EP4046789A2 - Einrichtung zur herstellung von verpackungsmaterial aus papier - Google Patents

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EP4046789A2
EP4046789A2 EP22156982.5A EP22156982A EP4046789A2 EP 4046789 A2 EP4046789 A2 EP 4046789A2 EP 22156982 A EP22156982 A EP 22156982A EP 4046789 A2 EP4046789 A2 EP 4046789A2
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EP
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roller
paper
paper web
embossing
preconditioning
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EP4046789B1 (de
EP4046789A3 (de
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Fabian SOLF
Steven WIDDEL
Bernd Suttner
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Papair GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a device for producing packaging material from paper.
  • plastic bubble wrap which is made of polyethylene, for example, and has a multitude of bubble-like air pockets arranged along a regular pattern to achieve a cushioning effect. Because of the knob-like design of the air pockets, bubble wrap is often also referred to as bubble wrap
  • Corresponding bubble wrap made of plastic is basically reusable. In practice, reuse already fails because there is a lack of a system that collects the packaging material and directs it for targeted reuse.
  • bubble wrap made of polyethylene for example, is technically recyclable, in practice recycling involves a relatively high level of effort and therefore correspondingly high costs. As a result, bubble wrap is often discarded after a single use. Because bubble wrap, for example, made of polyethylene is not biodegradable, this leads to a substantial pollution of the environment. Plastic waste caused by bubble wrap, among other things, is often sent to so-called thermal recycling and incinerated.
  • plastic Insofar as the bubble wrap is collected as part of a recycling system, practice has shown that this does not prevent environmental pollution.
  • plastic often finds its way into the environment, especially into the sea, from the corresponding circulatory systems. If the plastic is not decomposed, it puts a strain on ecosystems and poses a threat to marine animals, for example. If the plastic is crushed or decomposed over time, for example by mechanical influences and UV radiation, plastic particles are formed, especially in the form of microplastics, that remain in the environment or are ingested by living beings.
  • a packaging material in the form of a padding cushion consisting of several paper layers for pressure-sensitive objects, in which at least one paper web has spherical or waffle-shaped embossing and the paper webs are glued to one another.
  • DE 1 156 701A shows and describes a development of the packaging material known from the aforementioned publication, wherein the outer surfaces of the packaging material are covered with embossed cellulose wadding.
  • a similar packaging material is also through GB 893 060 A known
  • a packaging material is known in which several layers of the DE 604 412 A known upholstery material are superimposed glued together.
  • the WO 2020/227649 A1 shows and describes a multi-layer structure for a padded shipping package with corrugated embossed paper.
  • EP 0 523 382 B1 shows and describes an apparatus for producing a multi-ply packaging material.
  • the packaging material consists of three embossed strips arranged one on top of the other.
  • EP 2 792 478 A1 discloses a device for producing corrugated board, wherein a corrugated intermediate web is glued to two smooth carrier webs.
  • a packaging material which consists of two superimposed webs with a wavy cross-section, of which an inner web is dimensionally stable and an outer web is flexible.
  • padding paper consisting of several embossed layers of paper is known, the layers of paper being arranged one above the other and connected to one another by adhesive points or corrugations.
  • EP 0 650 827 B1 shows and describes a corrugated cardboard-like packaging material in which a web with a wavy cross-section is arranged between two smooth webs and the webs are connected to one another by punching.
  • EP 3 683 357 B1 discloses a multi-ply paper containing waste paper and grass fibers.
  • the post-published pamphlet WO 2021/046395 A1 discloses a packaging material consisting of several paper webs in the manner of bubble wrap, the paper webs being connected to one another by means of adhesive, fastening elements such as staples or folding the edges.
  • the object of the invention is to provide a packaging material that is improved compared to the known packaging materials.
  • a device according to the invention according to claim 1 for the production of packaging material from paper has means for feeding at least a first paper web and a second paper web to an embossing area of the device and one downstream of the embossing area in the feed direction of the paper webs pressing area of the facility.
  • An embossing device for embossing the first paper web is arranged in the embossing area, the embossing device being designed and set up in such a way that embossments are embossed from the first paper web, which protrude beyond the first paper web and are each delimited by a closed peripheral line in the paper web plane of the first paper web are.
  • a pressing device for pressing the paper webs free of adhesive and connecting synthetic additional material, in particular free of plastic film, is arranged in the pressing area, the pressing device being designed and set up in such a way that paper fibers of the first paper web and paper fibers of the second paper web are in connecting sections between the embossments and the paper webs delimit closed cavities in the area of the embossings, with preconditioning means having at least one preconditioning device for preconditioning the first paper web and/or the second paper web for embossing the first paper web or pressing the paper webs in front of the embossing area and/or the pressing area are arranged with each other.
  • the invention provides a packaging material made of paper in the manner of air cushion film, which has a first paper web and a second paper web, with at least one paper web being embossed with protrusions that protrude beyond the paper webs and are each delimited by a closed peripheral line in the plane of the paper web. At least one of the paper webs thus forms an "embossing web" provided with embossments, while at least one other paper web may form a smooth "carrier web".
  • the embossments in the first paper web can, for example, have a diameter of about 10 mm and a height of about 3 to 4 mm.
  • a connection of paper fibers of the first paper web with paper fibers of the second paper web or the fact that paper fibers of the first paper web connect or are connected with paper fibers of the second paper web is understood according to the invention as a mechanical connection of the paper fibers to one another that occurs when the paper webs are pressed together.
  • the paper fibers of the first paper web "catch" with one another with paper fibers of the second paper web and thus form a mechanical connection between the paper webs.
  • the paper webs consist exclusively of paper on their mutually facing surfaces and are free of adhesive and connecting synthetic additional material, in particular free of plastic film, preferably pressed together after preconditioning of the paper webs in such a way that in connecting sections between the forms paper fibers of the first paper webs with paper fibers of the second Paper web are connected and the paper webs limit closed cavities in the area of the forms.
  • a closed cavity is understood to mean a geometrically closed cavity, regardless of whether and to what extent the cavity is gas-tight.
  • the basic structure of the packaging material according to the invention is similar to that of conventional plastic bubble wrap, but in contrast to the latter it consists entirely of paper.
  • the packaging material according to the invention can easily be completely recycled in terms of material.
  • the packaging material according to the invention thus relieves the burden on the environment to a considerable extent. In view of the amounts of air cushion material and similar packaging material used worldwide, this relief weighs heavily, so that the invention has great social benefits.
  • the invention avoids large amounts of plastic waste, which would otherwise have to be disposed of and which experience has shown would enter the environment, in particular the sea, to a considerable extent.
  • the packaging material according to the invention has a cushioning effect comparable to that of conventional plastic air cushion material, although the closed cavities formed in the embossments in the packaging material according to the invention are not gas-tight, in contrast to the air bubbles in conventional plastic air cushion material.
  • the webs are sufficiently firmly connected to one another by pressing, without the need for adhesive, other synthetic connecting means, plastic film or mechanical connecting means.
  • the webs are connected to one another exclusively by the connection of the paper fibers of the webs that occurs after preconditioning during pressing.
  • At least one paper web can be preconditioned by means of a preconditioning device in any suitable manner, in particular by introducing moisture and heat into the relevant web.
  • a preconditioning device is designed and set up for introducing or applying a preconditioning liquid, which is preferably water or contains it, in or on at least one of the paper webs.
  • a preconditioning liquid can be introduced into or applied to a paper web in any suitable manner, for example by drawing the relevant paper web through a bath of the preconditioning liquid, for example a water bath.
  • a preconditioning device is designed and set up for spraying, nebulizing or evaporating a preconditioning liquid in such a way that the preconditioning liquid is sprayed, nebulised or vaporised onto the associated paper web.
  • At least one preconditioning device in particular a preconditioning device assigned to the first paper web, is designed and set up for steaming the assigned paper web with steam.
  • the use of water vapor at a temperature of, for example, 100° C. to about 150° C. enables a particularly effective preconditioning of the web in question, in that moisture and heat are introduced into the web at the same time.
  • the webs can be preconditioned in an identical or similar manner.
  • An advantageous development of the invention provides that each of the paper webs is assigned a separate preconditioning device for separate, in particular different, preconditioning of the paper webs. The use of separate preconditioning devices makes it possible to customize the preconditioning of the webs.
  • a development of the invention provides that a first preconditioning device is assigned to the first paper web and is arranged on the feed path of the first paper web to the embossing area, and a second preconditioning device is assigned to the second paper web and is arranged on the feed path of the second paper web to the pressing area .
  • At least one preconditioning device in particular the preconditioning device assigned to the second paper web, is designed and set up for introducing or applying a preconditioning liquid, preferably water, which contains cellulose fibers or cellulose particles, the cellulose fibers or Cellulose particles, preferably microcellulose and/or nanocellulose, in particular cellulose microfibers (CMF) and/or cellulose nanofibers (CNF), are or contain.
  • a preconditioning liquid preferably water
  • CMF cellulose microfibers
  • CNF cellulose nanofibers
  • embossing of the "embossing web” can be done in different ways according to the respective requirements and circumstances.
  • An advantageous further development of the invention provides that in the embossing area as an embossing device a roller arrangement is arranged with an embossing roller which is rotatably mounted about an embossing roller axis of rotation and has embossing projections on its peripheral surface for forming the embossments in the first paper web, the embossing roller being in engagement with a counter-roller which is rotatably mounted about an axis of rotation parallel to the embossing roller axis of rotation and has embossing recesses on its peripheral surface, which are designed to complement the embossing projections of the embossing roller.
  • a complementary design of the embossing recesses in the counter-roller to the embossing projections in the embossing web means that when an embossing projection engages in an embossing recess, a gap remains whose gap width corresponds to the resulting thickness of the paper of the embossed paper web in the area of the embossing.
  • Shape, geometry and number of embossing projections can be selected within wide limits according to the respective requirements and circumstances.
  • a press roller which is mounted rotatably about an axis of rotation of the press roller, is arranged in the pressing area as a pressing device, which press roller cooperates with a counter-roller for pressing the first paper web with the second paper web, the axis of rotation of which is parallel to the axis of rotation of the press roller and spaced at such a distance that between the press roll and the counter-roll a press nip is formed for pressing the first paper web with the second paper web in the connecting portions of the paper webs remote from the embossments.
  • the webs are pressed together in a continuous process, so that the packaging material according to the invention can be produced overall in a continuous process.
  • the contact pressure or the driving force with which the press roller is pressed against the counter-roller during operation of the device to form the press roller gap, in which the paper webs to be pressed together are located during operation of the device depends on the respective requirements and Conditions can be selected and preferably adjusted within wide limits.
  • the embossing area can be realized in an embossing station and the pressing area in a pressing station spaced apart from the embossing area in the feed direction of the paper webs.
  • An extraordinarily advantageous development of the invention provides that the counter-roller of the embossing roller and the counter-roller of the press roller are formed by a common counter-roller, such that the roller arrangement has three rollers that are operatively engaged with one another.
  • the roller arrangement consisting of the embossing roller, the counter-roller and the press roller forms a combined embossing/pressing station of the device.
  • the roller arrangement is designed in the manner of a calender, with the roller arrangement according to the invention differing from an L-calender in that in the simplest case it has only three rollers, namely the embossing roller, the counter-roller and the press roller, and accordingly the Calender existing fourth in the conveying direction last roll is not required.
  • a particular advantage of this embodiment is that the embossments formed by the embossing roller in the "embossing web" remain in the recesses of the backing roll until the webs are pressed together in the press nip between the backing roll and the press roll.
  • the axis of rotation of the counter-roller is expediently arranged on a straight connecting line between the axis of rotation of the embossing roller and the axis of rotation of the pressing roller, as provided for in an advantageous further development of the invention.
  • the press roll is assigned a preferably motor-driven adjusting device for adjusting the gap width of the press roll gap along a linear axis running radially to the press roll axis of rotation.
  • This embodiment also makes it possible to bring the press roller completely out of engagement with the counter-roller if packaging material that consists exclusively of the "embossing web" is to be produced with the device according to the invention.
  • the adjustment device can in particular be an electromotive adjustment device that can be controlled by a control device.
  • the embossing roller and/or the counter roller and/or the press roller are assigned a heating device for heating the respective roller for preferably separately adjusting the temperature of the rollers.
  • a heating device for heating the respective roller for preferably separately adjusting the temperature of the rollers.
  • a temperature sensor for detecting the temperature of the respective roll is preferably assigned to the embossing roll and/or the counter roll and/or the press roll.
  • drying means for drying the in the pressing area paper webs pressed together are arranged.
  • drying has the effect of increasing the strength of the connection between the paper webs.
  • the drying means have at least two drying devices spaced apart from one another in the feed direction and/or that at least one drying device is designed as an infrared radiation drying device and at least one drying device is designed as a hot air drying device. At least one warm air drying device is preferably arranged downstream of at least one infrared radiation drying device in the feed direction of the paper webs.
  • the press roller consists of an elastically yielding material, in particular silicone, at least on its peripheral surface.
  • the disclosure content of the present application and subject matter of the invention also includes, according to claim 9, a method for producing packaging material from paper, wherein at least one first paper web and at least one second paper web are fed to an embossing area and a press area downstream of the embossing area in the feed direction of the paper webs, wherein in the embossing area, an embossing device is used to emboss embossments from the first paper web, which protrude beyond the first paper web and are each delimited by a closed peripheral line in the paper web plane of the first paper web, with the paper webs being free of adhesive and connecting synthetic material in the pressing area by means of a pressing device Additional material, in particular free of plastic film, are pressed together in such a way that paper fibers of the first paper web with paper fibers of the second paper are in connecting sections between the forms Connect the web and the paper webs in the area of the embossments limit closed cavities, the first paper web and/or the second paper web being preconditioned in the pressing area in
  • the method according to the invention can be carried out in particular using a device according to the invention.
  • the disclosure content of the present application and subject matter of the invention also includes a packaging material made of paper, with a first paper web and with a second paper web, with at least one paper web being embossed with features that protrude beyond the paper web and in the paper web plane from one closed peripheral line, the paper webs consisting exclusively of paper on their mutually facing surfaces and free of adhesive and connecting synthetic additional material, in particular free of plastic film, preferably after preconditioning of the paper webs, are pressed together in such a way that in Connection sections of the paper webs between the forms of paper fibers of the first paper web are connected to paper fibers of the second paper web and the paper webs in the area of the forms limit closed cavities.
  • an expression within the meaning of the invention is understood to mean an embossing in a paper web that protrudes beyond the plane of the paper web.
  • the packaging material according to the invention consists of an "embossing web” provided with embossing and a smooth “carrier web”, then the embossings protruding beyond the plane of the paper web together with the "carrier web” delimit cavities, so that the packaging material according to the invention is designed in the manner of bubble wrap.
