Papier und Papiererzeugung

Erfindung und Ausbreitung des Papiers

Seine Erfindung im Jahre 105 n.Chr. wird dem Chinesen Ts’ai Lun zugesprochen. Als Rohstoff verwendeten die Chinesen fast ausschließlich Maulbeerbaumrinde und Ramiegras, aber auch Lumpen (Hadern) sollen, wie später im Mittelalter, gebraucht worden sein.

Die Papiererzeugung ist, zwar mechanisiert, im Prinzip durch die Jahrtausende gleichgeblieben: Das Papierblatt bildet sich durch Entwässerung des Papierbreies auf einem Sieb.

Offenbar erkannten die Chinesen schnell die Bedeutung des Papiers, denn sie hüteten das Geheimnis seiner Herstellung lange Zeit. Erst im Jahr 610 n.Chr. wurde die Kunst auch in Japan bekannt.

Im Jahre 751 gelangte die Kenntnis des Papiermachens durch chinesische Kriegsgefangene zu den Arabern. Die Araber verbesserten die Herstellung durch die Leimung mit aus Weizenmehl gewonnenem Stärkekleister. Durch die Kriegszüge der Araber verbreitete sich das Papier über Syrien, Ägypten und Nordafrika bis nach Spanien (um ca. 1100 in der Nähe Valencias). Seit 1276 stellte man in Italien Papier her. Man schreibt den Italienern die Metallschöpfsiebe zu (statt der bisher gebräuchlichen aus Seidenfäden). Genau belegt ist, daß sie das Wasserzeichen einführten, einen Leim aus tierischen Rohstoffen verwendeten und mit Hilfe von Wasserkraft betriebene Stampfwerke zum Zerkleinern der Rohstoffe einsetzten. Seit dieser Zeit spricht man von „Papiermühlen“.

Die erste Papiermühle auf deutschem Gebiet, die „Gleismühle“, nahm „Ulman Stromer“ 1390 bei Nürnberg in Betrieb. Als Hauptrohstoffe wurden damals hauptsächlich Hadern pflanzlichen Ursprungs (Hanf, Leinen, Baumwolle) verwendet, deren Hauptbestandteil Zellstoff ist.

Papierherstellung Heute

Die heutigen Druck- und Kopierverfahren verlangen Papier von großer Konstanz, hohem Weißegehalt und einer gleichmäßigen Glätte. Die Herstellungsvoraussetzungen für solches Papier wurden erst gegeben durch:

Rohstoffe

Heute verwendet man als Faserstoffe Holzschliff aus Nadelhölzern und in geringem Maße aus Laubhölzern, Stroh, Jute, Flachs, Hanf und Hadern aus Baumwoll-, Hanf- und Leinenlumpen. Ein weiterer Rohstoff, der immer mehr an Bedeutung gewinnt (Thema Umweltschutz), ist das Altpapier. Altpapier ist das Material, welches nach Gebrauch sonst als Müll keine Bedeutung mehr hat, wie Zeitungen, Verpackungen, usw. Altpapier aus Verlagen, Industrie und Haushalten wird heutzutage wieder dem Recyclingprozeß zugeführt und ist von seinen technischen Spezifikationen her in vielen Bereichen wiederverwendbar (auch als Kopierpapier).

Als Füllstoffe werden Silikone (z.B. Kaolin, Porzellanerde, Talkum), Karbonate (z.B. Magnesiumkarbonat), Oxide (z.B. Titanoxid) und Sulfate (z.B. Schwerspat, Blanc fixe, Gipsfüllstoffe) verwendet. Leimstoffe sind Harzleimmilch aus Kunststoff oder Naturharzen, Wasserglas, Paraffin, Tier- oder Wachsleime. Als Weißpigmente werden Calciumsilikate, Zinksulfite oder andere Aufheller verwendet. Die Farbstoffe bestehen aus wasserlöslichen Farbstoffen und aus Mineralfarben. Die verwendeten Bleichmittel sind Sauerstoff und Wasserstoffperoxyd.

Die Zusammensetzung dieser Stoffe ist, je nach den an Papier gestellten Anforderungen, unterschiedlich und die Rezepturen sind das streng gehütete Geheimnis der Papierhersteller.

Holzschliff

(Feiner gelblicher Faserstoff entsteht durch mechanischen Aufschluß des Holzes). Die verwendeten Holzstämme werden auf 1 - 2 m Länge geschnitten, an der Luft getrocknet und von Rinde und Bast befreit. Zum Schleifen werden die Stämme unter hohem Druck gegen rotierende Schleifsteine (20 m/sek.) gepreßt. Es entsteht eine feine Fasermasse, die zum Reinigen von Fremdstoffen durch Geräte wie Splitterfänger, Sandfänger, Rohrschleuder, geschickt wird und anschließend auf Sortierbleche mit Löchern von ca. 1 mm Durchmesser nach Normal- und Grobstoff geteilt wird. Der Grobstoff wird in Kegelmühlen (Refinern) auf den gewünschten Feinheitsgrad nachgemahlen.

Den so gewonnenen Holzschliff nennt man „Weißschliff“. Die Fasern haben keine chemische Veränderung erfahren. Alle Inhaltsstoffe „Inkrusten“ (Lignin, Harz und Kork) sind noch enthalten. Diese Inhaltsstoffe bewirken ein rasches Vergilben des daraus hergestellten Papiers, weshalb sie nur für minderwertige kurzlebige Papiere verwendet werden.

Für den sogenannten „Braunschliff“ werden die entrindeten, nicht geschälten Stämme vor dem Schliff gedämpft, um die Inhaltsstoffe (Inkrusten) größtenteils zu entfernen. Der braune Holzstoff zeichnet sich durch eine lange, weichere und geschmeidigere Faser als der Weißschliff aus. Der Braunschliff ist in der Farbe hell- bis dunkelbraun. Er läßt sich ohne Zellstoffzusätze (Zellstoff = chemisch aufgeschlossenes Holz oder Gras) gut verfilzen und dient der Herstellung von Packpapier und Lederpappen.

Zellstoff (Cellulose)

Die Zellstoffaser besteht nach chemischer und physikalischer Untersuchung aus Mikrokristallen mit parallel geordneten Celluloseketten. Im Holz befinden sich neben der reinen Cellulose auch Stoffe von geringer oder keiner Quellbarkeit (wie z.B. Korken, Verholzungen), Gummi, Harze und unverbrennbare Bestandteile (Kieselsäure, Calciumcarbonate, etc.).

Der Anteil reinen Zellstoffs (Cellulose) beträgt: 87 - 91 % in Baumwolle, ca. 60 % in Nadelholz und ca.35 % in Getreidestroh. Um aus den verschiedenen Materialien wie Holz, Stroh oder Gräsern den Zellstoff zu gewinnen, werden je nach Rohstoff unterschiedliche Verfahren angewendet.

Sulfitzellstoff (Kurzfaser)

Rohstoffe: Fichte, Buche, Papel, weniger die harzreiche Kiefer
Der so gewonnene Zellstoff ist billiger als bei der Gewinnung durch Sulfat- oder Natronzellstoff, die Ausbeute um ca. 18 % höher, die Qualität jedoch geringer. Durch Nachkochen in schwacher Natronlauge kann man einen Edelzellstoff mit einem 97%igen Cellulose-Anteil gewinnen.

