabwärts einer NIR-Bestrahlungseinrichtung angeordnet, und weiter stromabwärts werden die Papierbahnen bzw. -zuschnitte miteinander über die Klebstoffschicht in Kontakt gebracht.

Nach den derzeit vorliegenden Erfahrungen wird die Bestrahlung bevorzugt mit einer Leistungsdichte von 150 kW/m2 oder mehr, insbesondere 300 kW/m2 oder mehr, ausgeführt. Eine solche Leistungsdichte sichert eine ausreichende Vorwärmung/Entfeuchtung des Papiers vor dem Leimauftrag bei den erwähnten hohen Fördergeschwindigkeiten mit einer Bestrahlungseinrichtung, die in eine an sich bekannte Kaschiermaschine von ihrem Raumbedarf her problemlos einfügbar ist.

Die Bestrahlungseinrichtung umfaßt mindestens einen bei einer Strahlertemperatur oberhalb von 2500 K, insbesondere oberhalb von 2900 K, betriebenen Emitter und insbesondere einen diesem zugeordneten Hauptreflektor zur Konzentrierung der NIR-Strahlung auf das zu erwärmende Papier bzw. die Pappe. Bevorzugt umfaßt sie eine Mehrzahl von, insbesondere langgestreckt röhrenförmigen, handelsüblichen Halogenlampen, die bei entsprechenden Strahlertemperaturen betrieben werden. Diesen Halogenlampen ist in kostengünstiger Weise ein zusammenhängender (wenn auch gegebenenfalls aus mehreren Modulen aufgebauter) Reflektor zugeordnet, der für jede Halogenlampe einen teil-elliptischen, parabolischen oder im wesentlichen W-förmigen Reflektorabschnitt aufweist.

Zur optimalen Ausnutzung der eingesetzten Strahlungsenergie wird bevorzugt (bezogen auf die Lage des Emitters) jenseits der Papierbahn ein Gegenreflektor eingesetzt, der durch die Papierbahn ungenutzt hindurchtretende NIR-Strahlungsanteile in die Bahn zurückwirft. Der Hauptreflektor bzw. die Hauptreflektoren und der Gegenreflektor sind – in Abstimmung auf die konstruktiven Gegebenheiten der jeweiligen Kaschiermaschine – bevorzugt so nahe an der Papierbahn angeordnet, daß sich ein faktisch weitgehend geschlossener Strahlungsraum ohne wesentliche Strahlungsverluste ergibt. Zur Gewährleistung optimaler Rückstrahlungseigenschaften ohne nachteilige Verschiebung des Emitterspektrums sowie einer langen Lebensdauer sind der Hauptreflektor und/oder Gegenreflektor zweckmäßigerweise gekühlt, insbesondere wassergekühlt.

Mit einer solchen Bestrahlungseinrichtung kann in einer ersten Ausführung die gesamte Papierbahn erwärmt und somit getrocknet werden. In einer hierzu alternativen Ausführung ist aber auch die selektive Erwärmung nur derjenigen Bereiche der Papieroberflächen möglich, auf die später Klebstoff aufgetragen wird. In einer entsprechenden Anlagenkonfiguration ist anstelle der für die erstgenannte Ausführung vorzusehenden Strahleranordnung, die sich über die gesamte Bahnbreite erstreckt, eine nur diese ausgewählten Oberflächenabschnitte beaufschlagende Strahleranordnung vorgesehen.

Bei der letztgenannten Ausführung können anstelle der erwähnten langgestreckten Halogenlampen gegebenenfalls auch einer oder mehrere Punktstrahler zum Einsatz kommen. Auch diesen ist dann zweckmäßigerweise jeweils ein Reflektor zur Konzentrierung der Strahlung auf die für den Klebstoffauftrag vorbestimmten Abschnitte der Papierbahn zugeordnet.

