Prägen von Tissueprodukten

 

 

Tissue ist eine außerordentlich dünne und damit empfindliche Papiersorte mit Flächengewichten zwischen etwa 12 und 25 gr/m2 pro Lage. Zur Erfüllung der den Endprodukten zugedachten Funktionen werden diese mehrlagig, d.h. überwiegend 2-, 3- oder 4-lagig hergestellt. Neben einer ganzen Reihe anderer Veredelungstechniken wird dabei das Prägen von Tissue aus unterschiedlichen Gründen eingesetzt. Neben den erwünschten Effekten bei der Lagenhaftung und der Weichheit sind dies auch Volumensteigerung und Dekoration.

Lagenhaftung

Eine wichtige Funktion erfüllt die Prägung, indem sie mit Hilfe geeigneter Prägemuster aber auch Prägeverfahren dazu beiträgt, daß dem Endverbraucher die Mehrlagigkeit eines Tissueproduktes nur von der erwünschten positiven Seite her bewußt wird. Eine unzureichende Lagenhaftung bei Toilettenpapierröllchen führte früher nicht selten zu der kuriosen Reklamation der „verrutschten Perforation“. Dabei handelte es sich lediglich um ein unbeabsichtigtes Umschlagen einer vereinzelten, nicht lagenverhafteten Tissuelage um das Röllchen. Die Perforationslinie zwischen den einzelnen Blättern lag dann nicht mehr genau übereinander! Heute ist dieses Problem durch funktionsentsprechendes Prägen gelöst. Spezielle Prägemuster und Prägeverfahren gewährleisten heute in Kombination mit entsprechenden Perforationsverfahren eine rundum zufriedenstellende Lagenhaftung bei Rollenprodukten wie Toilettenpapier und Küchenrollen. Vor allem mehrlagige Küchenrollen sind zusätzlich an den Prägepunkte verklebt, wodurch neben Lagenhaftung auch Saugvolumen und Sauggeschwindigkeit des Produktes positiv beeinflußt wird. Gefalzte Produkte wie Taschentücher und Servietten sind zwecks Lagenhaftung regelmäßig mit einer Randprägung versehen.

Weichheit

Eine weitere wichtige Funktion der Prägung ist das Erzielen von Weichheit im Endprodukt. Neben der sogenannten „Knüllweichheit“ ist dies vor allem die sensorisch bedeutsame „Oberflächenweichheit“. Dabei darf durch den weichheitsfördernden Prägevorgang die Reiß- und Durchstoßfestigkeit des Produktes nicht zu stark leiden. Eine schwierige Aufgabe, die nur durch optimale Kombination von Prägemuster und Prägeverfahren zufriedenstellend gelöst werden kann. Bei den randgeprägten, mehrlagigen Falzprodukten wie Taschentücher und Servietten darf die Prägung diese Randzonen weder verhärten noch zu stark längen. Einlagige, höhergewichtige Servietten werden vollflächig geprägt um diesen ansonsten etwas steifen Papieren eine gewisse Weichheit zu vermitteln.

 


Volumen

Eine außerordentlich wichtige Funktion erfüllt die Prägung von Tissue beim Schaffen von Volumen. Böse Zungen behaupten, Tissue-Hygienepapiere sind eine optimierte Verpackung von Luft mittels einem Minimum an Zellstoff!  Für eine ganze Reihe von Produkteigenschaften ist jedoch ein bestimmtes Volumen erforderlich. Hierzu gehören nicht nur quantitative Produktempfindungen, sondern auch real meßbare Eigenschaften wie Saugvolumen und Saugfähigkeit. Die letztgenannten Kriterien haben ihre herausragende Bedeutung bei der Qualität von Küchenrollen. Natürlich weckt ein voluminöses Produkt bei der Einkaufsentscheidung und beim finalen Verwendungsvorgang gewollte Eindrücke, die einen Wiederkauf des jeweiligen Produktes veranlassen soll. ierh

Dekoration

Eine immer größere Rolle spielt in den letzten Jahren die Prägung im Zusammenhang mit einer dekorativen Kennzeichnung des Produktes. Markenartikler haben schon früh Versuche unternommen ihr Produkt mittels spezieller Prägemuster eindeutig und wiedererkennbar zu kennzeichnen. Teilweise wurde hierzu sogar der Schriftzug des Markennamens, so zum Beispiel bei Taschentücher, verwendet. Nicht wenige Prägemuster wurden sogar als Schutzrecht angemeldet und wie man aktuell hört mit großem Einsatz und Nachdruck auch verteidigt. Die vor einigen Monaten heftig entflammte Auseinandersetzung auf dem Küchenrollenmarkt wird unter anderem auch mit den dort verwendeten Prägemustern geführt.