Natronzellstoff (Langfaser)

Rohstoffe: Kiefer, Buche, Stroh
Die Zellstoffausbeute ist geringer als beim Sulfatzellstoffverfahren.

(Natron-) Sulfatzellstoff (Langfaser)

Rohstoffe: Fichte, Kiefer, Buche und Stroh

Vorteil:	Auch schlecht geschältes Holz und Holzabfälle können verwendet werden. Der gewonnene Zellstoff ist weich und von guter Qualität.
Nachteil:	Geringe Stoffausbeute (nur 45 % von lufttrockenem Holz). Beim Kochen und Eindampfen der Laugen entsteht übelriechende Merkaphase (organische Schwefelverbindung)

Altpapier

Vorteil:	Geringer Energieaufwand (26.000 kw/to. Recyclingpapier nur halb soviel wie bei herkömmlichen Papieren) Nur 20 % der für herkömmliches Papier verwendeten Wassermenge von ca. 85 Kubikmetern/to. Entlastung der Mülldeponien (je to Recyclingpapier werden 1,12 to Altpapier verarbeitet). Heute wird ein Fünftel des Altpapiers wiederverwertet.
Nachteil:	Durch das De-Inking (Auswaschen der Druckfarben aus dem Altpapier zur Verbesserung und Aufhellung der Fasern) fallen Chemikalien und Schwermetalle an, welche früher meist ungereinigt als Abwässer in die Kanäle gelassen wurden. Den Unternehmen entstehen Kosten für den Bau von biologischen Kläranlagen und die Verbrennung der zurückbleibenden Schlämme.

Die Ganzstoffaufbereitung

Der Faserstoff

Holzschliff und Zellstoffasern müssen je nach dem späteren Verwendungszweck auf größere oder kleinere Längen rösch oder schmierig gemahlen werden. Rösch gemahlene Fasern sind an ihrem Ende glatt abgeschnitten, schmierig gemahlene abgequetscht. Schmierig gemahlene Fasern nehmen schwerer Feuchtigkeit auf als rösch gemahlene und geben die Feuchtigkeit auch langsamer wieder ab.Papiere mit großer Reißfestigkeit erfordern lange und schmierig gemahlene Fasern.In den modernen Papierfabriken wird der Ganzstoff, der fertige Papierbrei also, in geschlossenen Kegelmühlen, sogenannten Refinern, aufbereitet. Moderne Fabriken besitzen darüber hinaus Stoffzentralen, die die Mengen- und Dichteverhältnisse des Ganzstoffs nach den Erfordernissen des Papiers elektronisch regeln.

Füllstoffe

Um die winzigen Zwischenräume zwischen den Papierfasern auszufüllen, setzt man dem Ganzstoff bis zu 30 % Füllstoffe zu. Durch die Füllstoffe erreicht man eine glattere und geschlossenere Papieroberfläche, wie sie für das Bedrucken, Kopieren und Beschreiben nötig ist. Durch die Füllstoffbeigabe erreicht man auch eine größere Opazität (Undurchsichtigkeit) des Papiers als Voraussetzung für das beidseitige Bedrucken. Außerdem bestimmen die Füllstoffe Klang, Weißegrad, Geschmeidigkeit und Gewicht der Papiere. Zeitungspapiere werden meist ohne oder nur mit geringen Füllstoffzusätzen versehen. Kopierpapiere enthalten spezielle Füllstoffe, die den elektrischen Widerstand des Papiers vergrößern, um eine gleichmäßige Tonerübertragung zu gewährleisten.

Leimstoffe

Bis auf Lösch-, Filter- und Abzugspapiere, deren hohe Saugfähigkeit beabsichtigt ist, werden so gut wie alle Papiere geleimt.Bei der fast ausschließlich gebräuchlichen Leimung im Ganzstoff fügt man dem Papierbrei Natur- oder Kunstharzleim hinzu, der aus einer Emulsion von Harzseife in Wasser besteht. Die Leimmilch wird durch eine Aluminiumsulfatlösung an die Papierfaser gebunden. In der Trockenpartie der Papiermaschine erhärten die Harzteilchen und machen das Papier wasserabstoßend. Normalerweise werden gängige Papiersorten wie folgt geleimt:

Schreibpapiere, Kopierpapiere	1/1 Leimung
Papiere für den Flachdruck	3/4 Leimung
Papiere für den Hochdruck	1/2 Leimung
Papiere für den Tiefdruck	1/4 Leimung

Wertvollen Papieren wird außer Harzleim auch Wachsleim zugesetzt. Wachsleime mindern zwar die Festigkeit, erhöhen aber seine Flächenbeständigkeit. Die im Mittelalter übliche Oberflächenleimung mit tierischen Leimen wird heute nur noch bei sehr wertvollen Papieren benutzt. Dokumentenpapiere, Wertpapiere und extra radierfeste Zeichenpapiere werden innerhalb der Papiermaschine, zwischen Naß- und Trockenpartie, mit stark verdünntem Knochenleim bestrichen.

Farbstoffe

Um bunte Papiere herzustellen, verwendet man heute fast ausschließlich Farbstoff der Petrochemie, die dem Ganzstoff zugesetzt werden. Besondere Bedeutung hat das Weißfärben des Papiers. Um den leichten Gelbstich zu entfernen, der allen Papierrohstoffen anhaftet, setzt man dem Ganzstoff die Komplementärfarbe von Gelb zu, also Violett. Dadurch entsteht subjektiv ein helles Grau; es ist für das menschliche Auge aber weniger störend und wirkt weißer. Mit „Bläuungfarbstoffen" kann man zwar den Gelbstich beseitigen, jedoch geht die Gesamthelligkeit des Papiers etwas zurück. Optische Aufheller dagegen kompensieren den Gelbstich und erhöhen außerdem noch den Weißegrad des Papiers. Es sind chemische Substanzen mit schwacher Eigenfärbung, die das für unser Auge unsichtbare ultraviolette Licht in sichtbare blaue oder violette Strahlen umwandeln. Dadurch verschwindet der Gelbstich, denn die vom Papier reflektierten gelben Lichtstrahlen ergeben zusammen mit den vom optischen Aufheller reflektierten bläulichen Strahlen additiv Weiß, sodaß ein höherer Weißegrad des Papiers vorgetäuscht wird. Je höher der Anteil des optischen Aufhellers im Papier ist, desto bläulicher erscheint das Papierweiß.

So entsteht Papier

Papiererzeugung auf der Langsiebpapiermaschine

Der aus den Halbstoffen bestehende, schöpffertige Ganzstoff hat einen Wasseranteil von ca. 98 %. Bevor er in die Maschinenbütte gelangt, wird er in sogenannten Sand- und Knotenfängern und unter Ausnutzung der Zentrifugalkraft in Rohrschleudern von restlichen Verunreinigungen und Faserverknotungen befreit. In der Maschinenbütte wird er ständig in Bewegung gehalten, um eine gleichmäßige Faserverteilung zu erreichen. Über den Stoffauflauf, der die Menge des benötigten Papierbreis entsprechend der Maschinengeschwindigkeit steuert, gelangt das Material auf das endlose Sieb der Papiermaschine. Dieses Sieb ist aus Kunststoff. Es ist, je nach Anforderung des herzustellenden Papiers, auf einer Länge von 15 bis 30 m zwischen zwei Walzen (Brustwalze und Saugwalze) gespannt. Auf dem Sieb bildet sich sehr schnell eine endlose Papierbahn, der hier schon ein Großteil des enthaltenen Wassers entzogen wird. Um eine bessere Verfilzung der Fasern zu erreichen, wird das Sieb permanent quer zur Laufrichtung geschüttelt. Eine gleichmäßige Breite der Papierbahn (maximal 10 m) wird durch einen dünnen, scharfen Wasserstrahl auf beiden Seiten des Siebes erreicht.