Die Prozeßführung erfolgt zweckmäßigerweise unter Erfassung und Auswertung mindestens eines prozeßrelevanten physikalischen Parameters des Papiers bzw. der Pappe, insbesondere der Oberflächentemperatur. Hierzu wird bevorzugt ein berührungslos arbeitender Temperaturfühler, d. h. ein Pyrometerelement, eingesetzt. Dessen Erfassungsbereich ist innerhalb der Bestrahlungszone oder benachbart zu dieser – im letzteren Falle insbesondere stromabwärts – angeordnet.

Nach den derzeitigen Erkenntnissen wird die Oberflächentemperatur des Papiers bzw. der Pappe – in Abhängigkeit von der Papierstärke (speziell im Bereich zwischen 65 g/m2 und 120 g/m2) sowie der Papierfarbe, beispielsweise weiß oder braun – auf einen Wert im Bereich zwischen 70°C und 130°C eingestellt. Die vorbestimmte Temperatureinstellung wird mittels einer Bestrahlungssteuereinrichtung, die – insbesondere über eine Spannungssteuerung der Halogenlampen – die Leistungsdichte steuert, auch bei schwankendem Feuchtegehalt und ungleichmäßiger Einfärbung des Papiers im wesentlichen konstant gehalten. Hierzu dient eine "von Hand" betriebene oder eine mit dem Temperaturfühler eingangsseitig verbundene und eine Regelstufe zur geregelten Prozeßführung aufweisende Bestrahlungssteuereinrichtung.

Zur Erhöhung der Verfahrenseffizienz wird in der Bestrahlungszone oder stromabwärts von dieser durch einen Trocknungs-Gasstrom bevorzugt die infolge der Bestrahlung aus dem Papier und/oder Klebstoff abdampfende Feuchtigkeit beschleunigt abgeführt. Der Trocknungsgasstrom – am einfachsten ein Luftstrom – überstreicht dazu die Papieroberfläche bevorzugt annähernd parallel. Zur Erzeugung des Gasstromes dienen beispielsweise Druckluftdüsen bzw. ein oder mehrere Gebläse.

Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figuren. Diese zeigen:

1 eine schematisch Längsschnittdarstellung eines Abschnittes einer Anordnung (Kaschiermaschine) zur Herstellung von Papiertüten mit einer NIR-Trocknungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung und

2 eine schematisch Längsschnittdarstellung eines Abschnittes einer Anordnung (Kaschiermaschine) zur Herstellung von Papiertüten mit einer NIR-Trocknungseinrichtung, nicht gemäß der Erfindung.

1 zeigt schematisch den für die Erläuterung der Erfindung wesentlichen Abschnitt einer Kaschiermaschine 100. Die Erfindung kann auf einer an sich bekannten Papiermaschine mit zwei Papierbahn-Abrollern, einem angetriebenem Leimwerk und einem angetriebenen Aufroller für den verklebten Verbund in einem Grundgestell realisiert werden, in der ausreichend freier Bauraum für die Einfügung einer NIR-Bestrahlungseinrichtung 101 zur Verfügung steht. Die NIR-Bestrahlungseinrichtung 101 ist an einer Traverse 103 über dem (in der Figur nicht dargestellten) Grundgestell derart gehaltert, daß ihre (durch eine Mehrzahl paralleler kurzer Pfeile symbolisierte) Strahlung auf die Oberfläche einer ersten Papierbahn 105 gerichtet ist.

In Förderrichtung der Papierbahn 105 stromabwärts der NIR-Bestrahlungseinrichtung 101 wird an zwei Stellen mittels jeweils eines pyrometrischen T-Meßfühlers 107a, 107b die Temperatur der Papierbahn 105 erfaßt. Die Meßergebnisse werden Meßsignaleingängen einer Bestrahlungssteuereinheit 109 zugeführt, welche die NIR-Bestrahlungseinrichtung 101 zur Sicherung einer im wesentlichen konstanten Temperatur der die Bestrahlungszone verlassenden Papierbahn 105 steuert. Die Bestrahlungssteuereinheit 109 weist eine Regelstufe 109a zur Realisierung einer geregelten Prozeßführung auf.