  • An expression can be formed in particular in the form of nubs, as is known from plastic bubble wrap.
  • the shape and size of the features that are embossed from the first paper web can be selected within wide limits.
  • An advantageous further development of the invention provides that the perimeter line delimiting an expression in each case is circular or approximately circular in such a way that the expressions are formed in the manner of a spherical surface.
  • a corresponding shape of the embossments is advantageous on the one hand in terms of the desired cushioning effect of the packaging material and on the other hand with regard to production.
  • the packaging material according to the invention can be provided for the packaging of objects sensitive to breakage or pressure in a variety of ways, for example and in particular in the form of web material which can be cut by the user according to the size of the object to be packed.
  • the packaging material according to the invention can also be provided in the form of prefabricated blanks.
  • the packaging material according to the invention can also be designed as a shipping box or in the manner of an air cushion envelope or form part of corresponding packaging means.
  • the packaging material according to the invention can consist of more than two paper webs.
  • the packaging material according to the invention can consist of an “embossed web” provided with embossing and a smooth “carrier web”.
  • An alternative embodiment of the invention provides that both paper webs are embossed and that the paper webs are connected to one another in such a way that embossments in one paper web are arranged opposite corresponding embossments in the other paper web.
  • the embossments in one paper web together with the embossments in the other paper web delimit the cavities of the packaging material according to the invention.
  • embossments form a regular pattern, in particular are arranged in rows and/or columns.
  • any suitable paper can be used as the starting material for the packaging material according to the invention.
  • a particularly advantageous development of the invention provides that the paper webs consist of recycled paper or contain recycled paper. This embodiment is particularly environmentally friendly because the use of fresh paper, the production of which involves a high expenditure of energy, is completely or at least partially avoided.
  • the connecting sections between the embossments are web-like.
  • Another advantageous development of the invention provides that the paper webs are couched together at least in sections in the connecting sections.
  • a first paper web 6 and a second paper web 8 which are also referred to as “webs” for short below, are fed from storage rolls 2, 4 to a roller arrangement 10 via deflections.
  • the first paper web forms an "embossing web” from which embossings 11 are embossed by means of the roller arrangement 10, while the second paper web forms a smooth "carrier web” which carries the embossing web in the finished packaging material and for this purpose by means of the roller arrangement 10 with the “embossing web” is pressed.
  • the "embossing web” is preconditioned in the feed direction in front of the roller arrangement 10 at the reference number 12 by steaming with steam for the embossing.
  • steam for the embossing.
  • steam with a temperature between 100 °C and about 150 °C can be used.
  • the paper webs 6, 8 are made of recycled paper. According to the invention, however, the paper webs 6, 8 can also consist of any other suitable paper, depending on the respective requirements and circumstances.
  • the "carrier web” is preconditioned in the feed direction before the roller arrangement 10 at the reference number 14 by spraying with a liquid containing cellulose fibers or particles, in particular nanocellulose, preferably in the form of cellulose nanofibers (CNF).
  • a liquid containing cellulose fibers or particles in particular nanocellulose, preferably in the form of cellulose nanofibers (CNF).
  • the roller arrangement 10 has an embossing roller (positive roller) 16 which is in engagement with a counter roller (negative roller) 18 .
  • the paper web 6 is embossed between the rollers 16, 18 to form the embossments.
  • the embossing roller 16, the counter-roller 18 and a press roller are also called “rollers” for short below
  • the press roller 20 is in engagement with the counter roller 18, the paper webs 6, 8 being pressed together between the counter roller 18 and the press roller 20 free of adhesive and connecting synthetic additional material, in particular free of plastic film.
  • the paper webs 6, 8 pressed together, which form the packaging material according to the invention in the manner of air cushion film, are fed to a store 22 in the form of a storage roll for the finished air cushion film-like packaging material consisting exclusively of paper, with a multi-stage drying device with three dryers 24, 26 and 28 is arranged.
  • the dryer 24 is an IR radiator, while the dryers 26 and 28 are hot-air dryers.
  • the structure of the facility is as follows:
  • the device has means for feeding at least the first paper web 6 and the second paper web 8 to an embossing area 30 and a pressing area 32 downstream of the embossing area 30 in the feed direction of the paper webs.
  • the feed direction or conveying direction of the paper webs 6, 8 or with each other pressed paper webs 6, 8 is in 1 indicated by arrows 34, 36, 38 and 40.
  • An embossing device 31 for embossing the first paper web is arranged in the embossing area 30 in such a way that embossments 11 are embossed from the first paper web 6, which protrude beyond the first paper web 6 and are each delimited by a closed peripheral line in the paper web plane of the first paper web 6.
  • the closed perimeter is circular or approximately circular.
  • a pressing device 33 is arranged in the pressing area 32 for pressing the paper webs 6, 8 together in such a way and free of adhesive and connecting synthetic additional material, in particular free of plastic film, that in connecting sections between the embossments paper fibers of the first paper web 6 with paper fibers of the second paper web 8 connect and the paper webs 6, 8 delimit closed cavities in the area of the expressions.
  • Preconditioning means with at least one preconditioning device for preconditioning the first paper web 6 and/or the second paper web 8 are arranged in front of the embossing area 30 and/or the pressing area 32 in the feed direction.
  • At least one preconditioning device is designed for introducing or applying a liquid, in particular a preconditioning liquid consisting of water or containing water, in or on at least one of the paper webs 6, 8.
  • a liquid in particular a preconditioning liquid consisting of water or containing water
  • reference numeral 12 designates a preconditioning device for on-or off. Entry of water in the form of steam onto or into the first paper web 6 in order to precondition it for embossing in the embossing area 30 .
  • At least one preconditioning device for spraying, nebulizing or evaporating a preconditioning liquid is designed and set up in such a way that the preconditioning liquid is sprayed, nebulized or vaporised onto the associated paper web.
  • each of the paper webs 6, 8 is a separate preconditioning device for separate, in the illustrated Embodiment different preconditioning of the paper webs 6, 8 assigned.
  • the first paper web 6 is assigned the first preconditioning device 12 and is arranged on the feed path of the first paper web to the embossing area 30 and the second paper web 8 is assigned a second preconditioning device 14 and is arranged on the feed path of the second paper web 8 to the pressing area.
  • the first preconditioning device 12 associated with the first paper web 6 is designed in the exemplary embodiment shown for steaming the first paper web with steam at a temperature between 100° C. and approximately 150° C.
  • the second preconditioning device 14 assigned to the second paper web is designed and set up for applying or introducing a preconditioning liquid into or onto the second paper web 8, the preconditioning liquid in the exemplary embodiment shown being water containing cellulose fibers or cellulose particles, the cellulose fibers or cellulose particles preferably microcellulose and/or nanocellulose, in particular cellulose microfibers (CMF) and/or cellulose nanofibers (CNF), are or contain.
  • the content of cellulose fibers in the preconditioning liquid is selected in such a way that it can be sprayed and is sprayed onto the second paper web 8 .
  • embossing area 30 there is a roller arrangement 10 with an embossing roller 16 which is rotatably mounted about an embossing roller axis of rotation 15 and has embossing projections on its peripheral surface for forming the embossments 11 in the first paper web 6, the embossing roller 16 being in engagement with a counter-roller 18 which is rotatably mounted about an axis of rotation 19 parallel to the axis of rotation of the embossing roller and has embossing recesses on its peripheral surface which are designed to complement the embossing projections of the embossing roller 16 .
  • a press roller 20 which is mounted so that it can rotate about a press roller axis of rotation 21 and which, in order to press the first paper web 6 with the second paper web 8, interacts with a counter-roller 18, the axis of rotation of which is parallel to the press roller axis of rotation and spaced apart in such a way that between the press roller 20 and the backing roll 18 a press nip is formed for pressing the first paper web 6 with the second paper web 8 away from the embossments 11 in the first paper web 6.
  • the press roller 20 has a smooth peripheral surface and consists of an elastically yielding material on its peripheral surface, in the exemplary embodiment shown silicone.
  • the counter-roller of the embossing roller 16 and the counter-roller of the press roller 20 are formed by a common counter-roller, namely the counter-roller 18, such that the roller arrangement 10 has three rollers 16, 18, 20 that are operatively connected or operatively engaged with one another.
  • the embossing roller 16 forms the embossing device 31 with the counter-roller 18
  • the pressing roller 20 forms the pressing device 33 with the counter-roller 18 .
  • the backing roll 18 and the press roll 20 directly, i. H. are in press engagement with one another without the interposition of conveying sections for the first paper web 6 embossed by means of the embossing roller 16 .
  • the paper webs 6 , 8 are pressed together while the embossments 11 embossed from the first paper web by means of the embossing roller 16 are still located in the embossing recesses of the counter roller 18 .
  • the roller arrangement 10 consisting of the rollers 16, 18 and 20 forms a combined embossing and pressing station.
  • the axis of rotation 19 of the counter-roller 18 is arranged on a connecting line between the axis of rotation of the embossing roller 15 and the axis of rotation of the press roller 21 .
  • the press roller 20 is assigned a preferably motor-driven adjusting device for setting the gap width of the press roller gap along a linear axis running radially to the press roller axis of rotation 21 in the exemplary embodiment.
  • the adjusting device also makes it possible to disengage the press roller 20 from the counter-roller 18 if a packaging material is to be produced which consists exclusively of a single web provided with embossments, i.e. exclusively an "embossing web" without a "carrier web".
  • the embossing roller 16 and/or the counter-roller 18 and/or the press roller 20 is assigned a heating device for heating the respective roller.
  • each of the rollers 16, 18, 20 is assigned a separate heating device, so that the temperature for each of the rollers 16, 18, 20 can be set separately.
  • a temperature sensor for detecting the temperature of the respective roller 16 or 18 or 20 is preferably assigned to the embossing roller 16 and/or the counter roller 18 and/or the press roller 20 . It is advantageous here if both the heating device, for example in the form of at least one electric heating element, and the temperature sensor are integrated in the respective roller 16 or 18 or 20, as is the case in the exemplary embodiment shown. In this way, the structure of the device according to the invention is simplified.
  • drying means for drying the paper webs 6, 8 pressed together in the pressing area 32 are arranged in the feed direction between the pressing area 32 and a store in the form of a storage roll 22 for the finished packaging material.
  • the drying means have at least two drying devices spaced apart from one another in the feed direction or conveying direction, with at least one drying device being designed as an infrared radiation drying device and at least one drying device as a warm air drying device.
  • a drying device 24 immediately downstream of the pressing area 32 is designed as an infrared radiation drying device, while two of the drying devices 24 downstream in the feed direction or conveying direction drying devices 26, 28 can be designed as hot-air drying devices.
  • the web tension of the individual paper webs 6 and 8 and/or the paper webs pressed together is monitored by suitable sensors according to the respective requirements and circumstances. This is explained further below with the help of 9 explained in more detail.
  • Rollers 16, 18 and 20 can be made of any suitable material.
  • the peripheral surfaces of the rollers 16, 18 and 20 from consist of a different material than the respective roller body or be coated with a different material.
  • the pressing roller 20 can consist of an elastically flexible material, in particular silicone, at least on its peripheral surface, as is the case in the exemplary embodiment shown.
  • the embossing roller 16 and the counter-roller 18 can consist of a dimensionally stable material, for example metal, at least on their peripheral surface.
  • rollers 16, 18 and 20 can each be driven in rotation independently of one another by means of a separate rotary drive device.
  • the control of the rotary drive devices assigned to the rollers 16 or 18 or 20 and the storage rollers 2 or 4 or 22 is explained below with reference to FIG 11 explained in more detail.
  • FIG. 2 shows the embodiment according to FIG. 1 in a schematic side view 1
  • 3 shows the embodiment in a schematic perspective view.
  • the device includes a frame 46 on which its various assemblies and components are mounted.
  • the first preconditioning device 12 has a housing 48 . Excess water that remains after the first paper web 6 has been steamed with water is collected in the housing 48 or sucked off as water vapor and can be drained off and then reused or disposed of. Since the excess water is free of chemical additives, it can be disposed of in the sewage system without polluting the environment.
  • the second preconditioning device 14 has a housing 50 . Excess preconditioning liquid that remains after the second paper web 8 has been preconditioned is collected in the housing 50 and can be drained off and then reused or disposed of. Since the preconditioning liquid in the exemplary embodiment shown consists exclusively of water with added cellulose nanofibers and is therefore free of chemical additives, it can also be disposed of in the sewage system without polluting the environment.
  • the reference number 52 is in 2 and 3 designates a housing in which the roller assembly 10 is accommodated.
  • Numerals 54 and 56 designate casings in which the warm air drying devices 26 and 28 are accommodated, respectively.
  • liquid which consists of water in the illustrated embodiment, can escape from the housings 54, 56, which for this purpose at their front and rear in the feed direction End are open.
  • the resulting liquid can also be disposed of to the sewer without polluting the environment.
  • the reference numeral 58 designates a web tension sensor arranged in the feed direction between the storage roll 2 and the first preconditioning device 12 for sensing or measuring the web tension of the first paper web 6.
  • the structure of the web tension sensor 58 is explained below with reference to FIG 10 explained in more detail.
  • a web tension sensor is assigned to the second paper web and is denoted by reference number 60 .
  • the web tension sensor 60 is constructed in a manner corresponding to the web tension sensor 58 and is therefore not explained in more detail.
  • All system parameters of the device or system in particular the feeding speed or conveying speed of the paper webs, the web tension, the speed and temperature of the rollers 16, 18 and 20 and the operating parameters of the preconditioning devices 12, 14 and the drying devices 24, 26 and 28 are controlled by a controlled by a central system controller, which is further explained below on the basis of 11 is explained in more detail.
  • figure 5 shows the roller assembly 10 in a perspective view.
  • FIG. 6 shows a radial sectional view of the roller assembly 10 along a line AA in 4 .
  • FIG. 7 shows the embossing roller 16 in a perspective view, provided on the peripheral surface of the embossing roller 16 and protruding beyond the peripheral surface Embossing projections are recognizable, of which Fig. 7 only one embossing projection is provided with the reference number 42 .
  • the embossing projections 42 are designed in the manner of spheres or spherical surfaces.
  • successive rows of embossing projections 42 are arranged in the circumferential direction of the embossing roller 16 on its circumferential surface, successive rows in the circumferential direction being arranged in relation to one another such that the embossing projections are arranged “staggered”. Shape, geometry and number of embossing projections can be selected within wide limits according to the respective requirements and circumstances.
  • FIG. 8 shows the counter-roller 18 in a perspective view, wherein the embossed recesses 44 of the counter-roller 18 can be seen.
  • the press roller 20 has a smooth peripheral surface.