Durch Saugwalzen und mit Unterdruck arbeitenden Saugkästen wird der Papierbrei hart an das Sieb gerissen, wobei sich die Siebstruktur in die noch feuchte Papierbahn einprägt (Siebseite des Papiers). Die Siebseite des Papiers ist rauher als die dem Sieb abgekehrte Seite, die Filzseite (Schönseite). Zur Ausschaltung dieses Mangels wurden neue Papiermaschinen mit Doppellangsieben ausgestattet. Die Papierbahnen von zwei gegenläufigen Sieben werden auf den Siebseiten zusammengeführt und dann als eine Bahn der Trockenpartie zugeführt. Ergebnis: sogenannte „einseitige" Papiere mit zwei Filzseiten, die eine geringere Maßveränderung bei Klimaschwankungen aufweisen und eine höhere Reißfestigkeit haben. Außerdem können auf diese Weise Papiere mit zwei verschiedenartigen Seiten produziert werden. Zu Beginn des letzten Siebdrittels wird die noch feuchte Papierbahn mit einer hohlen Drahtwalze durch Druck von oben verdichtet. Diese Vordruckwalze (Egoutteur) dient auch dazu, gegebenenfalls Wasserzeichen in das Papier einzubringen.

Am Ende des Siebes ist die Papierbahn so fest, daß sie abgehoben und zwischen die Filze der Naßpressen geführt werden kann. In der Naßpresse und der anschließenden Trockenpartie wird dem Papier durch Druck und Wärme die Restfeuchtigkeit entzogen und über Filze abgeleitet. Die Trockenpartie mit ihren Wärmezylindern kann bis zu 100 m lang sein und nimmt somit den größten Teil der Papiermaschine ein. Am Ende der Trockenpartie wird die Papierbahn unter gleichmäßigem Zug aufgerollt. Das so gewonnene Produkt wird als Rohpapier bezeichnet. Rohpapiere für Naturpapiere und Rohpapiere für gestrichene Papiere werden auf gesonderten Anlagen hergestellt. Die Herstellung von Kopierpapieren entspricht der Naturpapierherstellung.

Ausrüstung des Papiers

Naturpapiere

Naturpapiere enthalten keinerlei Veredelung oder Aufbesserung durch einen Strich oder Guß auf der Oberfläche.

Maschinenglatte Papiere

Naturpapiere ohne Satinage

Satinierte Papiere

Naturpapiere, deren Oberfläche auf sogenannten Kalandern geglättet wurde. Die Papierbahn durchläuft dabei unter hohem Druck eine Anordnung von Stahl-, Hartgummi- und Hartpapierwalzen. Diesen Vorgang bezeichnet man als Kalandersatinage.

Gestrichene Papiere

Auf das Rohpapier wird eine milchige Suspension aus Calziumcarbonat mit Bindemittel beidseitig aufgebracht. Als Weißpigmente werden Kaolin, Titanweiß, Bariumsulfat (Blanc-fix) und Glanzweiß verwendet, als Bindemittel Kasein, Maisstärke, Dextrin oder Kunststoffdispersionen. Der Einsatzbereich ist die Druckindustrie.

Maschinengestrichene Papiere

Sie erhalten Ihre Schicht in einem Zusatzaggregat am Ende der Papiermaschine in der Geschwindigkeit der Papierherstellung. Je nach anschließender Satinage erhält man ein „mattes" oder „glänzendes" Papier.

Kunstdruckpapiere (separat gestrichene Papiere)

Sie werden in separat laufenden Streichmaschinen bei langsamerem Tempo und häufig, je nach Qualitätsanforderung, auch mehrfach gestrichen. Die Weißpigmentschicht ist zwischen 0,01 bis 0,05 mm stark und verschließt alle Poren und Unebenheiten des Rohpapiers.

Gußgestrichene Papiere

Sie zeichnen sich durch eine hochglänzende Oberfläche aus, die dadurch erreicht wird, daß die gestrichene Papierbahn zum Trocknen zwischen hochglänzend verchromten und polierten Trockenzylindern hindurchläuft. Die letzte Stufe der Papierproduktion ist die Ausrüstung zu Rotationsrollen oder Bogenformaten.

Papierprüfungen

Laufrichtung

Bei allen auf Langsiebpapiermaschinen hergestellten Papieren ordnen sich die Fasern mit ihren Längsachsen parallel zu der Richtung, in der die Papierbahn durch die Maschine läuft. Man nennt das die Maschinenrichtung oder Laufrichtung. Bei Feuchtigkeit quellen die Fasern fast ausschließlich in ihrer Querrichtung. (Vergleich: Feuerwehrschlauch wird bei zunehmendem Wasserdruck nicht länger sondern dicker). Die Richtung, in der sich die Papiere ausdehnen nennt man Dehnrichtung, sie liegt quer zur Laufrichtung. In der Dehnrichtung verändert sich das Maß eines Bogens bei Feuchtigkeitsaufnahme wesentlich stärker als in der Laufrichtung.

Breitbahn:	Wenn die kurze Seite des Papierbogens parallel zur Maschinenrichtung (Laufrichtung der Papierbahn in der Papiermaschine) verläuft. Kennzeichnung des Handels z.B. 29,7 x 21 cm oder 86 x 61 cm BB
Schmalbahn:	Wenn die lange Seite des Papierbogens parallel zur Maschinenrichtung verläuft. Kennzeichnung des Handels z.B. 21 x 29,7 cm oder 61 x 86 cm SB Beim Offsetdruck sollte der Regel nach die Laufrichtung parallel zur Achse des Druckzylinders sein.

Papiergewicht

Das Papiergewicht wird in Gramm je Quadratmeter (g/m2) angegeben.

Prüfung: Sie schneiden ein 10 x 10 cm großes Stück des zu prüfenden Materials, wiegen es auf einer geeigneten Waage und multiplizieren das angezeigte Gewicht mit 100.

Papiergewichte sind hauptsächlich von der Dicke des Materials abhängig, sodaß auch die Dicke des Materials Aufschluß über das Gewicht geben kann. Dies gilt nicht für Kartongewichte, da sich aufgrund des unterschiedlichen Materials größere Differenzen ergeben können.

Prüfung: Messen Sie mit einer Mikrometerschraube die Dicke des Materials in mm und multiplizieren Sie den Meßwert mit 1000. (Diese Prüfmethode gilt für Papiere mit 1-fachem Volumen.)

Ergebnis: Das Gewicht in g/m2.

Beispiel: 0,08 mm x 1000 = 80 g/m2.

Papiere werden 1-, 1,25-, 1,5-, 1,75-, 2- und 2,2-fachem Volumen hergestellt.

Volumen: (Papierdicke in mm x 1000) : Flächengewicht in g/m2.

Holzschliffgehalt

Der Holzschliffgehalt kann auf verschiedene Art chemisch ermittelt werden. Als Hilfsmittel dienen die verschiedensten Reagenzen.