Anforderung an Prägetechnik

Bei den heute im Einsatz befindlichen Hochleistungsmaschinen bleibt den Prägewalzen nicht viel Zeit, um all die bisher beschriebenen Funktionen zu erreichen. Die Verweilzeit des Tissuematerials im Prägespalt ist außergewöhnlich kurz. Moderne Produktionslinien zur Herstellung von Toilettenpapier erreichen zwischenzeitlich Laufgeschwindigkeiten von nahezu 1000 m/min. Gleichzeitig ist ein sprunghaftes Ansteigen der Arbeitsbreiten festzustellen. In Italien ist 1997 weltweit der erste Rewinder mit einer Arbeitsbreite von 5,4 m erfolgreich in Betrieb gegangen (vgl. hierzu Papier+Kunststoff-Verarbeiter Heft 6-97). Auch Taschentuch- und Serviettenmaschinen werden immer schneller. Die je nach Produktanforderungen aber auch Materialherkunft unterschiedliche Tissue-Qualitäten stellen ebenfalls erhebliche Anforderungen an die Oberflächen der Prägewalzen. Bei relativ kleinem Prägespalt darf kein Material dort haften bleiben. Dies wird unter anderem durch eine spezielle Oberflächenveredelung erreicht.

Prägeverfahren

Zur Erfüllung all der vorgenannten Anforderungen an das Prägen von Tissue stehen mittlerweile eine Vielzahl unterschiedlicher, teilweise geschützter Prägeverfahren und -muster zur Verfügung. Dabei wird unterschieden zwischen den einfachen Verfahren die mehrlagiges Tissue gemeinsam und den kombinierten Verfahren bei denen die Lagen einzeln verprägt werden. Die kombinierten Verfahren sind oft verbunden mit einem direkt nachfolgenden Leimwerk zum Verkleben der 2 oder 3 Lagen.


Stahlwalze gegen Papierwalze

Bei diesem schon lange bekannten und relativ preiswerten Prägeverfahren wird die positive Gravur der Stahlwalze vor Produktionsbeginn in die gegenüber liegenden Papierwalze eingedrückt. Um sicherzustellen, daß nach jeder Umdrehung der Stahlwalze exakt die gleiche Stelle der Papierwalze wieder getroffen wird, müssen die beiden Walzen mit Zahnrädern, den sogenannten Rapporträdern, miteinander verbunden werden. Das zu prägende Tissue reibt die Papierwalze ab, so daß nach einiger Zeit die eingelaufene Papierwalze verschlissen ist und die Prägequalität nachläßt. Dann muß das Prägemuster während einer Produktionsunterbrechung erneut in die Papierwalze eingedrückt werden. Dieser Vorgang nennt man „Einlaufen“ und kann mehrfach wiederholt werden. Nach einem bestimmten Verschleiß jedoch ist die Papierwalze zu dünn, so daß diese gegen eine neue mit richtigem Durchmesser ausgetauscht werden muß. Im Einsatz ist dieses Prägeverfahren vor allem bei der Herstellung von vollflächig geprägten Servietten. 

Stahlwalze gegen flexible Gegenwalze

Dieses Prägeverfahren wird nahezu nur bei der Herstellung von einfachen Toilettenpapiersorten eingesetzt und dort wohl auch nur für grobe Muster. Die flexible Gegenwalze mit Gummi- oder PU-Bezug folgt beim Anpressen der positiv gravierten Stahlwalze nicht genau der Gravurform und federt beim Nachlassen des Druckes wieder zurück. Dabei wird ein Teil der Gravur wieder aus dem Material herausgedrückt. Eine Lagenhaftung kann mit diesem Verfahren alleine nicht erreicht werden. Es ist jedoch ein problemloses Prägeverfahren ohne Anspruch auf gute und scharfe Ausprägung des Prägemusters.