  • the web tension sensor 58 has three rotatably mounted, non-driven deflection rollers 62, 64, 66, the axes of rotation of which are 68, 70, and 72 in 10 run into the plane of the drawing and are arranged on the corner points of a triangle.
  • the deflection rollers 62 and 66 are fixedly mounted, while the deflection roller 64 is movably mounted along a linear measurement axis 74 in the direction of a double arrow 76 .
  • the deflection roller 64 can be moved by spring means into an in 9 be biased exemplary shown starting position. If, starting from this initial position, the web tension of the first paper web 6 increases, the deflection roller 64 moves in 9 up. This movement can be detected via a force transducer, for example using strain gauges, or in some other way and fed as a sensor output signal from the web tension sensor 58 to a central controller of the device, which is explained in more detail below.
  • the control device 78 can be configured in a variety of ways by a combination of hardware and software in accordance with the respective requirements and circumstances be, for example and in particular as a programmable logic controller (PLC).
  • PLC programmable logic controller
  • the storage rolls 2, 4 for the webs 6, 8 and the storage roll 22 for the finished packaging material are each assigned a rotary drive device 80, 82, or 84 that can be controlled by the control device 78.
  • the control device 78 regulates the speed of the rotary drive devices 80, 82, 84 in such a way that the desired web tension of the paper webs 6, 8 is set.
  • the web tension sensors 58, 60 are in signal transmission connection with the control device 78.
  • the rollers 16, 18, 20 are each assigned a rotary drive device 86, 88, or 90 that can be controlled by the control device 78.
  • the control device 78 regulates the speed of the rotary drive devices 86, 88, 90 so that the rollers 16, 18, 20 for embossing the first web 6 in the embossing area 30 and for pressing the webs 6, 8 in the pressing area 32 are synchronous to run.
  • a heating device 92 or 94 or 96 is assigned to them, which is preferably integrated in the respective roller 16 or 18 or 20 and, for example and in particular, by at least one in the respective roller 16 or 18 or 20 integrated electric heating element can be formed.
  • a temperature measuring device 98, 100, 102 is assigned to each of the rollers 16, 18, 20 to record the temperature, which is preferably also integrated in the respective roller 16 or 18 or 20, for example in the form of a temperature sensor.
  • the temperature measuring devices 98, 100, 102 are in signal transmission connection with the control device 78.
  • the control device 78 regulates the temperature of the rollers 16, 18, 20 by correspondingly controlling the heating devices 92, 94, 96.
  • the temperature can be regulated in this way in particular that the temperature of the embossing roll 16 is higher than the temperature of the backing roll 18 and the temperature of the backing roll 18 is higher than the temperature of the nip roll 20, so that there is a temperature gradient from the embossing roll 16 to the nip roll 20.
  • Reference numeral 104 designates in 10 a motorized adjusting device for adjusting the gap width of the press nip along a linear axis running radially to the axis of rotation 21 of the press roller.
  • the motorized adjustment device can also be controlled by the control device 78, for example to adapt the gap width of the press nip to paper webs of different thicknesses or to disengage the press roller 20 from the counter-roller 18 if the device is to be used to produce packaging material that consists exclusively of a single Characteristics provided "embossing web" without “carrier web” consists.
  • a packaging material according to the invention is produced in the manner of a bubble wrap.
  • a blank 106 of a corresponding air-cushion film-like packaging material is shown as an example, it being evident that the packaging material is provided with nub-like expressions 11 in a grid-like manner.
  • the structural composition of the packaging material according to the invention is similar to a conventional plastic air cushion film, but differs from this in that it consists exclusively of paper or cellulose.
  • embossments 11 in the paper web plane of the "embossing web" 6 are each delimited by a closed peripheral line, which is circular or approximately circular in the illustrated embodiment.
  • paper webs 6 , 8 can in particular consist of the same type of paper. However, according to the invention it is also possible to use different types of paper for the paper webs 6 , 8 .
  • a second embodiment of a device according to the invention is shown, which differs from the first embodiment primarily in that the pressing area 32 of the device is spaced apart from the embossing area 30 in the feed direction or conveying direction of the webs 6, 8. Due to the spatial distance between the pressing area 32 and the embossing area 30, the embossing roller 16 and the pressing roller 18 do not have a common counter-roller in this exemplary embodiment. Rather, the embossing roller 16 is assigned the counter-roller 18 and the press roller 20 is assigned a separate counter-roller 114 .
  • the rollers 16, 18, 20 of the roller arrangement 10 form a combined embossing and pressing station
  • the second exemplary embodiment has an embossing station (embossing roller 16/counter roller 18) spatially separated from one another and a press station (press roller 20/counter roller) that is spaced apart from the feed direction or conveying direction 114).

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Abstract

Einrichtung und Verfahren zur Herstellung von Verpackungsmaterial aus zwei Papierbahnen, wobei aus wenigstens einer der Papierbahnen (6) Ausprägungen (11) herausgeprägt sind, die über die Papierbahn (6) hervorstehen und in der Papierbahnebene jeweils von einer geschlossenen Umfangslinie begrenzt sind, und die Papierbahnen (6, 8) an ihren einander zugewandten Flächen ausschließlich aus Papier bestehen und frei von Klebstoff und verbindendem synthetischem Zusatzmaterial, insbesondere frei von Kunststofffolie, vorzugsweise nach Vorkonditionierung der Papierbahnen (6, 8), derart miteinander verpresst sind, dass in Verbindungsabschnitten (110, 112) zwischen den Ausprägungen (11) Papierfasern der einen Papierbahn (6) mit Papierfasern der anderen Papierbahn (8) verbunden sind und die Papierbahnen (6, 8) im Bereich der Ausprägungen (11) geschlossene Hohlräume (108) begrenzen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Herstellung von Verpackungsmaterial aus Papier.
  • Zum Schutz von zerbrechlichen oder druckempfindlichen Gegenständen beim Versand wird häufig Luftpolsterfolie aus Kunststoff verwendet, die beispielsweise aus Polyethylen hergestellt wird und zur Erzielung einer Polsterwirkung eine Vielzahl von entlang eines regelmäßigen Musters angeordnete blasenartige Lufteinschlüsse aufweist. Wegen der noppenartigen Ausgestaltung der Lufteinschlüsse wird Luftpolsterfolie häufig auch als Noppenfolie bezeichnet
  • Entsprechende Luftpolsterfolie aus Kunststoff ist zwar grundsätzlich wiederverwendbar. In der Praxis scheitert eine Wiederverwendung bereits daran, dass es an einem System mangelt, dass das Verpackungsmaterial einsammelt und einer gezielten Wiederverwendung zuführt.
  • Auch wenn Luftpolsterfolie beispielsweise aus Polyethylen technisch recycelbar ist, stehen einem Recycling in der Praxis ein relativ hoher Aufwand und damit entsprechend hohe Kosten entgegen. Dies hat zur Folge, dass Luftpolsterfolie häufig nach einmaligem Gebrauch entsorgt wird. Da Luftpolsterfolie beispielsweise aus Polyethylen nicht biologisch abbaubar ist, führt dies zu einer substantiellen Belastung der Umwelt. Unter anderem durch Luftpolsterfolie verursachter Plastikmüll wird häufig einer sogenannten thermischen Verwertung zugeführt und verbrannt.
  • Soweit die Luftpolsterfolie im Rahmen eines Kreislaufsystems gesammelt wird, zeigt die Praxis, dass dadurch eine Umweltbelastung nicht verhindert wird. Vielmehr gelangt Kunststoff auch aus entsprechenden Kreislaufsystemen häufig in die Umwelt, insbesondere ins Meer. Soweit der Kunststoff nicht zersetzt wird, belastet er die Ökosysteme und stellt beispielsweise für Meerestiere eine Gefahr dar. Soweit der Kunststoff im Laufe der Zeit zerkleinert oder zersetzt wird, beispielsweise durch mechanische Einflüsse und UV-Strahlung, entstehen Kunststoffpartikel, insbesondere in Form von Mikroplastik, die in der Umwelt verbleiben oder von Lebewesen mit der Nahrung aufgenommen werden.
  • Die Belastung der Umwelt durch Kunststoff wird dadurch verschärft, dass die Mengen an Plastikmüll aus Verpackungsmaterial durch stetig wachsende Mengen an Paketen und Postsendungen stetig ansteigen.
  • Durch DE 604 412 A ist ein Verpackungsmaterial in Form eines aus mehreren Papierlagen bestehenden Polsterkissens für druckempfindliche Gegenstände bekannt, bei denen wenigstens eine Papierbahn kugel- oder waffelförmige Prägungen aufweist und die Papierbahnen miteinander verklebt sind.
  • DE 1 156 701A zeigt und beschreibt eine Weiterbildung des aus der vorgenannten Druckschrift bekannten Verpackungsmaterials, wobei die Außenflächen des Verpackungsmaterials mit geprägter Zellstoffwatte beklebt sind. Ein ähnliches Verpackungsmaterial ist auch durch GB 893 060 A bekannt
  • Durch DE 10 2006 000 006 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer mehrlagigen Faserstoffbahn bekannt.
  • Durch DE 622 340 A ist ein Verpackungsmaterial bekannt, bei dem mehrere Lagen des aus der DE 604 412 A bekannten Polstermaterials übereinanderliegend miteinander verklebt sind.
  • Die WO 2020/227649 A1 zeigt und beschreibt einen mehrschichtigen Aufbau für eine gepolsterte Versandverpackung mit wellenförmig geprägtem Papier.
  • DE 69 731 A zeigt und beschreibt die Herstellung von Wellpappe.
  • Durch US 2020/01 80255 A ist ein Verpackungsmaterial bekannt, dessen Oberfläche zur Erzielung einer Polsterungswirkung mittels einer speziellen Vorrichtung abschnittsweise willkürlich verknittert wird.
  • EP 0 523 382 B1 zeigt und beschreibt eine Vorrichtung zur Herstellung eines mehrlagigen Verpackungsmaterials. Das Verpackungsmaterial besteht aus drei übereinander angeordneten, mit Prägungen versehenen Bahnen.
  • EP 2 792 478 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Herstellung von Wellpappe, wobei eine gewellte Zwischenbahn mit zwei glatten Trägerbahnen verklebt wird.
  • Durch US 2018/0086021 A1 ist ein Verpackungsmaterial bekannt, das aus zwei übereinandergelegten, im Querschnitt wellenartigen Bahnen besteht, von denen eine innere Bahn formstabil und eine äußere Bahn flexibel ist.
  • Durch DE 1 15 6 701 B ist ein aus mehreren geprägten Papierlagen bestehendes sogenanntes Polsterpapier bekannt, wobei die Papierlagen übereinander angeordnet und durch Klebestellen oder Riffelungen miteinander verbunden sind.
  • EP 0 650 827 B1 zeigt und beschreibt ein wellpappenartiges Verpackungsmaterial, bei dem eine im Querschnitt wellenförmige Bahn zwischen zwei glatten Bahnen angeordnet ist und die Bahnen durch Stanzungen miteinander verbunden sind.
  • Durch EP 1 853 419 B1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von mehrlagigem Tissue-Papier bekannt.
  • EP 3 683 357 B1 offenbart ein mehrlagiges Papier, das Altpapier- und Grasfasern enthält.
  • Die nachveröffentlichte Druckschrift WO 2021/046395 A1 offenbart ein aus mehreren Papierbahnen bestehendes Verpackungsmaterial nach Art einer Luftpolsterfolie, wobei die Papierbahnen durch Klebstoff, Befestigungselemente wie Klammern oder Falten der Ränder miteinander verbunden sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber den bekannten Verpackungsmaterialien verbessertes Verpackungsmaterial bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
  • Eine erfindungsgemäße Einrichtung gemäß Anspruch 1 zur Herstellung von Verpackungsmaterial aus Papier weist Mittel zur Zuführung wenigstens einer ersten Papierbahn und einer zweiten Papierbahn zu einem Prägebereich der Einrichtung und einem in Zuführrichtung der Papierbahnen dem Prägebereich nachgeordneten Pressbereich der Einrichtung auf. In dem Prägebereich ist eine Prägevorrichtung zum Prägen der ersten Papierbahn angeordnet, wobei die Prägevorrichtung derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass aus der ersten Papierbahn Ausprägungen herausgeprägt werden, die über die erste Papierbahn hervorstehen und in der Papierbahnebene der ersten Papierbahn jeweils von einer geschlossenen Umfangslinie begrenzt sind.
  • In dem Pressbereich ist eine Pressvorrichtung zum Verpressen der Papierbahnen frei von Klebstoff und verbindendem synthetischem Zusatzmaterial, insbesondere frei von Kunststofffolie, angeordnet, wobei die Pressvorrichtung derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sich in Verbindungsabschnitten zwischen den Ausprägungen Papierfasern der ersten Papierbahn mit Papierfasern der zweiten Papierbahn verbinden und die Papierbahnen im Bereich der Ausprägungen geschlossene Hohlräume begrenzen, wobei in Zuführrichtung vor dem Prägebereich und/oder dem Pressbereich Vorkonditionierungsmittel mit wenigstens einer Vorkonditionierungsvorrichtung zur Vorkonditionierung der ersten Papierbahn und/oder der zweiten Papierbahn für das Prägen der ersten Papierbahn bzw. Verpressen der Papierbahnen miteinander angeordnet sind.
  • Die Erfindung stellt ein Verpackungsmaterial aus Papier nach Art einer Luftpolsterfolie bereit, das eine erste Papierbahn und eine zweite Papierbahn aufweist, wobei aus wenigstens einer Papierbahn Ausprägungen herausgeprägt sind, die über die Papierbahnen hervorstehen und in der Papierbahnebene jeweils von einer geschlossenen Umfangslinie begrenzt sind. Wenigstens eine der Papierbahnen bildet damit eine mit Ausprägungen versehene "Prägebahn", während wenigstens eine andere Papierbahn eine glatte "Trägerbahn" bilden kann. Die Ausprägungen in der ersten Papierbahn können beispielsweise einen Durchmesser von etwa 10 mm und eine Höhe von etwa 3 bis 4 mm haben.
  • Unter einer Verbindung von Papierfasern der ersten Papierbahn mit Papierfasern der zweiten Papierbahn bzw. darunter, dass sich Papierfasern der ersten Papierbahn mit Papierfasern der zweiten Papierbahn verbinden bzw. verbunden sind, wird erfindungsgemäß eine beim Verpressen der Papierbahnen miteinander entstehende mechanische Verbindung der Papierfasern miteinander verstanden. Beim Verpressen der Papierbahnen miteinander "verhaken" Papierfasern der ersten Papierbahn sich mit Papierfasern der zweiten Papierbahn und bilden so eine mechanische Verbindung der Papierbahnen miteinander.