Füllstoffgehalt

Füllstoffe sind die unverbrennbaren Bestandteile des Papiers. Prüfung: Wiegen Sie von dem zu prüfenden Material 1 g/m2.ab und verbrennen Sie es unter wenig Sauerstoffzufuhr in einem fast geschlossenen Behälter. Die zurückbleibende Asche wiegen Sie nochmals. Bezeichnet man den Gewichtsverlust als A, läßt sich der prozentuale Füllstoffanteil errechnen nach der Formel (A-1) x 100 = Füllstoffanteil in Prozenten.

Saugfähigkeit

Die Saugfähigkeit eines Papiers ist hauptsächlich abhängig von seinem Leimungsgrad, aber auch von seinem Holzschliffgehalt, seiner Glätte und Porösität, seiner Faserdichte, seiner Dicke und von der Luftfeuchtigkeit. Die Saugfähigkeit des Papiers ist maßgeblich für den Verlauf und die Eindringtiefe von Farbstoffen (Druckfarbe, Toner, Tinte, etc.).

Leimfestigkeit

Papiere die beschrieben werden sollen, müssen tintenfest sein. Man bezeichnet sie als vollgeleimt oder leimfest. Durch die Leimung wird den Papieren außerdem ein festeres Gefüge gegeben. Der Leimungsgrad bestimmt also die Saugfähigkeit und Aufnahmefähigkeit für Tinten, Toner, Druckfarben. Die Leime, die den Papieren zugesetzt werden, haben keine klebrigen Eigenschaften (Klebstoffe), sondern durch die Verharzung des Leims in den Kapillaren nach der Blattbildung wird ein späteres Eindringen von Feuchtigkeit verhindert.

Versuch: Zur Prüfung der Tintenfestigkeit zeichnen Sie auf dem zu prüfenden Papier mehrere ca. 1 mm starke Striche in ca. 1 mm Entfernung voneinander. Desgleichen ziehen Sie rechtwinklig zu den ersten noch einmal mehrere Striche über diese hinweg. Wenn die Striche mit scharfen Rändern auftrocknen, ist das Material tintenfest, die Leimfestigkeit also gut. Laufen die Striche aus, handelt es sich je nach dem Grad des Auslaufens um dreiviertel-, halb- oder viertelgeleimte Papiere.

Transparenz

Die Transparenz ist der Grad der Lichtdurchlässigkeit eines Papiers. Die Transparenz ist abhängig von der Dicke, dem Füllstoffzusatz der Holzhaltigkeit des Materials. Geringe Transparenz oder hohe Deckfähigkeit (Opazität) wird von allen Papieren verlangt, die beidseitig bedruckt werden.

Papierfeuchte

Papier ist hygroskopisch, d.h. es nimmt Feuchtigkeit aus der Umluft auf oder gibt Feuchtigkeit ab. Der Feuchtegehalt des Papiers ist wichtig für die Planlage, die Dimensionsstabilität und die elektrische Leitfähigkeit des Papiers. Bei zu trockener Lagerung „tellert" das Material. Die Außenkanten des Stapels geben ihre Feuchtigkeit schneller an die Umwelt ab als die innenliegenden Flächen, die dadurch entstehende Wölbung hat die Form eines Tellers. Bei zu feuchter Umgebung nehmen die Außenkanten zu schnell die Feuchtigkeit an und das Material wird randwellig. In beiden Fällen ist die Planlage nicht mehr gegeben und es kommt zu Problemen bei der Verarbeitung (Quetschfalten im Papierverlauf bzw. Fixiersystem des Kopierers).

Papier sollte immer solange wie möglich in seiner Verpackung gehalten werden. Nach Transporten (Anlieferung), zumal bei extremen Witterungsverhältnissen, sollte man dem Papier die Möglichkeit geben, sich langsam an die neue Umgebungstemperatur anzupassen, um die o.g. Schwierigkeiten auszuschließen.

Die im Papier enthaltene Feuchtigkeit wird in der papierverarbeitenden Industrie im allgemeinen mit dem Stechhygrometer gemessen. Bei dieser Methode macht man sich die relativ gleichmäßige Dehnung oder Schrumpfung des menschlichen Haares bei veränderter Feuchtigkeit zunutze. Die Ausdehnung wird gemessen, umgerechnet und in Prozent relativer Feuchtigkeitsgehalt angegeben. Heute erfolgt dies bereits mittels elektronischer Messung.

Reißfestigkeit

Die Reißfestigkeit eines Papiers wird durch seine Zusammensetzung bestimmt. Holzfreie Papiere sind reißfester als holzhaltige. Bei der Herstellung wird je nach dem Verwendungszweck die Reißfestigkeit durch die stoffliche Zusammensetzung gesteuert. Zur Beurteilung der Reißfestigkeit wurde der Begriff der Reißlänge eingeführt. Unter Reißlänge versteht man die Länge eines gleichmäßig breiten Papierstreifens, bei der er, an einem Ende aufgehängt, durch sein Eigengewicht an der Aufhängung abreißt. Weil jedoch bei den üblichen Reißfestigkeiten Papiere von einigen Kilometern Länge aufgehängt werden müßten, bedient man sich sogenannter Zerreißapparate, bei denen definierte Materialstreifen eingespannt und einer zunehmenden Zugkraft ausgesetzt werden, bis sie zerreißen. Bei diesem Vorgang wird das Reißgewicht und die prozentuale Dehnung des Streifens vor seinem Zerreißen ermittelt. Es müssen mehrere Messungen durchgeführt werden (mind. 10), um einen möglichst genauen Wert zu ermitteln.

Die Prüfung wird in klimatisierten Räumen bei einer Temperatur von 20 bis 25° C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 65 % vorgenommen. Die Kraft, die zum Zerreißen aufgewendet werden muß, nennt man Bruchlast.

Papierglätte

Die Papierglätte kann zuverlässig nur in einem Labor ermittelt werden. Dabei wird mittels Unterdruck die Luftdurchlässigkeit des Materials gemessen. Je rauher das Papier, um so größer die durchgelassene Luftmenge in einer definierten Zeit. Neuere Meßinstrumente tasten mit einer Nadel die Papieroberfläche ab und setzen den auftretenden Niveauunterschied in eine Meßkurve um.

Der pH-Wert des Papiers

Der pH-Wert ist eine Angabe über die Wasserstoff-Ionenkonzentration (Säuregrad). PH- Wert 7 gilt als neutral, über 7 zunehmend alkalisch, unter 7 zunehmend sauer.

Nach Formaten

Die Fläche des Ausgangsformates der A-Reihe ist 1 m2. Aus dem Ausgangsformat (DIN A 0, 841 x 1189 mm) kann durch fortgesetztes Halbieren oder Verdoppeln die A-Reihe abgeleitet werden. Die A- Reihe findet Verwendung bei Papiererzeugnissen wie z.B. Geschäftsbriefen, Vordrucken, Prospekten, Plakaten, Zeitschriften. Die Formate der Zusatzreihen (B- und C-Reihen) finden ihre Anwendung für Papiererzeugnisse, in denen die Erzeugnisse der Reihe A untergebracht werden können, wie z.B. Briefhüllen, Aktenordner, Mappen, usw. Siehe Tabelle nächste Seite.