Positive Stahlwalze gegen negative Stahlwalze

Dieses in der Hygienepapier-Industrie weit verbreitete, auch Union-Prägung genannte, Verfahren verwendet zwei gegeneinander laufende Stahlwalzen, von der eine positiv und die andere negativ graviert ist. Im Grunde ähnelt diese Prägeverfahren dem oben unter Stahl-Papier-Prägung beschriebenen Verfahren. Die dort erwähnte Papierwalze ist jedoch hier durch die negativ gravierte Stahlgegenwalze ersetzt. Dadurch wird eine Prägequalität erreicht, die über einen wesentlich längeren Zeitraum gleichmäßig gut ist. Produktionsstillstände durch das Einlaufen der Papierwalze, das Nachwaschen und das regelmäßig erforderliche Austauschen der Papierwalze wird bei Akzeptanz einer höheren Anfangsinvestition somit vermieden.

Diese Union-Prägung verlangt eine absolut spielfreie Führung der Walzen im Prägewerk der Produktionslinie. Die Walzen müssen fehlerfrei zueinander laufen. Sie werden mit spielausschließenden und stoßfangenden Spezialrapporträdern zueinander gehalten.

 

Die Anfertigung solcher Walzenpaare ist erheblich teurer als die vorstehend beschriebenen Walzen auf Basis Stahl/Papier oder Stahl/Gummi bzw. Stahl/PU. Unionwalzen für Servietten und Taschentücher werden heute sinnvollerweise in tiefharter Ausführung hergestellt. Dafür erreicht man jedoch eine einwandfreie Lagenhaftung zwischen den oft bis zu 4 Lagen Tissue-Material. Bei randgeprägten Taschentüchern und Servietten kann eine ansonsten unschöne und verpackungshemmende Längung im Randbereich weitestgehend vermieden werden. Bei gerollten Hygieneprodukten wie Toilettenpapier kann der Rollendurchmesser durch den Abstand der Walzen beeinflußt werden. Je größer der Abstand ist, desto ungenauer wird die Ausprägung, je enger er ist, desto schärfer ist die Ausprägung und umso größer wird der erreichbare Wickeldurchmesser des Röllchens.

Positive Stahlwalze gegen glatte Stahlwalze

Hierbei handelt es sich um ein relativ altes Prägeverfahren primär zur Erzielung von Lagenhaftung. Bei der Herstellung von Toilettenpapier wird es oft kombiniert mit dem weiter oben beschrieben Prägeverfahren „Stahlwalze gegen flexible Walze“. Damit kann die dort nicht erreichbare Lagenhaftung doch noch gewährleistet werden. Erkennbar ist dies am Endprodukt durch zwei Prägespuren. Leider sind diese oft nicht zentriert zur Röllchenmitte angeordnet und beeinträchtigen dadurch die Produktoptik.

 

Wird diese Prägetechnik zum Prägen von Formatgravuren eingesetzt, so sind die Anforderungen an die Prägewalzen natürlich ungleich höher. Es ist wichtig, daß die Prägewalzen bei einem definierten Prägespalt absolut spielfrei zueinander laufen. Der zwangsläufig auftretende Lastwechsel zwischen Längs- und Querbalkenprägung muß kompensiert werden. Außerdem muß die durch den Prägedruck auftretende Durchbiegung berücksichtigt werden. Aus diesem Grund wurde von UniMaTec eine Echtspalteinstellung entwickelt und am Markt erfolgreich eingeführt. Diese erlaubt es, einen genau definierten Prägespalt unter Produktionsdruck einzustellen und auch zu verändern. Die Lagerluft der Lager wird durch diese Vorrichtung in Lastrichtung aufgehoben, so daß der Lastwechsel nicht auf das zu prägende Material wirkt. Die Verstellmöglichkeit ist wichtig, wenn unterschiedliche Materialqualitäten oder Lagenzahlen gefahren werden sollen. Die Prägewalzen selbst werden aus Spezialmaterial mit einer tiefen Einhärtung und großer Härte hergestellt. Bei diesem Prägeverfahren wird das Tissue von einer Seite eingedrückt, aber im Gegensatz zum konventionellen Verfahren nicht durchgedrückt. Die Lagenhaftung wird innerhalb der Tuchdicke zu einer Seite hin erzeugt. Der Vorteil liegt in der nicht fühlbaren Prägung, die allerdings eine optische Zweiseitigkeit hat.