  • Erfindungsgemäß bestehen die Papierbahnen an ihren einander zugewandten Flächen ausschließlich aus Papier und sind frei von Klebstoff und verbindendem synthetischem Zusatzmaterial, insbesondere frei von Kunststofffolie, vorzugsweise nach Vorkonditionierung der Papierbahnen derart miteinander verpresst, dass in Verbindungsabschnitten zwischen den Ausprägungen Papierfasern der ersten Papierbahnen mit Papierfasern der zweiten Papierbahn verbunden sind und die Papierbahnen im Bereich der Ausprägungen geschlossene Hohlräume begrenzen. Unter einem geschlossenen Hohlraum wird erfindungsgemäß ein geometrisch geschlossener Hohlraum verstanden, unabhängig davon, ob und in welchem Maße der Hohlraum gasdicht ist.
  • Das erfindungsgemäße Verpackungsmaterial ähnelt in seinem grundsätzlichen Aufbau herkömmlicher Luftpolsterfolie aus Kunststoff, besteht im Gegensatz zu letzterer jedoch vollständig aus Papier.
  • Dadurch, dass erfindungsgemäß die Papierbahnen ausschließlich aus Papier bestehen und frei von Klebstoff und synthetischem Zusatzmaterial, insbesondere frei von Kunststofffolie, sind, kann das erfindungsgemäße Verpackungsmaterial ohne Weiteres stofflich vollständig recycelt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verpackungsmaterial entlastet damit in erheblichem Maße die Umwelt. Angesichts der weltweit verwendeten Mengen an Luftpolstermaterial und ähnlichem Verpackungsmaterial wiegt diese Entlastung schwer, sodass die Erfindung einen großen sozialen Nutzen aufweist.
  • Durch die Erfindung werden große Mengen an Plastikmüll vermieden, der sonst entsorgt werden müsste und erfahrungsgemäß in erheblichem Umfang in die Umwelt, insbesondere auch ins Meer, gelangen würde.
  • Es hat sich überraschend gezeigt, dass das erfindungsgemäße Verpackungsmaterial eine zu herkömmlichem Luftpolstermaterial aus Kunststoff vergleichbare Polsterungswirkung hat, obwohl die geschlossenen Hohlräume, die in dem erfindungsgemäßen Verpackungsmaterial in den Ausprägungen gebildet sind, im Gegensatz zu den Luftblasen in herkömmlichem Luftpolstermaterial aus Kunststoff nicht gasdicht sind.
  • Es hat sich weiter gezeigt, dass nach Vorkonditionierung zumindest der "Prägebahn" die Bahnen durch Verpressen hinreichend fest miteinander verbunden werden, ohne dass hierzu Klebstoff, andere synthetische Verbindungsmittel, Kunststofffolie oder mechanische Verbindungsmittel erforderlich sind. Erfindungsgemäß sind die Bahnen ausschließlich durch die nach Vorkonditionierung beim Verpressen entstehende Verbindung der Papierfasern der Bahnen miteinander verbunden.
  • Entsprechend den jeweiligen Anforderungen und Gegebenheiten kann die Vorkonditionierung wenigstens einer Papierbahn mittels einer Vorkonditionierungsvorrichtung auf beliebige geeignete Weise erfolgen, insbesondere durch Eintrag von Feuchtigkeit und Wärme in die betreffende Bahn. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht insoweit vor, dass wenigstens eine Vorkonditionierungsvorrichtung zum Ein- oder Auftragen einer Vorkonditionierungsflüssigkeit, die vorzugsweise Wasser ist oder enthält, in bzw. auf wenigstens eine der Papierbahnen ausgebildet und eingerichtet ist.
  • Das Ein- bzw. Aufbringen einer Vorkonditionierungsflüssigkeit in bzw. auf eine Papierbahn kann erfindungsgemäß auf beliebige geeignete Weise erfolgen, beispielsweise indem die betreffende Papierbahn durch ein Bad der Vorkonditionierungsflüssigkeit, beispielsweise ein Wasserbad, gezogen wird. Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, dass wenigstens eine Vorkonditionierungsvorrichtung zum Versprühen, Vernebeln oder Verdampfen einer Vorkonditionierungsflüssigkeit ausgebildet und eingerichtet ist, derart, dass die Vorkonditionierungsflüssigkeit auf die zugeordnete Papierbahn aufgesprüht, aufgenebelt oder aufgedampft wird.
  • Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, dass wenigstens eine Vorkonditionierungsvorrichtung, insbesondere eine der ersten Papierbahn zugeordnete Vorkonditionierungsvorrichtung, zum Bedampfen der zugeordneten Papierbahn mit Wasserdampf ausgebildet und eingerichtet ist. Die Verwendung von Wasserdampf mit einer Temperatur von beispielsweise 100 °C bis etwa 150 °C ermöglicht eine besonders effektive Vorkonditionierung der betreffenden Bahn, indem gleichzeitig Feuchtigkeit und Wärme in die Bahn eingetragen werden.
  • Erfindungsgemäß ist grundsätzlich ausreichend, wenn ausschließlich die "Prägebahn", also die Bahn, in der die Ausprägungen gebildet werden, vorkonditioniert wird. Vorteilhafterweise werden jedoch erfindungsgemäß sowohl die "Prägebahn" als auch die oder wenigstens eine "Trägerbahn" vorkonditioniert. Dabei kann die Vorkonditionierung der Bahnen grundsätzlich auf identische oder ähnliche Art und Weise erfolgen. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht insoweit vor, dass jeder der Papierbahnen eine separate Vorkonditionierungsvorrichtung zur separaten, insbesondere unterschiedlichen Vorkonditionierung der Papierbahnen zugeordnet ist. Die Verwendung separater Vorkonditionierungsvorrichtungen ermöglicht es, die Vorkonditionierung der Bahnen individuell anzupassen.
  • In diesem Zusammenhang sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass der ersten Papierbahn eine erste Vorkonditionierungsvorrichtung zugeordnet und an dem Zuführweg der ersten Papierbahn zu dem Prägebereich angeordnet ist und der zweiten Papierbahn eine zweite Vorkonditionierungsvorrichtung zugeordnet und an dem Zuführweg der zweiten Papierbahn zu dem Pressbereich angeordnet ist.
  • Eine außerordentlich vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine Vorkonditionierungsvorrichtung, insbesondere die der zweiten Papierbahn zugeordnete Vorkonditionierungsvorrichtung, zum Ein- bzw. Auftragen einer Vorkonditionierungsflüssigkeit, vorzugsweise von Wasser, ausgebildet und eingerichtet ist, die Cellulosefasern oder Cellulosepartikel enthält, wobei die Cellulosefasern oder Cellulosepartikel vorzugsweise Mikrocellulose und/oder Nanocellulose, insbesondere Cellulosemikrofasern (CMF) und/oder Cellulosenanofasern (CNF), sind oder enthalten. Durch die Verwendung von Cellulosefasern, die mittels einer Vorkonditionierungsflüssigkeit, die vorzugsweise Wasser ist, aufgetragen werden, ist die Verbindung der Bahnen miteinander weiter verbessert unter Beibehaltung des Grundgedankens der Erfindung, ein Verpackungsmaterial bereitzustellen, das ausschließlich aus Papier besteht. Dementsprechend ist auch bei dieser Ausführungsform das Recycling des Verpackungsmaterials nicht durch Klebstoff, Kunststofffolie oder andere synthetische Zusatzstoffe erschwert. In gleichwirkender Weise können hierbei zusätzlich zu Cellulosefasern oder anstatt von Cellulosefasern auch andere Naturfasern verwendet werden.
  • Das Prägen der "Prägebahn" kann entsprechend den jeweiligen Anforderungen und Gegebenheiten auf unterschiedliche Weise erfolgen. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht insoweit vor, dass in dem Prägebereich als Prägevorrichtung eine Walzenanordnung mit einer um eine Prägewalzendrehachse drehbar gelagerten Prägewalze angeordnet ist, die an ihrer Umfangsfläche Prägevorsprünge aufweist zum Bilden der Ausprägungen in der ersten Papierbahn, wobei die Prägewalze in Eingriff mit einer Gegenwalze steht, die um eine zu der Prägewalzendrehachse parallele Drehachse drehbar gelagert ist und an ihrer Umfangsfläche Prägeausnehmungen aufweist, die zu den Prägevorsprüngen der Prägewalze komplementär ausgebildet sind. Auf diese Weise ist das Prägen in einem kontinuierlichen Verfahren bei einem gleichzeitig relativ einfachen und störungsunanfälligen Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Herstellung des erfindungsgemäßen Verpackungsmaterials ermöglicht. Unter einer komplementären Ausbildung der Prägeausnehmungen in der Gegenwalze zu den Prägevorsprüngen in der Prägebahn wird erfindungsgemäß verstanden, dass bei Eingriff eines Prägevorsprungs in eine Prägeausnehmung ein Spalt verbleibt, dessen Spaltbreite der resultierenden Dicke des Papiers der geprägten Papierbahn im Bereich der Ausprägung entspricht. Form, Geometrie und Anzahl der Prägevorsprünge sind entsprechend den jeweiligen Anforderungen und Gegebenheiten innerhalb weiter Grenzen wählbar.
  • Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in dem Pressbereich als Pressvorrichtung eine um eine Presswalzendrehachse drehbar gelagerte Presswalze angeordnet ist, die zum Verpresssen der ersten Papierbahn mit der zweiten Papierbahn mit einer Gegenwalze zusammenwirkt, deren Drehachse zu der Presswalzendrehachse parallel und derart beabstandet ist, dass zwischen der Presswalze und der Gegenwalze ein Presswalzenspalt gebildet ist zum Verpresssen der ersten Papierbahn mit der zweiten Papierbahn in den Verbindungsabschnitten der Papierbahnen entfernt von den Ausprägungen. Bei dieser Ausführungsform erfolgt das Verpressen der Bahnen miteinander in einem kontinuierlichen Verfahren, sodass erfindungsgemäßes Verpackungsmaterial insgesamt in einem kontinuierlichen Verfahren herstellbar ist. Der Anpressdruck bzw. die Antriebskraft, mit dem bzw. mit der bei Betrieb der Einrichtung die Presswalze unter Bildung des Presswalzenspaltes, in dem sich bei Betrieb der Einrichtung die miteinander zu Verpressen Papierbahnen befinden, gegen die Gegenwalze gedrückt wird, ist entsprechend den jeweiligen Anforderungen und Gegebenheiten innerhalb weiter Grenzen wählbar und vorzugsweise einstellbar.
  • Grundsätzlich kann erfindungsgemäß der Prägebereich in einer Prägestation und der Pressbereich in einer zu dem Prägebereich in Zuführrichtung der Papierbahnen beabstandeten Pressstation realisiert sein. Eine außerordentlich vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht insoweit vor, dass die Gegenwalze der Prägewalze und die Gegenwalze der Presswalze durch eine gemeinsame Gegenwalze gebildet sind, derart, dass die Walzenanordnung drei miteinander in Wirkungseingriff stehende Walzen aufweist. Bei dieser Ausführungsform bildet die aus der Prägewalze, der Gegenwalze und der Presswalze bestehende Walzenanordnung eine kombinierte Präge-/Pressstation der Einrichtung. Hierbei ist die Walzenanordnung nach Art eines Kalanders ausgebildet, wobei sich die erfindungsgemäße Walzenanordnung von einem L-Kalander dadurch unterscheidet, dass sie im einfachsten Fall nur drei Walzen aufweist, nämlich die Prägewalze, die Gegenwalze und die Presswalze, und dementsprechend die bei einem L-Kalander vorhandene vierte in Förderrichtung letzte Walze nicht erforderlich ist. Ein besonderer Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass die durch die Prägewalze in der "Prägebahn" gebildeten Ausprägungen in den Ausnehmungen der Gegenwalze verbleiben, bis die Bahnen in dem Presswalzenspalt zwischen der Gegenwalze und der Presswalze miteinander verpresst werden.
  • Bei der vorgenannten Ausführungsform ist zweckmäßigerweise die Drehachse der Gegenwalze auf einer geraden Verbindungslinie zwischen der Prägewalzendrehachse und der Presswalzendrehachse angeordnet, wie dies eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vorsieht.
  • Um die Spaltbreite des Presswalzenspalts einstellen zu können, sieht eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass der Presswalze eine vorzugsweise motorisch antreibbare Verstellvorrichtung zur Einstellung der Spaltbreite des Presswalzenspaltes entlang einer zur Presswalzendrehachse radial verlaufenden linearen Achse zugeordnet ist. Diese Ausführungsform ermöglicht es auch, die Presswalze vollständig außer Eingriff von der Gegenwalze zu bringen, wenn mit der erfindungsgemäßen Einrichtung Verpackungsmaterial hergestellt werden soll, das ausschließlich aus der "Prägebahn" besteht. Bei der Verstellvorrichtung kann es sich insbesondere um eine durch eine Steuerungseinrichtung ansteuerbare elektromotorische Verstellvorrichtung handeln.
  • Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind der Prägewalze und/oder der Gegenwalze und/oder der Presswalze eine Heizeinrichtung zum Beheizen der jeweiligen Walze zur vorzugsweise voneinander getrennten Einstellung der Temperatur der Walzen zugeordnet. Während des Pressvorgangs wird Feuchtigkeit aus den Bahnen herausgepresst, wobei durch Beheizung der Walzen die Bahnen während des Präge- bzw. Pressvorgangs vorgetrocknet werden. Durch entsprechende Einstellung der Temperatur der Walzen lässt sich diese Vortrocknung gemäß den jeweiligen Anforderungen und Gegebenheiten steuern.
  • Bei der vorgenannten Ausführungsform ist vorzugsweise der Prägewalze und/oder der Gegenwalze und/oder der Presswalze ein Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur der jeweiligen Walze zugeordnet.
  • Um die miteinander verpressten Bahnen zur Erreichung einer gewünschten Restfeuchte des Endprodukts, nämlich des Verpackungsmaterials, weiter zu trocknen, sieht eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass in Zuführrichtung zwischen dem Pressbereich und einem Speicher für das fertige Verpackungsmaterial Trocknungsmittel zur Trocknung der in dem Pressbereich miteinander verpressten Papierbahnen angeordnet sind. Neben der Erreichung einer gewünschten Restfeuchte des fertigen Verpackungsmaterials hat die Trocknung den Effekt, dass die Festigkeit der Verbindung zwischen den Papierbahnen erhöht wird.