Papierformate

Formatbezeichnung	A-Reihe	B-Reihe	C-Reihe
B0		1000x1414
C0			917x1297
A0	841x1189
B1		707x1000
C1			648x917
A1	594x841
B2		500x707
C2			458x648
A2	420x594
B3		353x500
C3			324x458
A3	297x420
B4		250x353
C4			229x324
A4	210x297
B5		176x250
C5			162x229
A5	148x210
B6		125x176
C6			114x162
A6	105x148
B7		88x125
C7			81x114
A7	74x105
B8		62x88
C8			57x81
A8	52x74
B9		44x62
A9	37x52
B10		31x44
A10	26x37

Der Offsetdruck

Durch Caspar Hermann kam 1906 der Offsetdruck von Amerika nach Deutschland.

Der Offsetdruck ist ein indirektes Flachdruckverfahren. Die Druckform, eine um einen Zylinder gespannte Druckplatte, gibt den Abdruck auf ein Gummituch ab, das um einen zweiten Zylinder gespannt ist. Dieser zweite Zylinder steht mit einem dritten, dem Gegendruckzylinder, in Verbindung. Zwischen Gummituchzylinder und Gegendruckzylinder wird das Papier durchgeführt. Das Gummituch überträgt den Abdruck auf das Papier. Ein weiterer typischer Bestandteil der Offsetpresse ist das Feuchtwerk oder auch Wischwerk genannt. Die an den bildfreien Stellen wasserfreundliche Platte muß ständig befeuchtet werden, um an den zeichnungsfreien Stellen keine Farbe anzunehmen. Eine Zurichtung im Sinne des Buchdruckes kennt der Offsetdrucker nicht. Die Platte wird auf den Plattenzylinder gespannt und festgezogen. Zu dünne Platten müssen mit Papierbogen unterlegt werden, um eine korrekte Abwicklung zu erreichen. Unter „Abwicklung“ versteht man das Abrollen der Zylinder mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit aufeinander. Nicht korrekt ausdruckende Stellen werden unter dem Gummituch mit dünnen Papierlagen unterlegt. Das Gummituch der Offsetpresse erfordert vom Drucker die größte Beachtung. Durch Stoffknoten und umgeschlagene Bogen kann es leicht zerstört werden. Bei allen Papieren, die im Offsetdruck verarbeitet werden, ist diesem Punkt besondere Beachtung zu schenken.

Beim Einrichten der Druckmaschine ist das Feuchtwerk genau einzustellen, damit nicht zuviel Wasser auf die Platte gelangt, da der Druck sonst grau und streifig wird. Es darf aber auch nicht zuwenig Wasser gegeben werden, da sich sonst an den bildfreien Stellen Farbe ansetzt und der Druck ein verschmiertes und zugesetztes Aussehen bekommt.

Da das Offsetverfahren ein indirektes Druckverfahren ist, wird der Farbfilm zweimal gespalten. Daher muß die Farbe sehr konzentriert sein, weil nur ein Teil von ihr auf das zu bedruckende Papier gelangt. Es können fast alle Papiere mit Erfolg im Offsetdruck verarbeitet werden. Die Qualität des Druckausfalles ist natürlich je nach Papieroberfläche verschieden. Die Feuchtung erfordert eine gute Leimung des Papiers.

Die Fünffarben- bzw. Mehrfarbenmaschine kann als die am meisten verbreitete angesehen werden. Die Hauptvorteile sind die sofortige Kontrolle des Druckergebnisses, die verkürzte Druckzeit, pro Seite nur ein Papierdurchlauf sowie ein kleineres Risiko wegen des Passers. Von entscheidender Bedeutung ist die richtige Farbfolge, die nach dem zu reproduzierenden Original festgelegt wird. Im ersten Werk wird die strengste und bildschärfste Farbe gedruckt, meist das Schwarz. Die weiteren Farben sind Blau, Rot und Gelb, die mit abnehmender Konsistenz gedruckt werden. Gelb ist demnach am leichtesten, da es am großflächigsten gedruckt wird.

Ist der richtige Passer der Farben einmal hergestellt, werden Kontrollbogen zweimal bedruckt, um festzustellen, ob das Papier sich streckt oder die Maschine vielleicht schlecht anlegt.

Sind die einzelnen Farben genau eingepaßt und die Farben abgestimmt, erfolgt die Freigabe zum Auflagendruck. Während des Druckes der Auflage kontrolliert der Drucker fortlaufend Farbton und Passer, damit die bestätigten Werte erhalten bleiben. Besonderes Augenmerk wird auch der Farbtrocknung zugewendet, da das Abziehen des Druckes auf die unbedruckte Rückseite der Bogen einen qualitätsmindernden Mangel darstellt. Um das Abliegen zu verhindern, bestäubt man die fertigen Drucke mit Puder aus Kreide oder Maisstärke.

Rollenoffsetdruck

Die meisten Maschinen im Rollenoffsetdruck sind nach dem Vierzylindersystem, Gummi gegen Gummi, gebaut. Man verwendet bei dieser Art keinen Gegendruckzylinder, sondern läßt die Papierbahn zwischen den beiden Gummituchzylindern hindurchlaufen. Die Bahn wird auf beiden Seiten gleichzeitig bedruckt. In Reihenbauweise werden vier oder fünf derartige Aggregate zu einer Maschine zusammengestellt. Die Laufgeschwindigkeit von Rollenoffsetmaschinen richtet sich nach Format, Farbe und Papier und erreicht zwischen 4 bis 14 m/sek. Maßgebend wirkt sich hier eine nach dem Druck vorgesehene Trockeneinrichtung aus. Prinzipiell ist die Trocknung mit Heißluft, dampfbeheizten Zylindern, Infrarotstrahlen und Gasflamme möglich. Von all diesen Systemen hat sich die kombinierte Trocknung aus Gas und Heißluft am besten bewährt und durchgesetzt.

Dem Trockner ist eine Kühlwalzenpartie nachgeschaltet, in der der fertige Druck abgeschreckt wird, was den sogenannten „Heatset-Farben“ erst ihren hohen Glanz und die ihnen eigene Oberflächenhärte bringt.

Der Rollenoffsetmaschine kann entweder eine Plano-Auslage oder ein Falzapparat nachgeschaltet werden, das herzustellende Druckprodukt entscheidet über deren Einsatz.

Die Papierzufuhr erfolgt über einen Rollenstern, der drei Rollen aufnehmen kann. Ist eine Rolle verbraucht, kann ohne Anhalten der Maschine eine neue Rolle an die ablaufende Bahn angeklebt werden (Autopaster). Papierspannungsregler und Registersteuerungen tragen mit zum Druck einwandfreier Passer bei.

Hauptsächlich werden Kataloge und Zeitschriften im Rollenoffsetdruck hergestellt. Der Glanz der Drucksorten ist besser als bei Bogenmaschinen ohne Trockeneinrichtung. Die Trocknung wird hier durch das Papier und den reichlich vorhandenen Luftzutritt bewerkstelligt. Der Vorteil der Offsetzeitung liegt in der besseren Wiedergabe von mehrfarbigen Bildern, da durch das Gummituch feine Raster auch auf wenig geschlossenen Papieroberflächen mit gutem Erfolg gedruckt werden können.

Das Papier im Offsetdruck

Der Druck als Wechselwirkung zwischen Druckform, Farbe und Papier erfordert bei jedem Druckverfahren besondere Vorbedingungen, die bestimmend für den Druckausfall sind. Das Offsetverfahren mit seinen strengen Druckfarben und dünnen Farbschichten stellt hohe Anforderungen an das Papier als Druckträger.