Positive Stahlwalze gegen positive Stahlwalze

Im Zusammenhang mit dem Prägen von Papiertaschentüchern wurden zwei weitere Prägeverfahren entwickelt und zwar in den Versionen „Punkt auf Punkt“ und „Punkt auf Fläche“. Zur Erzielung einer guten Lagenhaftung der 4-lagigen Tissuebahn wird diese zwischen zwei positiv gravierte Walzen durchgeführt. Bei der erstgenannten Version „Punkt auf Punkt“ werden die Tissuelagen genau mittig im Tuch auf Lagenhaftung zusammengedrückt. Der Vorteil ist, daß beide Seiten des Tuches gleich aussehen. Bei der Version „Punkt auf Fläche“ erfolgt die Einstellung der beiden Prägewalzen so, daß die Prägepunkte jeweils auf die Fläche zwischen den Prägepunkten der Gegenwalze treffen. Die Verhaftungspunkte liegen jetzt nicht mehr in der Tuchmitte, sondern an der jeweiligen Außenlage. Optisch ist dieses Tuch jedoch ebenfalls beidseitig gleich. Beide Versionen dieses Prägeverfahrens erfordern eine genaue, spielfreie Einstellbarkeit der Prägewalzen zueinander. Für beide Verfahren sind für ihre Entwickler Schutzrechte erteilt worden.

Kombinierte Prägeverfahren

Speziell für die Herstellung von Küchenrollen wurden komplexere Prägeverfahren entwickelt, bei denen die Tissuelagen einzeln geprägt und anschließend verleimt werden. Nach dem beachtlichen Markterfolg der hiermit hergestellten Küchenrollen wurde dieses Verfahren auch für hochwertige Toilettenpapier-Röllchen und vereinzelt auch für gefalzte Handtücher eingesetzt.

 

Unter der Bezeichnung „nested embossing“ wurde erstmals von PCMC Green Bay, USA ein kombiniertes Prägeverfahren am Markt eingeführt. Dabei werden zwei Tissuebahnen in einem Doppelprägewerk einzeln von je einer positiv gravierten Stahlwalze gegen eine entsprechende Gummiwalze geprägt und direkt anschließend mit Hilfe einer weiteren Gummiwalze (= „marrying roll“) miteinander verleimt. Da die beiden Stahlwalzen mittels Rapporträdern sich im Gleichlauf befinden ist eine exakte Zuordnung der beiden separat entstanden Prägemuster zueinander möglich. Liegt dabei die hochstehende Figur einer Lage zwischen zwei hochstehenden Figuren der anderen Bahn (Punkt auf Fläche), so spricht man vom klassischen „nested embossing“. Werden jedoch die Gravurspitzen beider Bahnen exakt aufeinander verleimt, so nennt man dies  „top to top“ - oder „Punta-Punta“ -Prägung. Sind die Verleimungspunkte nicht exakt definiert sondern zufälliges Ergebnis der beiden zueinander nicht im Rapport stehenden Stahlwalzen, so spricht man von einer „DERL“ - Prägung. Für diese kombinierten Prägeverfahren existieren Schutzrechte der beiden Hauptanbieter von Rewinderanlagen PCMC Green Bay und Perini Lucca Italien.

 

Mit all diesen Prägeverfahren wird das Tissuematerial von beiden Seiten eingedrückt. Die Verklebungspunkte liegen entweder auf einer Seite oder in der Tuchmitte. Der Vorteil all dieser Prägearten liegt primär in dem problemlosen Prägen gegen eine Gummiwalze. Für die beiden Stahlwalzen muß jedoch eine genaue und spielfreie Einstellbarkeit gewährleistet sein. Durch den Leimauftrag wird eine gute Lagenhaftung mit qualitätssteigernden Luftpolstern zwischen den Lagen erreicht. Durch den technologisch empfindlichen Leimauftrag sind jedoch die erreichbaren Produktionsgeschwindigkeiten deutlich unterhalb der mit Union-Walzenpaaren.

Fazit und Ausblick

Eine ganze Reihe anderer Prägeverfahren wurden von innovativen Tissue-verarbeitern in den letzten Jahren entwickelt und teilweise auch schon am Markt getestet oder gar eingeführt. Neben „spot-embossing“ sei hier noch das sogenannte „valley-printing“ genannt. Diese Verfahren haben ihren Verwendungsschwerpunkt vor allem im dekorativen Gestalten von Tissue-Produkten. Dies ist offensichtlich eine immer wichtiger werdende Produktspezifikation vor allem für Markenanbieter. Das Thema Prägen von Tissue hat sicherlich noch mehr Facetten, als hier dargestellt. Die nahe Zukunft wird noch einige Überraschungen für die Branche und die Verbraucher bringen.