  • Anzahl, Heizleistung und konstruktive Ausgestaltung der Trocknungsmittel sind entsprechend den jeweiligen Anforderungen und Gegebenheiten innerhalb weiter Grenzen wählbar. Vorteilhafte Weiterbildungen in der Erfindung sehen insoweit vor, dass die Trocknungsmittel wenigstens zwei in Zuführrichtung zueinander beabstandete Trocknungsvorrichtungen aufweisen und/oder dass wenigstens eine Trocknungsvorrichtung als Infrarotstrahlungs-Trocknungsvorrichtung und wenigstens eine Trocknungsvorrichtung als Warmluft-Trocknungsvorrichtung ausgebildet ist. Dabei ist vorzugsweise wenigstens einer Infrarotstrahlungs-Trocknungsvorrichtung wenigstens eine Warmluft-Trocknungsvorrichtung in Zuführrichtung der Papierbahnen nachgeordnet.
  • Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Presswalze zumindest an ihrer Umfangsfläche aus einem elastisch nachgiebigen Material, insbesondere Silikon, besteht.
  • Zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung und Gegenstand der Erfindung gehört ferner gemäß Anspruch 9 ein Verfahren zur Herstellung von Verpackungsmaterial aus Papier, wobei wenigstens eine erste Papierbahn und wenigstens eine zweite Papierbahn zu einem Prägebereich und einem in Zuführrichtung der Papierbahnen dem Prägebereich nachgeordneten Pressbereich zugeführt werden, wobei in dem Prägebereich mittels einer Prägevorrichtung aus der ersten Papierbahn Ausprägungen herausgeprägt werden, die über die erste Papierbahn hervorstehen und in der Papierbahnebene der ersten Papierbahn jeweils von einer geschlossenen Umfangslinie begrenzt sind, wobei in dem Pressbereich mittels einer Pressvorrichtung die Papierbahnen frei von Klebstoff und verbindendem synthetischem Zusatzmaterial, insbesondere frei von Kunststofffolie, derart miteinander verpresst werden, dass sich in Verbindungsabschnitten zwischen den Ausprägungen Papierfasern der ersten Papierbahn mit Papierfasern der zweiten Papierbahn verbinden und die Papierbahnen im Bereich der Ausprägungen geschlossene Hohlräume begrenzen, wobei zur Vorbereitung auf das Prägen in dem Prägebereich bzw. Verpressen der Papierbahnen miteinander in dem Pressbereich die erste Papierbahn und/oder die zweite Papierbahn vorkonditioniert wird bzw. werden.
  • Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den auf den Anspruch 9 rückbezogenen Unteransprüchen angegeben. Es ergeben sich sinnentsprechend die gleichen Vorteile und Eigenschaften wie bei der erfindungsgemäßen Einrichtung und ihren Weiterbildungen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Einrichtung ausgeführt werden.
  • Zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung und Gegenstand der Erfindung gehört gemäß Anspruch 17 ferner ein Verpackungsmaterial aus Papier, mit einer ersten Papierbahn und mit einer zweiten Papierbahn, wobei aus wenigstens einer Papierbahn Ausprägungen herausgeprägt sind, die über die Papierbahn hervorstehen und in der Papierbahnebene jeweils von einer geschlossenen Umfangslinie begrenzt sind, wobei die Papierbahnen an ihren einander zugewandten Flächen ausschließlich aus Papier bestehen und frei von Klebstoff und verbindendem synthetischem Zusatzmaterial, insbesondere frei von Kunststofffolie, vorzugsweise nach Vorkonditionierung der Papierbahnen, derart miteinander verpresst sind, dass in Verbindungsabschnitten der Papierbahnen zwischen den Ausprägungen Papierfasern der ersten Papierbahn mit Papierfasern der zweiten Papierbahn verbunden sind und die Papierbahnen im Bereich der Ausprägungen geschlossene Hohlräume begrenzen.
  • Unter einer Ausprägung im Sinne der Erfindung wird eine Prägung in einer Papierbahn verstanden, die über die Papierbahnebene hervorsteht. Besteht entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform das erfindungsgemäße Verpackungsmaterial aus einer mit Ausprägungen versehenen "Prägebahn" und einer glatten "Trägerbahn", so begrenzen die über die Papierbahnebene hervorstehenden Ausprägungen zusammen mit der "Trägerbahn" Hohlräume, sodass das erfindungsgemäße Verpackungsmaterial nach Art einer Luftpolsterfolie ausgebildet ist. Eine Ausprägung kann dabei insbesondere noppenartig ausgebildet sein, wie dies von Luftpolsterfolie aus Kunststoff bekannt ist.
  • Entsprechend den jeweiligen Anforderungen und Gegebenheiten sind Form und Größe der Ausprägungen, die aus der ersten Papierbahn herausgeprägt werden, innerhalb weiter Grenzen wählbar. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht insoweit vor, dass die jeweils eine Ausprägung begrenzende Umfangslinie kreisförmig oder annähernd kreisförmig ist, derart, dass die Ausprägungen kugelflächenartig ausgebildet sind. Eine entsprechende Form der Ausprägungen ist einerseits im Sinne der gewünschten Polsterwirkung des Verpackungsmaterials und andererseits in Hinblick auf die Herstellung vorteilhaft.
  • Das erfindungsgemäße Verpackungsmaterial kann für die Verpackung von bruch- oder druckempfindlichen Gegenständen in vielfältiger Weise bereitgestellt werden, beispielsweise und insbesondere in Form von Bahnware, die vom Benutzer entsprechend der Größe des packenden Gegenstands zugeschnitten werden kann. Das erfindungsgemäße Verpackungsmaterial kann auch in Form von vorkonfektionierten Zuschnitten bereitgestellt werden. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Verpackungsmaterial auch als Versandschachtel oder nach Art eines Luftpolsterumschlags ausgebildet sein oder einen Teil entsprechender Verpackungsmittel bilden.
  • Entsprechend den jeweiligen Anforderungen und Gegebenheiten ist die Anzahl der Papierbahnen, aus der das erfindungsgemäße Verpackungsmaterial besteht, innerhalb weiter Grenzen wählbar. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Verpackungsmaterial aus mehr als zwei Papierbahnen bestehen. Beispielsweise und insbesondere kann das erfindungsgemäße Verpackungsmaterial aus einer mit Ausprägungen versehenen "Prägebahn" und einer glatten "Trägerbahn" bestehen. Eine hierzu alternative Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass aus beiden Papierbahnen Ausprägungen herausgeprägt sind und dass die Papierbahnen derart miteinander verbunden sind, dass Ausprägungen in der einen Papierbahn entsprechenden Ausprägungen in der anderen Papierbahn gegenüberliegend angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform begrenzen die Ausprägungen in einer Papierbahn zusammen mit den Ausprägungen in der anderen Papierbahn die Hohlräume des erfindungsgemäßen Verpackungsmaterials.
  • Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verpackungsmaterials sieht vor, dass die Ausprägungen ein regelmäßiges Muster bilden, insbesondere zeilen- und/oder spaltenartig angeordnet sind.
  • Als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verpackungsmaterial kann beliebiges geeignetes Papier verwendet werden. Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Papierbahnen aus Recyclingpapier bestehen oder Recyclingpapier enthalten. Diese Ausführungsform ist besonders umweltschonend, weil die Verwendung von Frischpapier, dessen Herstellung mit einem hohen Energieaufwand verbunden ist, vollständig oder zumindest teilweise vermieden ist.
  • Eine Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, dass das Recyclingpapier wenigstens einen, insbesondere sämtliche der folgenden Kennwerte aufweist:
    • spezifisches Flächengewicht/Grammatur [ISO 536]: 60 - 140 g/m2
    • Wasseraufnahme nach Cobb60 [ISO 535]: 26 - 113 g/m2
    • Rauheit nach Bendtsen [ISO 8791-2]: ≥ 300 ml/min
    • Berstfestigkeit [ISO 2758]: 160 - 240 kPa
    • SCT-quer INDEX [ISO 9895]: 1,1 - 1,9 kN/m
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verpackungsmaterials sind die Verbindungsabschnitte zwischen den Ausprägungen stegartig ausgebildet.
  • Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Papierbahnen in den Verbindungsabschnitten wenigstens abschnittsweise miteinander vergautscht sind.
  • Gegenstand der Erfindung ist ferner gemäß Anspruch 20 die Verwendung von Recyclingpapier zur Herstellung eines Verpackungsmaterials, das wenigstens eine Papierbahn aufweist, aus der Ausprägungen herausgeprägt sind, die über die Papierbahn hervorstehen und in der Papierbahnebene jeweils von einer geschlossenen Umfangslinie begrenzt sind, wobei das Recyclingpapier wenigstens einen, insbesondere sämtliche der folgenden Kennwerte aufweist:
    • spezifisches Flächengewicht/Grammatur [ISO 536]: 60 - 140 g/m2
    • Wasseraufnahme nach Cobb60 [ISO 535]: 26 - 113 g/m2
    • Rauheit nach Bendtsen [ISO 8791-2]: ≥ 300 ml/min
    • Berstfestigkeit [ISO 2758]: 160 - 240 kPa
    • SCT-quer INDEX [ISO 9895]: 1,1 - 1,9 kN/m.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte, stark schematisierte Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass die einzelnen Merkmale eines Ausführungsbeispiels das Ausführungsbeispiel jeweils für sich genommen, also unabhängig von den weiteren Merkmalen, weiterbilden. Damit ist für den Fachmann auch ersichtlich, dass alle beschriebenen, in der Zeichnung dargestellten und in den Patentansprüchen beanspruchten Merkmale für sich genommen sowie in beliebiger technisch sinnvoller Kombination miteinander den Gegenstand der Erfindung bilden, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen und deren Rückbezügen sowie unabhängig von ihrer konkreten Beschreibung bzw. Darstellung in der Zeichnung. Zum Gegenstand und Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gehören auch Kombinationen von Merkmalen der Vorrichtungs- bzw. Produktansprüche mit Merkmalen der Verfahrensansprüche. Zum Gegenstand und Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gehören ferner Kombinationen von Merkmalen eines Ausführungsbeispiels mit Merkmalen eines anderen Ausführungsbeispiels. Ebenfalls gehören zum Gegenstand und Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung Unterkombinationen der Patentansprüche, bei denen wenigstens ein Merkmal eines Patentanspruchs weggelassen oder durch ein anderes Merkmal ersetzt ist
  • Es zeigt:
    • Fig. 1
    stark schematisiert und skizzenartig ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Herstellung von Verpackungsmaterial,
    Fig. 2
    in einer schematisierten Seitenansicht das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1,
    Fig. 3
    in einer schematisierten Perspektivansicht das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1,
    Fig. 4
    in einer schematisierten Radialansicht eine Walzenanordnung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1,
    Fig. 5
    in einer Perspektivansicht die Walzenanordnung gemäß Fig. 4,
    Fig. 6
    in einer Schnittansicht entlang einer Linie A-A in Fig. 5 die Walzenanordnung gemäß Fig. 4,
    Fig. 7
    in einer Perspektivansicht eine Prägewalze der Walzenanordnung gemäß Fig. 4,
    Fig. 8
    in gleicher Darstellung wie Fig. 7 eine Gegenwalze der Walzenanordnung gemäß Fig. 4,
    Fig. 9
    skizzenartig den Aufbau eines Ausführungsbeispiels eines Bahnspannungssensors der Einrichtung gemäß Fig. 1,
    Fig. 10
    blockschaltbildartig den Aufbau einer Anlagensteuerung der Einrichtung gemäß Fig. 1,
    Fig. 11
    in einer Draufsicht eine Bahn eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verpackungsmaterials nach Art einer Luftpolsterfolie,
    Fig. 12
    in gegenüber Fig. 11 stark vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch das Verpackungsmaterial gemäß Fig. 11 im Bereich einer Ausprägung und
    Fig. 13
    in ähnlicher Darstellung wie Fig. 1 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung.
  • Anhand der Figuren 1 bis 10 wird nachfolgend ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Herstellung von Verpackungsmaterial aus Papier näher erläutert.
  • In Fig. 1 ist stark schematisiert und skizzenartig ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung bzw. Anlage zur Herstellung von Verpackungsmaterial aus Papier dargestellt, deren Funktionsweise kurz wie folgt ist:
    Von Speicherrollen 2, 4 werden eine erste Papierbahn 6 und eine zweite Papierbahn 8, die nachfolgend auch kurz als "Bahnen" bezeichnet werden, über Umlenkungen zu einer Walzenanordnung 10 zugeführt. Dabei bildet die erste Papierbahn eine "Prägebahn", aus der mittels der Walzenanordnung 10 Ausprägungen 11 herausgeprägt werden, während die zweite Papierbahn eine glatte "Trägerbahn" bildet, die im fertigen Verpackungsmaterial die Prägebahn trägt und hierzu mittels der Walzenanordnung 10 mit der "Prägebahn" verpresst wird. Die "Prägebahn" wird in Zuführrichtung vor der Walzenanordnung 10 bei dem Bezugszeichen 12 durch Bedampfen mit Wasserdampf für das Prägen vorkonditioniert. Beispielsweise und insbesondere kann Wasserdampf mit einer Temperatur zwischen 100 °C und etwa 150 °C verwendet werden.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die Papierbahnen 6, 8 aus Recyclingpapier. Erfindungsgemäß können die Papierbahnen 6, 8 jedoch entsprechend den jeweiligen Anforderungen und Gegebenheiten auch aus einem beliebigen geeigneten anderen Papier bestehen.
  • Die "Trägerbahn" wird in Zuführrichtung vor der Walzenanordnung 10 bei dem Bezugszeichen 14 durch Besprühen mit einer Flüssigkeit vorkonditioniert, die Cellulosefasern oder -partikel enthält, insbesondere Nanocellulose, bevorzugt in Form von Cellulosenanofasern (CNF).
  • Die Walzenanordnung 10 weist eine Prägewalze (Positivwalze) 16 auf, die mit einer Gegenwalze (Negativwalze) 18 in Eingriff steht. Die Papierbahn 6 wird zwischen den Walzen 16, 18 zum Ausbilden der Ausprägungen geprägt. Die Prägewalze 16, die Gegenwalze 18 und eine Presswalze werden nachfolgend auch kurz als "Walzen" bezeichnet
  • In Eingriff mit der Gegenwalze 18 steht die Presswalze 20, wobei zwischen der Gegenwalze 18 und der Presswalze 20 die Papierbahnen 6, 8 frei von Klebstoff und verbindendem synthetischem Zusatzmaterial, insbesondere frei von Kunststofffolie, miteinander verpresst werden.