Als Hauptforderungen für ein geeignetes Offsetpapier können Flachlage, Flächenbeständigkeit, Staubfreiheit und Rupffestigkeit gelten. In der Papierherstellung können diese Eigenschaften, die oft gegeneinanderlaufen, nur durch Kompromißlösungen vereint werden. Die Behandlung des fertiggestellten Papiers in Ausrüstung, Versand und Lagerung ist von ausschlaggebender Bedeutung, da die angeführten Eigenschaften zum großen Teil klimaabhängig sind.

Das Papierblatt reagiert auf jede Klimaänderung in dem Sinne, daß es sich dehnt oder schrumpft und damit seine Abmessungen ändert. Dieses Verhalten ist nicht verwunderlich, ist doch die Papierfaser einem lebenden Organismus entnommen. Treten Unterschiede in der Feuchtigkeit zwischen Papier und umliegender Luft ein, kann es aus diesem Grunde zu Verformungen der einzelnen Bogen und damit zu Störungen im Druck kommen.

Ein in diesem Zusammenhang immer wieder gebrauchter Begriff ist die „relative Luftfeuchtigkeit“, wobei der ideale Wert bei 50 % relativer Feuchte und 22° C liegt, dies gilt für Druckraum und Papier. Es wird empfohlen die verpackten Stapel vor der Verarbeitung mind. 1 Tag im Druckraum stehen zu lassen, um eine optimale Anpassung des Papiers zu gewährleisten.

Tiefdruck

Der Tiefdruck ist das Reproduktions- und Druckverfahren, das bei optimaler Halbtontreue auch für den Druck größter Auflagen eingesetzt werden kann. Zeitschriften, Prospekte, Bücher, Kunstreproduktionen sowie Verpackungen sind die Hauptauftragsgebiete dieses Verfahrens.

Wie in den anderen Druckverfahren werden vom Vorlagenmaterial in der Reproduktionsphotographie Strich- oder Halbtonnegative angefertigt. Nach der Retusche stellt man davon Diapositive her.

Die Texte können entweder im Bleisatz gesetzt und auf Film übertragen oder auf direktem Weg im Photosatz gewonnen werden.

Die Montage ist das Zusammenstellen von Bild- und Textseiten auf einer lichtdurchlässigen Unterlage aus Folie oder Glas. Im Gegensatz zu Buch- und Offsetdruck handelt es sich bei den Bildern nicht um gerasterte Filme, sondern um Halbtonaufnahmen. Die Stellung der Bilder und des Textes muß nach einem Einteilungsbogen genau vorgenommen werden, da schon beim nächsten Arbeitsgang nichts mehr geändert werden kann.

Bei Mehrfarbenarbeiten müssen die einzelnen Farben gesondert mit Hilfe von Paßzeichen auf je eine Folie oder Glasplatte montiert werden. Um sicher zu sein, daß die Montage stimmt, stellt man vor der Kopie eine Lichtpause her.

Der Tiefdruckraster hat eine andere Funktion als der im Buch- und Offsetdruck. Während bei den anderen Druckverfahren der Raster die einzelnen Punkte entsprechend den Tönen der Vorlage groß oder klein hält, erzeugt der Tiefdruckraster nur Stege, die auf dem fertigen Zylinder die Rakel tragen. Heute werden Tiefdruckzylinder meistens mittels elektronischer Gravur hergestellt.

Im Tiefdruckverfahren kann sowohl auf Bogen als auch von der Rolle gedruckt werden. Das Druckwerk der Bogenmaschine besteht aus dem Druckzylinder, Formzylinder und einer mit dünnflüssiger Farbe gefüllten Wanne. Der rotierende Formzylinder taucht in die Farbwanne ein und nimmt Farbe mit. Der Farbüberschuß wird mittels der Rakel von der Oberfläche des Zylinders abgestreift.

Die Rakel ist das Kernstück des maschinellen Tiefdruckes und der empfindlichste Teil der Maschine. Die exakte Reinigung der nicht druckenden Stellen des Tiefdruckzylinders durch das elastische Rakelmesser bedingt eine dünnflüssige Farbe. Die Verwendung der Rakel erfordert ein in der Rotation arbeitendes Verfahren, sowohl Bogen- als auch Rollenmaschinen sind Rotationspressen.

Das Papier kommt mit dem Druckzylinder in direkten Kontakt und nimmt die Farbe aus den Näpfchen mit. Stege und nicht geätzte Stellen sind nicht vertieft, werden völlig blank gerakelt und geben auch keine Farbe auf das Papier ab. Saugfähige, elastische Papiere lassen sich im Tiefdruck leichter verarbeiten als harte, wenig zusammendrückbare.

Tiefdruckwerk (schematisch)

Eine Rotationsmaschine setzt sich aus mehreren gleichartigen Druckwerken zusammen, die je nach Anzahl der herzustellenden Farben aneinandergereiht werden. Die gebräuchlichste Art ist ein Werk für den Schöndruck und vier Werke für den Widerdruck. Um zwei Bahnen gleichzeitig bedrucken zu können, besteht eine Tiefdruckrotationsmaschine in der Regel aus zehn Werken.

Nach jedem Druckwerk läuft die Papierbahn über eine Trockentrommel. Da die Tiefdruckfarben mit leicht flüchtigen Lösungsmitteln arbeiten, wird der Druck sofort wischfest.

Die für das schnelle Trocknen der gedruckten Farben benötigte Wärme wird über Heiztrommeln an die bedruckte Papierbahn gebracht. Die sich dabei bildenden Lösungsmitteldämpfe werden abgesaugt und durch Rückgewinnungsanlagen geleitet. Aktivkohle-Filter halten die Dämpfe zurück. Durch den Behälter mit Aktivkohle, dem sogenannten Absorber, wird dann Wasserdampf geleitet, der durch seine Hitze das dort gebundene Lösungsmittel mitnimmt.

Das Tiefdruckverfahren ist in besonderem Maße dazu geeignet, nicht nur Papier als Druckträger zu benutzen, sondern auch nicht saugfähige Stoffe, wie z.B. PVC-Folien, Metallfolien, Zellglasbahnen oder Nylon. Weiters ist die Herstellung von Drucksorten mit Gold- und Silberdruck in keinem anderen Verfahren so problemlos und einwandfrei.

Lösemeittel-Rückgewinnungsanlage "Supersorbon" für Tiefdruckrotationsmaschinen (schematisch)

Der Buchdruck

Die Erfindung des Buchdrucks wird Johann Gutenberg zugeschrieben, der seine Idee um das Jahr 1450 in die Tat umsetzte. Der Buchdruck ist das älteste Druckverfahren.

Es gibt drei Prinzipien, nach denen Druckmaschinen aufgebaut sind:

Flächendruck
Streifendruck
Rotationsdruck

Einige Fachausdrücke zum Buchdruck:

Unter Anlage versteht man das Anlegen des Papierbogens an drei Punkten, bevor die Greifer ihn erfassen und ihn zum Druck mitnehmen. Dieser Vorgang ist für einen genauen Passer unerläßlich.

Schön- und Widerdruck: Wird der Bogen auf der einen Seite bedruckt, so spricht man von Schöndruck. Der nachfolgende Druck auf der Rückseite wird Widerdruck genannt. Für Schön- und Widerdruck werden je verschiedene Formen verwendet. Die Seitenanlage wird gewechselt. Beim Umschlagen wird zuerst die eine Seite des Bogens bedruckt, der Bogen dann nach seiner Längsseite gewendet und mit derselben Form auf der Rückseite bedruckt. Dabei bleibt die Seitenanlage für beide Druckgänge die gleiche.