Weiter stromabwärts der NIR-Bestrahlungseinrichtung 101 wird an einer mit dem mit L bezeichneten Pfeil gekennzeichneten Stelle über ein (nicht dargestelltes) Leimwerk eine Reihe von Klebstoffspuren 111 auf die der NIR-Bestrahlungseinrichtung 101 abgewandte Unterseite der Papierbahn 105 aufgebracht. Noch weiter stromabwärts wird eine zweite Papierbahn 113 über die Klebstoffspur 111 auf die erste Papierbahn 105 auf kaschiert.

In einer im Labormaßstab erfolgreich eingesetzten Ausführung weist die Bestrahlungseinrichtung 101 einen unterhalb der Papierbahn angeordneten, gekühlten Gegenreflektor 115 und zwölf 16"-Halogen-Glühfadenlampen 101a in einem wassergekühlten Hauptreflektor 101b auf. Wie in der (schematischen) Teilschnittdarstellung der NIR-Bestrahlungseinrichtung 101 zu erkennen ist, hat der Hauptreflektor 101b eine Vielzahl von aneinandergereihten identischen Reflektorabschnitten mit annähernd W-förmigem Querschnitt, in deren Zentrum jeweils eine der Halogenlampen 101a sitzt. Die Bestrahlungseinrichtung 101 hat beispielsweise einen Abstand von 70 mm zur Oberfläche der Papierbahn 105, und bei einem Betrieb mit etwa 1/3 der maximal möglichen Leistungsdichte wurde bei Temperaturen der Papierbahn zwischen ca. 80 und 120°C sowohl gute Trocknungsergebnisse als auch eine gute Qualität der mit einem handelsüblichen Stärke- oder Dispersionskleber hergestellten Verklebung der beiden Papierbahnen 105, 113 mit einem Flächengewicht zwischen 100 g/m2 und 120 g/m2 erzielt.

100Kaschiermaschine 101NIR-Bestrahlungseinrichtung 101aHalogenlampe 101bHauptreflektor 103Traverse 105, 113Papierbahn 107a, 107bpyrometrischer T-Meßfühler 109Bestrahlungssteuereinheit 109aRegelstufe 111Klebstoffspur 115Gegenreflektor LLeimwerk-Position

Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Herstellung eines geklebten Papier- oder Pappeproduktes, insbesondere einer Papiertüte oder eines Papiersackes, durch Miteinander-Verkleben von Papierbahnen oder Flächen mindestens eines Papier- oder Pappezuschnittes mit mindestens einer Klebstoffspur, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens diejenigen Flächenabschnitte mindestens einer der Papierbahnen bzw. des Zuschnittes oder mindestens eines Zuschnittes, in denen eine Klebstoffspur angeordnet wird, zur Trocknung und/oder Vernetzung des Klebstoffs kurzzeitig mit elektromagnetischer Strahlung mit hoher Leistungsdichte und/oder einem wesentlichen Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot, insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 &mgr;m und 1,5 &mgr;m, beaufschlagt werden und unmittelbar anschließend im erwärmten Zustand mit dem Klebstoff beschichtet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung mit einer Leistungsdichte auf der Papieroberfläche von 150 kW/m2 oder mehr, bevorzugt 300 kW/m2 oder mehr, durchgeführt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung eines Emitters mit einer Strahlertemperatur von 2500 K oder mehr, bevorzugt 2900 K oder mehr, eingesetzt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebstoff ein Dispersions- oder Stärkekleber eingesetzt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide miteinander zu verklebenden Papierbahnen oder Zuschnitte oder Flächen eines Zuschnittes bestrahlt werden.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während oder unmittelbar nach der Bestrahlung die Temperatur der Papierbahn oder des Zuschnittes berührungslos gemessen und die Bestrahlung aufgrund des Meßergebnisses gesteuert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung zur Einstellung einer im wesentlichen konstanten, vorbestimmten Temperatur der Papierbahn bzw. der Zuschnitte aufgrund des Ergebnisses der Temperaturmessung gesteuert wird.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen die gesamte Papierbahn oder der gesamte Zuschnitt bzw. die gesamten Zuschnitte bestrahlt wird bzw. werden.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Papierbahn oder der Zuschnitt bzw. die Zuschnitte während und/oder unmittelbar nach der Bestrahlung mit einem trockenen Gasstrom zur Abführung von infolge der Bestrahlung entweichender Feuchtigkeit beaufschlagt werden.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Papierbahn mit einer Geschwindigkeit von 25 m/s oder mehr durch eine feststehende Strahlungszone hindurchgefördert wird.
  11. Anordnung zur Herstellung eines geklebten Papier- oder Pappeproduktes, insbesondere einer Papiertüte oder eines Papiersackes, durch Miteinander-Verkleben von Papierbahnen oder Flächen mindestens eines Papier- oder Pappezuschnittes mit mindestens einer Klebstoffspur, gekennzeichnet durch eine Bestrahlungseinrichtung, welche eine Strahlungsquelle und einen dieser zugeordneten Hauptreflektor aufweist, zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung mit hoher Leistungsdichte und/oder einem wesentlichen Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot, insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 &mgr;m und 1,5 &mgr;m und eine stromabwärts der Bestrahlungseinrichtung platzierte Leimauftrageinrichtung zum Auftrag der Klebstoffspur oder Klebstoffspuren auf den Zuschnitt bzw. die Zuschnitte oder die Papierbahn.
  12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungseinrichtung mindestens eine bei einer Strahlertemperatur oberhalb von 2500 K, insbesondere oberhalb von 2900 K, betriebene Halogenlampe umfaßt.
  13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungseinrichtung eine Mehrzahl von Halogenlampen umfaßt, die langgestreckt röhrenförmig ausgebildet und im wesentlichen parallel zueinander in unmittelbarer räumlicher Zuordnung zu einem Reflektor angeordnet sind.
  14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor eine Mehrzahl von jeweils einer Halogenlampe zugeordneten Reflektorabschnitten mit im wesentlichen teil-elliptischen, parabolischen oder W-förmigen Querschnitt aufweist.
  15. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungseinrichtung einen, bezogen auf die Lage einer Strahlungsquelle, dem Zuschnitt oder der Papierbahn gegenüberliegenden Gegenreflektor aufweist.
  16. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptreflektor und/oder der Gegenreflektor mittels eines Kühlfluids aktiv gekühlt sind.
  17. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, gekennzeichnet durch einen Meßfühler für eine prozeßrelevante physikalische Größe des Zuschnittes oder der Papierbahn, welcher derart angeordnet ist, daß er die Oberflächentemperatur des Zuschnittes oder der Papierbahn in oder benachbart zu einer durch die Bestrahlungseinrichtung gebildeten Bestrahlungszone mißt.
  18. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, gekennzeichnet durch eine Bestrahlungssteuereinrichtung zur Steuerung der Bestrahlungseinrichtung zur Einstellung der Bestrahlungsleistung und/oder Bestrahlungsdauer.
  19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungssteuereinrichtung eingangsseitig mit dem Meßfühler verbunden ist und eine Regelstufe zur Steuerung der Bestrahlung mit einer im wesentlichen konstanten Oberflächentemperatur des Zuschnittes oder der Papierbahn in einer geschlossenen Regelschleife aufweist.
  20. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, gekennzeichnet durch eine eine Mehrzahl von Transportwalzen umfassende Fördereinrichtung zum Hindurchfördern der Zuschnitte oder Papierbahn durch die Bestrahlungseinrichtung mit vorbestimmter Fördergeschwindigkeit.
  21. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 20, gekennzeichnet durch eine Gasstromerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines im wesentlichen parallel zur Oberfläche der Zuschnitte bzw. Papierbahn orientierten, Trocknungs-Gasstromes.
  22. Anordnung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Leimauftrageinrichtung, bezogen auf die Vorschubrichtung der Fördereinrichtung, stromabwärts der Bestrahlungseinrichtung angeordnet ist.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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