  • Die miteinander verpressten Papierbahnen 6, 8, die nach Art einer Luftpolsterfolie das erfindungsgemäße Verpackungsmaterial bilden, werden einem Speicher 22 in Form einer Speicherrolle für das fertige luftpolsterfolienartige, ausschließlich aus Papier bestehende Verpackungsmaterial zugeführt, wobei im Zuführweg eine mehrstufige Trocknungseinrichtung mit drei Trocknern 24, 26 und 28 angeordnet ist. Dabei ist der Trockner 24 ein IR-Strahler, während es sich bei den Trocknern 26 und 28 um Heißlufttrockner handelt.
  • Der strukturelle Aufbau der Einrichtung ist im Einzelnen wie folgt:
    Die Einrichtung weist Mittel zur Zuführung wenigstens der ersten Papierbahn 6 und der zweiten Papierbahn 8 zu einem Prägebereich 30 und einem in Zuführrichtung der Papierbahnen dem Prägebereich 30 nachgeordneten Pressbereich 32 auf. Die Zuführrichtung bzw. Förderrichtung der Papierbahnen 6, 8 bzw. der miteinander verpressten Papierbahnen 6, 8 ist in Fig. 1 durch Pfeile 34, 36, 38 und 40 gekennzeichnet.
  • In dem Prägebereich 30 ist eine Prägevorrichtung 31 zum Prägen der ersten Papierbahn angeordnet derart, dass aus der ersten Papierbahn 6 Ausprägungen 11 herausgeprägt werden, die über die erste Papierbahn 6 hervorstehen und in der Papierbahnebene der ersten Papierbahn 6 jeweils von einer geschlossenen Umfangslinie begrenzt sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die geschlossene Umfangslinie kreisförmig oder annähernd kreisförmig ausgebildet.
  • In dem Pressbereich 32 ist eine Pressvorrichtung 33 angeordnet zum Verpressen der Papierbahnen 6, 8 derart und frei von Klebstoff und verbindendem synthetischem Zusatzmaterial, insbesondere frei von Kunststofffolie, miteinander, dass sich in Verbindungsabschnitten zwischen den Ausprägungen Papierfasern der ersten Papierbahn 6 mit Papierfasern der zweiten Papierbahn 8 verbinden und die Papierbahnen 6, 8 im Bereich der Ausprägungen geschlossene Hohlräume begrenzen.
  • In Zuführrichtung vor dem Prägebereich 30 und/oder dem Pressbereich 32 sind Vorkonditionierungsmittel mit wenigstens einer Vorkonditionierungsvorrichtung zur Vorkonditionierung der ersten Papierbahn 6 und/oder der zweiten Papierbahn 8 angeordnet.
  • Erfindungsgemäß ist wenigstens eine Vorkonditionierungsvorrichtung zum Ein- oder Auftragen einer Flüssigkeit, insbesondere einer aus Wasser bestehenden oder Wasser enthaltenden Vorkonditionierungsflüssigkeit, in bzw. auf wenigstens eine der Papierbahnen 6, 8 ausgebildet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bezeichnet das Bezugszeichen 12 eine Vorkonditionierungsvorrichtung zum Auf-bzw. Eintragen von Wasser in Form von Wasserdampf auf bzw. in die erste Papierbahn 6, um diese für das Prägen in dem Prägebereich 30 vorzukonditionieren.
  • Erfindungsgemäß ist wenigstens eine Vorkonditionierungsvorrichtung zum Versprühen, Vernebeln oder Verdampfen einer Vorkonditionierungsflüssigkeit ausgebildet und eingerichtet, derart, dass die Vorkonditionierungsflüssigkeit auf die zugeordnete Papierbahn aufgesprüht, aufgenebelt oder aufgedampft wird.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist jeder der Papierbahnen 6, 8 eine separate Vorkonditionierungsvorrichtung zur separaten, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel unterschiedlichen Vorkonditionierung der Papierbahnen 6, 8 zugeordnet.
  • Im Einzelnen ist der ersten Papierbahn 6 die erste Vorkonditionierungsvorrichtung 12 zugeordnet und an dem Zuführweg der ersten Papierbahn zu dem Prägebereich 30 angeordnet und der zweiten Papierbahn 8 eine zweite Vorkonditionierungsvorrichtung 14 zugeordnet und an dem Zuführweg der zweiten Papierbahn 8 zu dem Pressbereich angeordnet.
  • Die der ersten Papierbahn 6 zugeordnete erste Vorkonditionierungsvorrichtung 12 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zum Bedampfen der ersten Papierbahn mit Wasserdampf mit einer Temperatur zwischen 100 °C und etwa 150 °C ausgebildet.
  • Die der zweiten Papierbahn zugeordnete zweite Vorkonditionierungsvorrichtung 14 ist zum Auf- bzw. Eintragen einer Vorkonditionierungsflüssigkeit in bzw. auf die zweite Papierbahn 8 ausgebildet und eingerichtet, wobei die Vorkonditionierungsflüssigkeit bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Wasser ist, das Cellulosefasern oder Cellulosepartikel enthält, wobei die Cellulosefasern oder Cellulosepartikel vorzugsweise Mikrocellulose und/oder Nanocellulose, insbesondere Cellulosemikrofasern (CMF) und/oder Cellulosenanofasern (CNF), sind oder enthalten. Der Gehalt an Cellulosefasern in der Vorkonditionierungsflüssigkeit ist dabei so gewählt, dass diese sprühfähig ist und auf die zweite Papierbahn 8 aufgesprüht wird.
  • In dem Prägebereich 30 ist eine Walzenanordnung 10 mit einer um eine Prägewalzendrehachse 15 drehbar gelagerten Prägewalze 16 angeordnet, die an ihrer Umfangsfläche Prägevorsprünge aufweist zum Bilden der Ausprägungen 11 in der ersten Papierbahn 6, wobei die Prägewalze 16 in Eingriff mit einer Gegenwalze 18 steht, die um eine zu der Prägewalzendrehachse parallele Drehachse 19 drehbar gelagert ist und an ihrer Umfangsfläche Prägeausnehmungen aufweist, die zu den Prägevorsprüngen der Prägewalze 16 komplementär ausgebildet sind.
  • In dem Pressbereich 32 ist eine um eine Presswalzendrehachse 21 drehbar gelagerte Presswalze 20 angeordnet, die zum Verpresssen der ersten Papierbahn 6 mit der zweiten Papierbahn 8 mit einer Gegenwalze 18 zusammenwirkt, deren Drehachse zu der Presswalzendrehachse parallel und derart beabstandet ist, dass zwischen der Presswalze 20 und der Gegenwalze 18 ein Presswalzenspalt gebildet ist zum Verpresssen der ersten Papierbahn 6 mit der zweiten Papierbahn 8 entfernt von den Ausprägungen 11 in der ersten Papierbahn 6.
  • Die Presswalze 20 weist eine glatte Umfangsfläche auf und besteht an ihrer Umfangsfläche aus einem elastisch nachgiebigen Material, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus Silikon.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Gegenwalze der Prägewalze 16 und die Gegenwalze der Presswalze 20 durch eine gemeinsame Gegenwalze gebildet, nämlich die Gegenwalze 18, derart, dass die Walzenanordnung 10 drei miteinander in Wirkungsverbindung bzw. Wirkungseingriff stehende Walzen 16, 18, 20 aufweist. Es ist ersichtlich, dass bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Prägewalze 16 mit der Gegenwalze 18 die Prägevorrichtung 31 und die Presswalze 20 mit der Gegenwalze 18 die Pressvorrichtung 33 bildet.
  • Es ist ersichtlich, dass bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Gegenwalze 18 und die Presswalze 20 unmittelbar, d. h. ohne Zwischenschaltung von Förderstrecken für die mittels der Prägewalze 16 geprägte erste Papierbahn 6, miteinander in Presseingriff stehen. Auf diese Weise werden die Papierbahnen 6, 8 miteinander verpresst, während sich die mittels der Prägewalze 16 aus der ersten Papierbahn herausgeprägten Ausprägungen 11 noch in den Prägeausnehmungen der Gegenwalze 18 befinden. Im Ergebnis bildet die aus den Walzen 16, 18 und 20 bestehende Walzenanordnung 10 eine kombinierte Präge -und Pressstation.
  • Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Drehachse 19 der Gegenwalze 18 auf einer Verbindungslinie zwischen der Prägewalzendrehachse 15 und der Presswalzendrehachse 21 angeordnet.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Presswalze 20 eine vorzugsweise motorisch betreibbare Verstellvorrichtung zur Einstellung der Spaltbreite des Presswalzenspaltes entlang einer bei dem Ausführungsbeispiel zur Presswalzendrehachse 21 radial verlaufenden linearen Achse zugeordnet. Die Verstellvorrichtung ermöglicht es ferner, die Presswalze 20 außer Eingriff von der Gegenwalze 18 zu bringen, wenn ein Verpackungsmaterial hergestellt werden soll, das ausschließlich aus einer einzelnen mit Ausprägungen versehenen Bahn, also ausschließlich einer "Prägebahn" ohne "Trägerbahn", besteht.
  • Ferner ist erfindungsgemäß der Prägewalze 16 und/oder der Gegenwalze 18 und/oder der Presswalze 20 jeweils eine Heizeinrichtung zum Beheizen der jeweiligen Walze zugeordnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist jeder der Walzen 16, 18, 20 eine separate Heizeinrichtung zugeordnet, sodass die Temperatur für jede der Walzen 16, 18, 20 separat einstellbar ist. Hierbei ist vorzugsweise der Prägewalze 16 und/oder der Gegenwalze 18 und/oder der Presswalze 20 ein Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur der jeweiligen Walze 16 bzw. 18 bzw. 20 zugeordnet. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn sowohl die Heizeinrichtung, beispielsweise in Form wenigstens eines elektrischen Heizstabes, als auch der Temperatursensor in die jeweilige Walze 16 bzw. 18 bzw. 20 integriert ist, wie dies bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Auf diese Weise ist der Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung vereinfacht.
  • Erfindungsgemäß sind in Zuführrichtung zwischen dem Pressbereich 32 und einem Speicher in Form einer Speicherrolle 22 für das fertige Verpackungsmaterial Trocknungsmittel zur Trocknung der in dem Pressbereich 32 miteinander verpressten Papierbahnen 6, 8 angeordnet.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Trocknungsmittel wenigstens zwei in Zuführrichtung bzw. Förderrichtung zueinander beabstandete Trocknungsvorrichtungen auf, wobei wenigstens eine Trocknungsvorrichtung als Infrarotstrahlungs-Trocknungsvorrichtung und wenigstens eine Trocknungsvorrichtung als Warmluft-Trocknungsvorrichtung ausgebildet ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine dem Pressbereich 32 unmittelbar nachgeordnete Trocknungsvorrichtung 24 als Infrarotstrahlungs-Trocknungsvorrichtung ausgebildet, während zwei der Trocknungsvorrichtungen 24 in Zuführrichtung bzw. Förderrichtung nachgeordnete Trocknungsvorrichtungen 26, 28 als Warmluft-Trocknungsvorrichtungen ausgebildet sein können.
  • Die Bahnspannung der einzelnen Papierbahnen 6 und 8 und/oder der miteinander verpressten Papierbahnen wird entsprechend den jeweiligen Anforderungen und Gegebenheiten durch geeignete Sensoren überwacht. Dies wird weiter unten anhand von Fig. 9 näher erläutert.
  • Die Walzen 16, 18 und 20 können aus beliebigen geeigneten Materialien bestehen. Insbesondere können die Umfangsflächen der Walzen 16, 18 und 20 aus einem anderen Material bestehen als der jeweilige Walzenkörper oder mit einem anderen Material beschichtet sein. Insbesondere kann die Presswalze 20 zumindest an ihrer Umfangsfläche aus einem elastisch nachgiebigen Material, insbesondere Silikon bestehen, wie dies bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Demgegenüber können die Prägewalze 16 und die Gegenwalze 18 zumindest an ihrer Umfangsfläche aus einem formstabilen Material, beispielsweise Metall, bestehen.
  • Die Walzen 16, 18 und 20 sind jeweils mittels einer separaten Drehantriebseinrichtung unabhängig voneinander drehantreibbar. Das gleiche gilt für die Speicherrollen 2, 4 und 22, die ebenfalls mittels einer separaten Drehantriebseinrichtung unabhängig voneinander drehantreibbar sind. Die Ansteuerung der den Walzen 16 bzw. 18 bzw. 20 und den Speicherrollen 2 bzw. 4 bzw. 22 zugeordneten Drehantriebseinrichtungen wird weiter unten anhand von Fig. 11 näher erläutert.
  • Fig. 2 zeigt in einer schematischen Seitenansicht das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1, während Fig. 3 das Ausführungsbeispiel in einer schematischen Perspektivansicht zeigt.
  • Wie in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellt, weist die Einrichtung ein Gestell 46 auf, an dem ihre verschiedenen Baugruppen und Bauteile angeordnet sind.
  • Die erste Vorkonditionierungsvorrichtung 12 weist ein Gehäuse 48 auf. Überschüssiges Wasser, das nach dem Bedampfen der ersten Papierbahn 6 mit Wasser verbleibt, wird in dem Gehäuse 48 aufgefangen bzw. als Wasserdampf abgesaugt und kann abgeleitet und daran anschließend wiederverwendet oder entsorgt werden. Da das überschüssige Wasser frei von chemischen Zusätzen ist, kann es ohne Belastung der Umwelt in die Kanalisation entsorgt werden.
  • In hierzu entsprechender Weise weist die zweite Vorkonditionierungsvorrichtung 14 ein Gehäuse 50 auf. Überschüssige Vorkonditionierungsflüssigkeit, die nach dem Vorkonditionieren der zweiten Papierbahn 8 verbleibt, wird in dem Gehäuse 50 aufgefangen und kann abgeleitet und daran anschließend wiederverwendet oder entsorgt werden. Da die Vorkonditionierungsflüssigkeit bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ausschließlich aus Wasser mit zugesetzten Cellulosenanofasern besteht und damit frei von chemischen Zusätzen ist, kann sie ebenfalls ohne Belastung der Umwelt in die Kanalisation entsorgt werden.
  • Mit dem Bezugszeichen 52 ist in Fig. 2 und Fig. 3 ein Gehäuse bezeichnet, in dem die Walzenanordnung 10 aufgenommen ist.
  • Die Bezugszeichen 54 bzw. 56 bezeichnen Gehäuse, in denen die Warmluft-Trocknungsvorrichtungen 26 bzw. 28 aufgenommen sind. Während der Trocknung in den Warmluft-Trocknungsvorrichtungen 26, 28 aus den Bahnen 6, 8 entfernte Flüssigkeit, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiele aus Wasser besteht, kann aus den Gehäusen 54, 56 entweichen, die zu diesem Zweck jeweils an ihrem in Zuführrichtung vorderem und hinterem Ende offen ausgebildet sind. Wie oben in Bezug auf die Vorkonditionierungsvorrichtungen 12, 14 erläutert, kann die resultierende Flüssigkeit ohne Belastung der Umwelt ebenfalls in die Kanalisation entsorgt werden.