Unter Akzidenz versteht man Satzarbeiten, die nicht in das Gebiet des Werk- oder Zeitungssatzes gehören. Die Einzelgebiete des Akzidenzsatzes sind Familien- und Privatdrucksachen, Gesellschafts- und Vereinsdrucksachen, Geschäftsdrucksorten, Prospekte, Zeugnisse, Formulare usw.

Im Buchdruck können keine Bilder in Halbtönen gedruckt werden. Die Farbwalzen färben die Druckform überall gleich stark ein, Buchstaben und Bildflächen erhalten gleich viel Farbe und drucken diese gleich stark auf das Papier. Um ein Bild mit verschieden starken Tönen drucken zu können, muß es in kleinste Druckelemente zerlegt werden. Diese Zerlegung wird photomechanisch durch einen feinen Raster erreicht. Helle Töne werden in kleine, dunkle Töne in große Punkte zerlegt. Aus dem richtigen Abstand gesehen, ergeben diese Tonabstufungen wieder die Tonwerte des Originalbildes.

Raster negativ

Raster positiv

Der Siebdruck

Der Siebdruck ist ein Druckverfahren, bei dem die Druckfarbe durch ein engmaschiges Sieb auf den Druckträger gelangt. Die nichtdruckenden Stellen werden durch Aufbringen einer Folie oder eines Lackes verschlossen.

Zum Drucken wird ein Rahmen aus Holz oder Leichtmetall verwendet, der mit einem Kunststoff- oder Metallsieb bespannt ist. Das auf dem Drucktisch paßgerecht liegende Druckgut wird mit dem schwenkbaren Siebrahmen überdeckt, mittels der Rakel die Farbe durch das Sieb auf die druckenden Stellen übertragen, der Rahmen abgeschwenkt und der Druckträger ausgetauscht.

Die Herstellung des Druckbildes auf dem Sieb erfolgt durch Schablonen, die entweder manuell oder photomechanisch aufgebracht werden können.

Die Vorteile des Siebdruckes sind hoher Farbauftrag, der praktisch auf jedem Druckträger erzielt werden kann, Deckung und große Leuchtkraft der Farben, Verarbeitung von tages- und nachtleuchtenden Farben.

Nachteile sind der langsame Druck- und Trockenvorgang; besonders die Trocknung großer Auflagen erfordert umfangreiche Anlagen.

Interessante Spielarten des Siebdruckes sind das Bedrucken von Flaschen und anderen Hohlkörpern aller Art.

Bürotechnik

Tintenstrahldrucker

Bei diesem Verfahren werden feine Tropfen flüssiger Tinte aufs Papier gespritzt. Eine Vielzahl von Tropfen formen die Schriftzeichen. Die in diesem Bereich angewandten Technologien unterscheiden sich hauptsächlich in der Art und Weise der Projektion der Tintentropfen. Zwei Techniken haben sich hier durchgesetzt:

piezoelektrisches Verfahren und das
Bubble Jet System

Die Druckqualität variiert je nach Anzahl der Tintendüsen – von 48 bis zu 256 je nach Modell –, der Qualität des Druckkopfes, der Dichte der Tropfen, der verwendeten Tinte und der Wahl des Druckträgers.

"Bubble Jet" System

Wärmeelement

piezoelektrisches Verfahren

Ansaugen neuer Tinte --> Ausstoßen des Tintentropfens

Reprografie

- Fotokopierer

Das Original, auf eine Belichtungsscheibe plaziert, wird beleuchtet. Das Licht, welches von der nicht bedruckten Oberfläche zurückstrahlt, wird mittels einer Kamera oder optischer Fasern aufgefangen und auf die Fotoleittrommel übergeführt.

- Laserverfahren

Das Bild wird von einem Scanner oder Computer digitalisiert und mittels eines Laserstrahls über einen rotativen Facettenspiegel, welcher das Bild moduliert und konzentriert, auf die Fotoleittrommel übergeführt.

Der Laser ersetzt das optische System auf der Ebene der Bildübertragung. Er eröffnet großartige Möglichkeiten auf dem Gebiet der Informations- und Bildverarbeitung und kann in den vorhandenen mechanischen Teil in folgender Weise integriert werden:

bei einem "normalen" Kopiergerät erfolgt die Bildübertragung mit einem optischen System: Linsen, Glasfasern
Beim Laserkopierer wird das Bild zuerst von einem Computer oder Scanner digitalisiert. Anschließend wird es mittels Laser auf den Bildempfänger gesendet.

Für den weiteren Ablauf ändert sich das Druckverfahren nicht. Das zu druckende Bild wird auf den von der außenliegenden Aufladebrücke elektrostatisch aufgeladenen Zylinder des Bildempfängers übertragen. Die dem Licht ausgesetzten Stellen werden neutralisiert und es entsteht ein gespeichertes Bild. Die Toner-Partikel werden von der positiven Ladung des Zylinders angezogen. Das Papier läuft zwischen dem Bildempfänger und der stark aufgeladenen Übertragungsbrücke durch, die den Toner auf das Papier zieht. Das Papier läuft dann durch das Fixiersystem, das durch leichten Druck und bei einer Temperatur von 160 bis 210° C den Toner verschmilzt. Danach wird der Zylinder entladen und gereinigt.

Digitale Drucksysteme

Hier unterscheiden wir grundsätzlich 2 unterschiedliche Technologien, und zwar

Non-Impact-Verfahren und
Computer-to-Press-Verfahren.

ad. 1.

Beim Non-Impact-Verfahren (auch Elektronendruck genannt) sprechen wir von Druck, dargestellt und angegeben mittels digitaler Daten, welche mit elektronischen Mitteln bearbeitet und gedruckt werden, die mit Industriegeschwindigkeit laufen. Ausgerichtet ist dieses Verfahren auf Kleinstauflagen bis max. 500 Stück.

Wie funktioniert nun der Digitaldruck an Hand einer Xeikon DCP/32 D-Anlage?

Der Druckprozeß beginnt mit der Auswahl der Papier-Parameterdatei, die sowohl von der Grammatur als auch von der Art des Papiers abhängt. Nachdem das gewählte Papier in die Maschine eingelegt wurde, wird es wie beim Rollen-Offsetverfahren durch die Maschine geführt (ideale Papierfeuchtigkeit 40 %).

Das eingelegte Papier läuft über die erste Führungsrolle, die die Spannungen im Papier ausgleicht, die während des Papierdurchlaufs auftreten können. Dann wird das Papier zu einer beheizten Rolle weitergeleitet, die das Papier vorwärmt, damit es genau die Polarität und Feuchtigkeit hat, die für den Druckvorgang benötigt werden. Danach gelangt es in die Papier-Kühleinheit, wo es auf die vorgeschriebene Temperatur gebracht wird.

Die Maschinen drucken vier Farben beidseitig (oder Kombinationen bis zu 4+4+2) auf gestrichene oder ungestrichene Papiere mit einem Flächengewicht von 80 - 250 g/m2. Die typische Druckauflösung beträgt 600 dpi, durch besondere Rechenverfahren kann aber auch mit variabler Auflösung gedruckt werden. Ein zweiter, parallel angeordneter Satz von CMYK-Druckeinheiten ermöglicht den Duplexdruck. Dabei werden beide Seiten in einem einzigen Durchlauf mit einer Geschwindigkeit von 2100 Blatt A4 pro Stunde einschließlich Bleeds mit einer Größe bis zu A3 bedruckt.