  • Das Bezugszeichen 58 bezeichnet einen in Zuführrichtung zwischen der Speicherrolle 2 und der ersten Vorkonditionierungsvorrichtung 12 angeordneten Bahnspannungssensor zum Abfühlen bzw. Messen der Bahnspannung der ersten Papierbahn 6. Der Aufbau des Bahnspannungssensors 58 wird weiter unten anhand von Fig. 10 näher erläutert. In hierzu entsprechender Weise ist der zweiten Papierbahn ein Bahnspannungssensor zugeordnet und mit dem Bezugszeichen 60 bezeichnet. Der Bahnspannungssensor 60 ist in zu dem Bahnspannungssensor 58 entsprechender Weise aufgebaut und wird daher nicht näher erläutert.
  • Sämtliche Anlagenparameter der Einrichtung bzw. Anlage, insbesondere die Zuführgeschwindigkeit bzw. Fördergeschwindigkeit der Papierbahnen, die Bahnspannung, die Drehzahl und Temperatur der Walzen 16, 18 und 20 und die Betriebsparameter der Vorkonditionierungsvorrichtungen 12, 14 sowie der Trocknungsvorrichtungen 24, 26 und 28 werden durch eine zentrale Anlagensteuerung gesteuert, die weiter unten anhand von Fig. 11 näher erläutert wird.
  • In Fig. 4 bis Fig. 8 sind die Walzenanordnung 10 sowie ihre Prägewalze 16 und die Gegenwalze 18 in verschiedenen Ansichten dargestellt
  • Fig. 4 zeigt die Walzenanordnung 10 in einer Radialansicht
  • Fig. 5 zeigt die Walzenanordnung 10 in einer Perspektivansicht.
  • Fig. 6 zeigt eine radiale Schnittansicht der Walzenanordnung 10 entlang einer Linie A-A in Fig. 4.
  • Fig. 7 zeigt die Prägewalze 16 in einer Perspektivansicht, wobei an der Umfangsfläche der Prägewalze 16 vorgesehene und über die Umfangsfläche hervorstehende Prägevorsprünge erkennbar sind, von denen in Fig.. 7 lediglich ein Prägevorsprung mit dem Bezugszeichen 42 versehen ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Prägevorsprünge 42 kugelartig bzw. kugelflächenartig ausgebildet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind in Umfangsrichtung der Prägewalze 16 an deren Umfangsfläche aufeinanderfolgende Reihen von Prägevorsprüngen 42 angeordnet, wobei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Reihen derart zueinander angeordnet sind, dass die Prägevorsprünge "auf Lücke" angeordnet sind. Form, Geometrie und Anzahl der Prägevorsprünge sind entsprechend den jeweiligen Anforderungen und Gegebenheiten innerhalb weiter Grenzen wählbar.
  • Fig. 8 zeigt die Gegenwalze 18 in einer Perspektivansicht, wobei die Prägeausnehmungen 44 der Gegenwalze 18 erkennbar sind.
  • Aus Fig. 5 und Fig. 6 ist ersichtlich, dass die Presswalze 20 eine glatte Umfangsfläche aufweist.
  • Fig. 9 zeigt den Bahnspannungssensor 58 in einer schematischen, skizzenartigen Ansicht. Der Bahnspannungssensor 58 weist drei drehbar gelagerte, antriebslose Umlenkrollen 62, 64, 66 auf, deren Drehachsen 68 bzw. 70 bzw. 72 in Fig. 10 in die Zeichenebene hinein verlaufen und auf den Eckpunkten eines Dreiecks angeordnet sind. Die Umlenkrollen 62 und 66 sind fest montiert, während die Umlenkrolle 64 entlang einer linearen Messachse 74 in Richtung eines Doppelpfeiles 76 beweglich gelagert ist. Dabei kann die Umlenkrolle 64 durch Federmittel in eine in Fig. 9 exemplarisch dargestellte Ausgangsposition vorgespannt sein. Erhöht sich ausgehend von dieser Ausgangsposition die Bahnspannung der ersten Papierbahn 6, so bewegt sich die Umlenkrolle 64 in Fig. 9 nach oben. Diese Bewegung kann über einen Kraftaufnehmer, beispielsweise unter Verwendung von Dehnungsmessstreifen, oder auf andere Weise erfasst werden und als Sensorausgangssignal des Bahnspannungssensors 58 einer weiter unten näher erläuterten zentralen Steuerung der Einrichtung zugeführt werden.
  • Fig. 10 zeigt blockschaltbildartig den Aufbau einer zentralen Anlagensteuerung der Einrichtung, die eine Steuerungseinrichtung 78 aufweist. Die Steuerungseinrichtung 78 kann entsprechend den jeweiligen Anforderungen und Gegebenheiten auf vielfältige Weise durch eine Kombination von Hard- und Software ausgebildet sein, beispielsweise und insbesondere als speicherprogrammierbare Steuerung (SPS).
  • Den Speicherrollen 2, 4 für die Bahnen 6, 8 und der Speicherrolle 22 für das fertige Verpackungsmaterial ist jeweils eine durch die Steuerungseinrichtung 78 ansteuerbare Drehantriebseinrichtung 80 bzw. 82 bzw. 84 zugeordnet. Bei Betrieb der Einrichtung regelt die Steuerungseinrichtung 78 die Drehzahl der Drehantriebseinrichtungen 80, 82, 84 so, dass sich die gewünschte Bahnspannung der Papierbahnen 6, 8 einstellt. Hierzu stehen die Bahnspannungssensoren 58, 60 in Signalübertragungsverbindung mit der Steuerungseinrichtung 78.
  • Den Walzen 16, 18, 20 ist jeweils eine durch die Steuerungseinrichtung 78 ansteuerbare Drehantriebseinrichtung 86 bzw. 88 bzw. 90 zugeordnet. Bei Betrieb der Einrichtung regelt die Steuerungseinrichtung 78 die Drehzahl der Drehantriebseinrichtungen 86, 88, 90 so, dass die Walzen 16, 18, 20 zum Prägen der ersten Bahn 6 in dem Prägebereich 30 und zum Verpressen der Bahnen 6, 8 in dem Pressbereich 32 synchron laufen.
  • Zum Beheizen der Walzen 16, 18, 20 ist diesen jeweils eine Heizeinrichtung 92 bzw. 94 bzw. 96 zugeordnet, die vorzugsweise in die jeweilige Walze 16 bzw. 18 bzw. 20 integriert ist und beispielsweise und insbesondere durch wenigstens einen in die jeweilige Walze 16 bzw. 18 bzw. 20 integrierten elektrischen Heizstab gebildet sein kann.
  • Zur Erfassung der Temperatur ist den Walzen 16, 18, 20 jeweils eine Temperaturmesseinrichtung 98, 100, 102 zugeordnet, die vorzugsweise ebenfalls in die jeweilige Walze 16 bzw. 18 bzw. 20 integriert ist, beispielsweise in Form eines Temperatursensors. Die Temperaturmesseinrichtungen 98, 100, 102 stehen in Signalübertragungsverbindung mit der Steuerungseinrichtung 78. Bei Betrieb der Einrichtung regelt die Steuerungseinrichtung 78 die Temperatur der Walzen 16,18, 20 durch entsprechende Ansteuerung der Heizeinrichtungen 92, 94, 96. Die Temperatur kann dabei insbesondere so geregelt werden, dass die Temperatur der Prägewalze 16 höher ist als die Temperatur der Gegenwalze 18 und die Temperatur der Gegenwalze 18 höher ist als die Temperatur der Presswalze 20, sodass ein Temperaturgradient von der Prägewalze 16 zu der Presswalze 20 besteht.
  • Das Bezugszeichen 104 bezeichnet in Fig. 10 eine motorische Verstellvorrichtung zur Einstellung der Spaltbreite des Presswalzenspaltes entlang einer zur Presswalzendrehachse 21 radial verlaufenden linearen Achse. Die motorische Verstellvorrichtung ist ebenfalls durch die Steuerungseinrichtung 78 ansteuerbar, um beispielsweise die Spaltbreite des Presswalzenspaltes an Papierbahnen unterschiedlicher Dicke anzupassen oder die Presswalze 20 außer Eingriff von der Gegenwalze 18 zu bringen, wenn mittels der Einrichtung Verpackungsmaterial hergestellt werden soll, das ausschließlich aus einer einzelnen mit Ausprägungen versehenen "Prägebahn" ohne "Trägerbahn" besteht.
  • Mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird unter Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung ein erfindungsgemäßes Verpackungsmaterial nach Art einer Luftpolsterfolie hergestellt.
  • In Fig. 11 ist exemplarisch ein Zuschnitt 106 eines entsprechenden luftpolsterfolienartigen Verpackungsmaterials dargestellt, wobei ersichtlich ist, dass das Verpackungsmaterial rasterartig mit noppenartigen Ausprägungen 11 versehen ist. Das erfindungsgemäße Verpackungsmaterial ähnelt in seinem strukturellen Aufbau einer herkömmlichen Luftpolsterfolie aus Kunststoff, unterscheidet sich jedoch von dieser dadurch, dass es ausschließlich aus Papier bzw. Cellulose besteht.
  • Aus Fig. 11 ist ersichtlich, dass die Ausprägungen 11 in der Papierbahnebene der "Prägebahn" 6 jeweils durch eine geschlossene Umfangslinie begrenzt sind, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel kreisförmig oder annähernd kreisförmig ist.
  • Fig. 12 zeigt in gegenüber 12 stark vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch das Verpackungsmaterial. Es ist ersichtlich, dass die Ausprägung 11 in der ersten Papierbahn 6 mit der glatten zweiten Papierbahn 8 einen geschlossenen Hohlraum 108 begrenzt. Entfernt von den Ausprägungen 11 sind die Papierbahnen 6, 8 in stegartigen Verbindungsabschnitten 110, 112 miteinander verpresst.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird für die Papierbahnen 6, 8 Recyclingpapier verwendet, das wenigstens einen, insbesondere sämtliche der folgenden Kennwerte aufweist:
    • spezifisches Flächengewicht/Grammatur [ISO 536]: 60 - 140 g/m2
    • Wasseraufnahme nach Cobb60 [ISO 535]: 26 - 113 g/m2
    • Rauheit nach Bendtsen [ISO 8791-2]: ≥ 300 ml/min
    • Berstfestigkeit [ISO 2758]: 160 - 240 kPa
    • SCT-quer INDEX [ISO 9895]: 1,1 - 1,9 kN/m
  • Entsprechend den jeweiligen Anforderungen und Gegebenheiten können für die Papierbahnen 6, 8 auch andere Papierarten bzw.-sorten verwendet werden. Dabei können die Papierbahnen 6, 8 insbesondere aus der gleichen Papierart bestehen. Es ist erfindungsgemäß jedoch auch möglich, für die Papierbahnen 6, 8 unterschiedliche Papierarten zu verwenden.
  • In Fig. 13 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt, das sich von dem ersten Ausführungsbeispiel vor allem dadurch unterscheidet, dass der Pressbereich 32 der Einrichtung in Zuführrichtung bzw. Förderrichtung der Bahnen 6, 8 zu dem Prägebereich 30 beabstandet ist. Aufgrund der räumlichen Beabstandung des Pressbereiches 32 zu dem Prägebereich 30 haben bei diesem Ausführungsbeispiel die Prägewalze 16 und die Presswalze 18 keine gemeinsame Gegenwalze. Vielmehr ist der Prägewalze 16 die Gegenwalze 18 und der Presswalze 20 eine separate Gegenwalze 114 zugeordnet.
  • Während also bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 10 die Walzen 16, 18, 20 der Walzenanordnung 10 eine kombinierte Präge- und Pressstation bilden, hat das zweite Ausführungsbeispiel räumlich voneinander getrennt eine Prägestation (Prägewalze 16/Gegenwalze 18) und eine Zuführrichtung bzw. Förderrichtung zu der Prägestation beabstandete Pressstation (Presswalze 20/Gegenwalze 114).

Claims (20)

  1. Einrichtung zur Herstellung von Verpackungsmaterial aus Papier,
    mit Mitteln zur Zuführung wenigstens einer ersten Papierbahn (6) und einer zweiten Papierbahn (8) zu einem Prägebereich (30) und einem in Zuführrichtung der Papierbahnen (6, 8) dem Prägebereich (30) nachgeordneten Pressbereich (32),
    mit einer in dem Prägebereich (30) der Einrichtung angeordneten Prägevorrichtung (16, 18) zum Prägen der ersten Papierbahn (6), wobei die Prägevorrichtung derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass aus der ersten Papierbahn (6) Ausprägungen (11) herausgeprägt werden, die über die erste Papierbahn (6) hervorstehen und in der Papierbahnebene der ersten Papierbahn (6) jeweils von einer geschlossenen Umfangslinie begrenzt sind,
    mit einer in dem Pressbereich (32) der Einrichtung angeordneten Pressvorrichtung (20, 18) zum Verpressen der Papierbahnen (6, 8) frei von Klebstoff und verbindendem synthetischem Zusatzmaterial, insbesondere frei von Kunststofffolie, wobei die Pressvorrichtung (20, 18) derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sich in Verbindungsabschnitten (110, 112) zwischen den Ausprägungen (11) Papierfasern der ersten Papierbahn (6) mit Papierfasern der zweiten Papierbahn (8) verbinden und die Papierbahnen (6, 8) im Bereich der Ausprägungen (11) geschlossene Hohlräume (108) begrenzen, und
    mit in Zuführrichtung vor dem Prägebereich (30) und/oder dem Pressbereich (32) angeordneten Vorkonditionierungsmitteln mit wenigstens einer Vorkonditionierungsvorrichtung (12) zur Vorkonditionierung der ersten Papierbahn (6) und/oder der zweiten Papierbahn (8) für das Prägen der ersten Papierbahn (6) bzw. Verpressen der Papierbahnen (6, 8) miteinander.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine Vorkonditionierungsvorrichtung (12, 14) zum Auf- oder Eintragen einer Vorkonditionierungsflüssigkeit, die vorzugsweise Wasser ist oder enthält, auf bzw. in wenigstens eine der Papierbahnen (6, 8) ausgebildet und eingerichtet ist, wobei vorzugsweise wenigstens eine Vorkonditionierungsvorrichtung (12, 14) zum Versprühen, Vernebeln oder Verdampfen einer Vorkonditionierungsflüssigkeit ausgebildet und eingerichtet ist, derart, dass die Vorkonditionierungsflüssigkeit auf die zugeordnete Papierbahn (6 bzw. 8) aufgesprüht, aufgenebelt oder aufgedampft wird, wobei vorzugsweise wenigstens eine Vorkonditionierungsvorrichtung, insbesondere eine der ersten Papierbahn (6) zugeordnete Vorkonditionierungsvorrichtung (12), zum Bedampfen der zugeordneten Papierbahn (6) mit Wasserdampf ausgebildet und eingerichtet ist und/oder vorzugsweise wobei jeder der Papierbahnen (6, 8) eine separate Vorkonditionierungsvorrichtung (12 bzw. 14) zur separaten, insbesondere unterschiedlichen Vorkonditionierung der Papierbahnen (6, 8) zugeordnet ist, wobei vorzugsweise der ersten Papierbahn (6) eine erste Vorkonditionierungsvorrichtung (12) zugeordnet und an dem Zuführweg der ersten Papierbahn (6) zu dem Prägebereich (30) angeordnet ist und wobei der zweiten Papierbahn (8) eine zweite Vorkonditionierungsvorrichtung (14) zugeordnet und an dem Zuführweg der zweiten Papierbahn (8) zu dem Pressbereich (32) angeordnet ist.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens eine Vorkonditionierungsvorrichtung, insbesondere eine der zweiten Papierbahn (8) zugeordnete Vorkonditionierungsvorrichtung (14), zum Ein- bzw. Auftragen einer Vorkonditionierungsflüssigkeit, vorzugsweise von Wasser, ausgebildet und eingerichtet ist, die Cellulosefasern oder Cellulosepartikel enthält, wobei die Cellulosefasern oder Cellulosepartikel vorzugsweise Mikrocellulose und/oder Nanocellulose, insbesondere Cellulosemikrofasern (CMF) und/oder Cellulosenanofasern (CNF), sind oder enthalten.
  4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Prägebereich (30) eine Walzenanordnung (10) mit einer um eine Prägewalzendrehachse (15) drehbar gelagerten Prägewalze (16) angeordnet ist, die an ihrer Umfangsfläche Prägevorsprünge (42) aufweist zum Bilden der Ausprägungen (11) in der ersten Papierbahn (6), wobei die Prägewalze (16) in Eingriff mit einer Gegenwalze (18) steht, die um eine zu der Prägewalzendrehachse parallele Drehachse (19) drehbar gelagert ist und an ihrer Umfangsfläche Prägeausnehmungen (44) aufweist, die zu den Prägevorsprüngen (42) der Prägewalze komplementär ausgebildet sind und/oder in dem Pressbereich (32) eine um eine Presswalzendrehachse (21) drehbar gelagerte Presswalze (20) angeordnet ist, die zum Verpressen der ersten Papierbahn (6) mit der zweiten Papierbahn (8) mit einer in drehbar gelagerten Gegenwalze (18) zusammenwirkt, deren Drehachse (19) zu der Presswalzendrehachse (21) parallel und derart beabstandet ist, dass zwischen der Presswalze (20) und der Gegenwalze (18) ein Presswalzenspalt gebildet ist zum Verpressen der ersten Papierbahn (6) mit der zweiten Papierbahn (8) entfernt von den Ausprägungen in den Verbindungsabschnitten der Papierbahnen (6, 8).
  5. Einrichtung nach Anspruch 4, wobei die Gegenwalze der Prägewalze (16) und die Gegenwalze der Presswalze (20) durch eine gemeinsame Gegenwalze (18) gebildet sind, derart, dass die Walzenanordnung (10) drei miteinander in Wirkungseingriff stehende Walzen (16, 18, 20) aufweist, wobei vorzugsweise die Drehachse (19) der Gegenwalze (18) auf einer geraden Verbindungslinie zwischen der Prägewalzendrehachse (15) und der Presswalzendrehachse (21) angeordnet ist.
  6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Presswalze (20) eine vorzugsweise motorisch antreibbare Verstellvorrichtung (104) zur Einstellung der Spaltbreite des Presswalzenspaltes entlang einer zur Presswalzendrehachse (21) radial verlaufenden linearen Achse zugeordnet ist und/oder der Prägewalze (16) und/oder der Gegenwalze (18) und/oder der Presswalze (20) eine Heizeinrichtung zum Beheizen der jeweiligen Walze (16, 18, 20) zugeordnet ist zur vorzugsweise voneinander getrennten Einstellung der Temperatur der Walzen (16, 18, 20) und/oder der Prägewalze (16) und/oder der Gegenwalze (18) und/oder der Presswalze (20) jeweils wenigstens ein Temperatursensor (98 bzw. 100 bzw. 102) zur Erfassung der Temperatur der jeweiligen Walze (16 bzw. 18 bzw. 20) zugeordnet ist.
  7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Zuführrichtung zwischen dem Pressbereich (32) und einem Speicher für das fertige Verpackungsmaterial Trocknungsmittel zur Trocknung der in dem Pressbereich (32) miteinander verpressten Papierbahnen (6, 8) angeordnet sind, wobei vorzugsweise die Trocknungsmittel wenigstens zwei in Zuführrichtung zueinander beabstandete Trocknungsvorrichtungen (24, 26, 28) aufweist und/oder wenigstens eine Trocknungsvorrichtung als Infrarotstrahlungs-Vorrichtung (24) und wenigstens eine Trocknungsvorrichtung (26, 28) als Warmluft-Trocknungsvorrichtung ausgebildet ist.
  8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Presswalze (20) zumindest an ihrer Umfangsfläche aus einem elastischen nachgiebigen Material, insbesondere Silikon, besteht.
  9. Verfahren zur Herstellung von Verpackungsmaterial aus Papier,
    wobei wenigstens eine erste Papierbahn und wenigstens eine zweite Papierbahn zu einem Prägebereich und in einem in Zuführrichtung der Papierbahnen dem Prägebereich nachgeordneten Pressbereich zugeführt werden,
    wobei in dem Prägebereich mittels einer Prägevorrichtung aus der ersten Papierbahn Ausprägungen herausgeprägt werden, die über die erste Papierbahn hervorstehen und in der Papierbahnebene der ersten Papierbahn jeweils von einer geschlossenen Umfangslinie begrenzt sind,
    wobei in dem Pressbereich mittels einer Pressvorrichtung die Papierbahnen frei von Klebstoff und verbindendem synthetischem Zusatzmaterial, insbesondere frei von Kunststofffolie, derart miteinander verpresst werden, dass sich in Verbindungsabschnitten zwischen den Ausprägungen Papierfasern der ersten Papierbahn mit Papierfasern der zweiten Papierbahn verbinden und die Papierbahnen im Bereich der Ausprägungen geschlossene Hohlräume begrenzen und
    wobei zur Vorbereitung auf das Prägen in dem Prägebereich bzw. Verpressen der Papierbahnen miteinander in dem Pressbereich die erste Papierbahn und/oder die zweite Papierbahn vorkonditioniert wird bzw. werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei wenigstens eine der Papierbahnen durch Ein- oder Auftragen einer Vorkonditionierungsflüssigkeit, die vorzugsweise Wasser ist oder enthält, vorkonditioniert wird, wobei vorzugsweise die Vorkonditionierungsflüssigkeit auf die zugeordnete Papierbahn aufgesprüht, aufgenebelt oder aufgedampft wird, wobei vorzugsweise die erste Papierbahn zur Vorkonditionierung mit Wasserdampf bedampft wird und/oder wobei vorzugsweise die Papierbahnen mittels separater Vorkonditionierungsvorrichtungen vorkonditioniert werden, insbesondere unterschiedlich vorkonditioniert werden und/oder vorzugsweise die erste Papierbahn mittels einer ersten Vorkonditionierungsvorrichtung vorkonditioniert wird, die an dem Zuführweg der ersten Papierbahn zu dem Prägebereich angeordnet ist und die zweite Papierbahn mittels einer zweiten Vorkonditionierungsvorrichtung vorkonditioniert wird, die an dem Zuführweg der zweiten Papierbahn zu dem Pressbereich angeordnet ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei wenigstens eine Papierbahn, insbesondere die zweite Papierbahn, durch Ein- bzw. Auftragen einer Vorkonditionierungsflüssigkeit, vorzugsweise von Wasser, vorkonditioniert wird, die Cellulosefasern oder Cellulosepartikel, vorzugsweise Mikrocellulose und/oder Nanocellulose, insbesondere Cellulosemikrofasern (CMF) und/oder Cellulosenanofasern (CNF), enthält.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei in dem Prägebereich eine Walzenanordnung mit einer um eine Prägewalzendrehachse drehbar gelagerten Prägewalze verwendet wird, die an ihrer Umfangsfläche Prägevorsprünge aufweist zum Bilden der Ausprägungen in der ersten Papierbahn, wobei die Prägewalze in Eingriff mit einer Gegenwalze steht, die um eine zu der Prägewalzendrehachse parallele Drehachse drehbar gelagert ist und an ihrer Umfangsfläche Prägeausnehmungen aufweist, die zu den Prägevorsprüngen der Prägewalze komplementär ausgebildet sind und/oder wobei in dem Pressbereich eine um eine Presswalzendrehachse drehbar gelagerte Presswalze verwendet wird, die zum Verpressen der ersten Papierbahn mit der zweiten Papierbahn mit einer Gegenwalze zusammenwirkt, deren Drehachse derart zu der Presswalzendrehachse beabstandet ist, dass zwischen der Presswalze und der Gegenwalze ein Presswalzenspalt gebildet ist zum Verpressen der ersten Papierbahn mit der zweiten Papierbahn entfernt von den Ausprägungen in den Verbindungsabschnitten der ersten Papierbahn, wobei vorzugsweise als Gegenwalze der Prägewalze und als Gegenwalze der Presswalze eine gemeinsame Gegenwalze verwendet wird, derart, dass die Walzenanordnung drei miteinander in Wirkungseingriff stehende Walzen aufweist, wobei vorzugsweise die Drehachse der Gegenwalze auf einer geraden Verbindungslinie zwischen der Prägewalzendrehachse und der Presswalzendrehachse angeordnet ist.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei eine Presswalze mit einer vorzugsweise motorisch antreibbaren Verstellvorrichtung zur Einstellung der Spaltbreite des Presswalzenspaltes entlang einer zur Presswalzendrehachse radial verlaufenden linearen Achse verwendet wird und/oder die Prägewalze und/oder die Gegenwalze und/oder die Presswalze beheizt wird bzw. werden, wobei vorzugsweise die Temperatur der Prägewalze und/oder der Gegenwalze und/oder der Presswalze gemessen wird bzw. werden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die in dem Pressbereich miteinander verpressten Papierbahnen in Zuführrichtung zwischen dem Pressbereich und einem Speicher für das fertige Verpackungsmaterial getrocknet werden, wobei vorzugsweise die miteinander verpressten Papierbahnen mehrstufig durch wenigstens zwei in Zuführrichtung zueinander beabstandete Trocknungsvorrichtungen getrocknet werden, wobei vorzugsweise die miteinander verpressten Papierbahnen durch wenigstens eine als Infrarotstrahlungs-Vorrichtung ausgebildete Trocknungsvorrichtung und wenigstens eine als Warmluft-Trocknungsvorrichtung ausgebildete Trocknungsvorrichtung getrocknet werden.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei eine Presswalze verwendet wird, die zumindest an ihrer Umfangsfläche aus einem elastisch nachgiebigen Material, insbesondere Silikon, besteht.
  16. Verfahren zur Herstellung von Verpackungsmaterial aus Papier, wobei eine Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 verwendet wird.
  17. Verpackungsmaterial aus Papier,
    mit einer ersten Papierbahn (6) und mit einer zweiten Papierbahn (8),
    wobei aus wenigstens einer Papierbahn (6) Ausprägungen (11) herausgeprägt sind, die über die Papierbahn (6) hervorstehen und in der Papierbahnebene jeweils von einer geschlossenen Umfangslinie begrenzt sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Papierbahnen (6, 8) an ihren einander zugewandten Flächen ausschließlich aus Papier bestehen und frei von Klebstoff und verbindendem synthetischem Zusatzmaterial, insbesondere frei von Kunststofffolie, vorzugsweise nach Vorkonditionierung der Papierbahnen (6, 8), derart miteinander verpresst sind, dass in Verbindungsabschnitten (110, 112) zwischen den Ausprägungen (11) Papierfasern der ersten Papierbahn (6) mit Papierfasern der zweiten Papierbahn (8) verbunden sind und die Papierbahnen (6, 8) im Bereich der Ausprägungen (11) geschlossene Hohlräume (108) begrenzen, wobei vorzugsweise die jeweils eine Ausprägung (11) begrenzende Umfangslinie kreisförmig oder annähernd kreisförmig ist, derart, dass die Ausprägungen (11) kugelflächenartig ausgebildet sind und/oder die Ausprägungen (11) ein regelmäßiges Muster bilden, insbesondere zeilen- und/oder spaltenartig angeordnet sind.
  18. Verpackungsmaterial nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Papierbahnen (6, 8) aus Recyclingpapier bestehen, wobei vorzugsweise das Recyclingpapier wenigstens einen, insbesondere sämtliche der folgenden Kennwerte aufweist:
    - spezifisches Flächengewicht/Grammatur [ISO 536]: 60 - 140 g/m2
    - Wasseraufnahme nach Cobb60 [ISO 535]: 26 - 113 g/m2
    - Rauheit nach Bendtsen [ISO 8791-2]: ≥ 300 ml/min
    - Berstfestigkeit [ISO 2758]: 160 - 240 kPa
    - SCT-quer INDEX [ISO 9895]: 1,1 - 1,9 kN/m
  19. Verpackungsmaterial nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsabschnitte (110, 112) zwischen den Ausprägungen (11) stegartig ausgebildet sind und/oder dass die Papierbahnen (6, 8) in den Verbindungsabschnitten (110, 112) wenigstens abschnittsweise miteinander vergautscht sind.
  20. Verwendung von Recyclingpapier zur Herstellung eines Verpackungsmaterials, das wenigstens eine Papierbahn aufweist, aus der Ausprägungen herausgeprägt sind, die über die Papierbahn hervorstehen und in der Papierbahnebene jeweils von einer geschlossenen Umfangslinie begrenzt sind, wobei das Recyclingpapier wenigstens einen, insbesondere sämtliche der folgenden Kennwerte aufweist:
    - spezifisches Flächengewicht/Grammatur [ISO 536]: 60 - 140 g/m2
    - Wasseraufnahme nach Cobb60 [ISO 535]: 26 - 113 g/m2
    - Rauheit nach Bendtsen [ISO 8791-2]: ≥ 300 ml/min
    - Berstfestigkeit [ISO 2758]: 160 - 240 kPa
    - SCT-quer INDEX [ISO 9895]: 1,1 - 1,9 kN/m
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