Eine Meßtrommel fühlt die Papiertemperatur und lädt das Papier negativ auf. Als letzter Schritt der Papiervorbehandlung läuft das Papier über eine weite Führungsrolle, damit es die richtige Bahnspannung hat. Die Standard-Druckstufe besteht aus acht verschiedenen Einheiten. Die beidseitig gedruckten Farben werden simultan in folgender Reihenfolge aufgebracht: Gelb, Cyan, Magenta und Schwarz. Für Schmuckfarben oder in Zukunft auch Lacke, sind zwei weitere Druckeinheiten installiert. Jede Druckeinheit verfügt über eine eigene Tonereinheit oder „Tonerbox“.

Der Photorezeptor (die Drucktrommel) wird leicht positiv geladen. Unmittelbar danach wird die Hauptladung aufgebracht. Die Drucktrommel rotiert und die LED-Leiste lädt die Drucktrommel an den Stellen auf, die den Toner aufnehmen sollen. Abhängig von der verwendeten Software können vier verschiedene Spannungen, d.h. vier unterschiedliche Graustufen/Rasterdruck aufgebracht werden. Danach wird die Drucktrommel neutralisiert und überschüssiger Toner entfernt. Während der Photorezeptor den Toner aufnimmt, wird auch das Papier auf die Aufnahme des Toners vorbereitet. Das Papier wird doppelseitig negativ aufgeladen. Durch eine Transferladung wird der Toner vom Photorezeptor auf das Papier übertragen. Danach wird das Papier mit einer Löschladung von jeglichen Ladungsresten befreit. Schließlich doppelseitig eine positive Ladung aufgebracht, damit kein überschüssiger Toner auf dem Papier verbleibt. Dieser Vorgang wiederholt sich für jeden einzelnen Toner, bei Duplexdruck also viermal/Papierseite.

Nach dem endgültigen Tonerübergang läuft die Papierbahn über eine Teflonrolle in die Verschmelzungsstufe, in der der Toner bei 150° C mit Infrarotstrahlung auf das Papier aufgeschmolzen wird. Eine wichtige Besonderheit dieses Digitaldruckverfahrens ist, daß das Papier während des Tonerschmelzens niemals mit dem Transportmechanismus der Maschine in Berührung kommt, wodurch jegliches Verschmieren verhindert wird.

Die Erstellung von Filmen und Platten sowie die langen Druckvorbereitungen entfallen. Durch die Kompatibilität zu Standard-Vorstufenplattformen können alle digital zu druckenden Seiten auf Computern gestaltet oder von anderen digitalen Quellen wie CD-Rom’s, ISDN, SyQuestPlatten, usw. importiert werden. Die Daten werden dann auf den Druckerserver übertragen, der für Jobmanagement, Tracking und Formateinrichtung sorgt. Mehrfach verwendete Jobs, die bereits eingerichtet sind, können im Druckserver auch für die zukünftige Verwendung gespeichert werden.

Der Maschinen-Controller nimmt die RIP-Daten mit hoher Geschwindigkeit auf und leitet sie an die Druckmaschine weiter. Der Controller kontrolliert den Datenfluß zur Druckmaschine und arbeitet als Puffer, mit dem ein Job mit der RIP-Software verarbeitet werden kann, während ein anderer Job bereits gedruckt wird.

Es können individuelle, personalisierte Kopien hergestellt, wechselnde Daten verarbeitet und in einem Durchlauf beidseitig bedruckt werden. Jobs können fliegend gewechselt werden. Der Druck eines Jobs kann sogar unterbrochen werden, um einen Druckjob mit höherer Priorität einzuschieben. Danach kann die Produktion des ursprünglichen Jobs wieder aufgenommen werden. Die Bilder werden mit einer xerographischen Trockentoner-Technik reproduziert und auf Papier gebracht, das der Maschine von Rollen zugeführt wird und die Maschine auf die richtige Größe geschnitten als Bogen verläßt. Durch die Rollenzuführung können diese Digitaldruckmaschinen für Display-Zwecke auch große Formate wie Banner oder Tafeln mit einer Länge von bis zu 10,80 m herstellen.

Die zur Zeit bekanntesten Elektronendruckanlagen sind:

Xeikon DCP/32D
Hier handelt es sich um eine 4-Farben-Rollendruckpresse, die entweder die Rolle-an-Rolle oder Rolle-an-Bogen-Technologie verwendet. Man verwendet einen von Agfa entwickelten Trockentoner basierend auf Elektrofotografie-Technologie.
Diese Maschine arbeitet mit gestrichenen und ungestrichenen Papieren, Filmmaterialien, Selbstkopierpapieren, Adhäsions- und Spezialpapieren bis zu 250 g/m2, solange sie hitzebeständig sind. Die Rollenbreite liegt standardmäßig bei 320 mm, eine neueste Entwicklung verwendet bereits Rollenbreiten bis zu 500 mm.

Agfa Chromapress
Diese Maschine arbeitet ähnlich wie die vorher beschriebene Xeikon-Anlage.

Delphas Systems
Dieses Gerät befindet sich im gemeinsamen Besitz von Avery Dennison, Xerox und Olympus und wird hauptsächlich für Anhänger- und Etikettenproduktion verwendet.

GMC Digital Systems
Diese Anlage bietet 3 digitale Drucksysteme, Rollenbreite von 420 - 520 mm. Die Maschine akzeptiert eine große Auswahl von Substanzen, Plastik oder Klebestoffe eingeschlossen. Grammaturen zwischen 60 - 240 g/m2 können verwendet werden. Hauptsächlich für Strichcodes, Zahlenfolgen, personalisierte Geschäftsformulare, Aussendungen, Anhänger und Etiketten verwendet.

Indigo E Print 100
Hier handelt es sich um eine 4+2-Farben-Bogenbeschickungsanlage, welche mit flüssiger Tinte arbeitet. Sie hat nur eine Druckeinheit, die jede Farbe, eine nach der anderen aufträgt.

Kodak Lionheart
Die erste Anlage, die Hochgeschwindigkeits-Schwarz-Weiß-Drucke in PostScript herzustellen vermag. Verwendet trockene Toner.

Oce 6845
Hier handelt es sich um digitale Kopierer, die hauptsächlich am Büromarkt im Betrieb sind.

Scitex Series 200 Ink Jet Systems
Ein Gerät, welches auf Standardrollendrucksystemen installiert werden kann. Einfarbige Anwendung. Zur Herstellung von Spielkarten, Rechnungsformularen, Lotteriescheinen, Aussendungen, etc.

Xerox Docutech
Docutech liest verschiedene PDL’s (Page Description Language), z.B. PostScript oder Interpress und kann bei mehreren Kommunikationssystemen eingesetzt werden. Eine Reihe von verschiedenen Modellen sind mit verschiedenen Geschwindigkeitsläufen und Farboptionen ausgestattet.

Zusammenfassung

In der Praxis kann man die vorgenannten Anlagen in 3 Kategorien einteilen,

die völlig neue Technologie, wie bei Xeikon und Indigo,
die Entwicklung von schnellen Kopierern zu Elektronendruckmaschinen wie bei Docutech und
die Spezialmaschinen für spezielle Aufgaben wie die Herstellung von Etiketten und Anhängern, Lotteriescheinen, etc.

ad. 2.

Beim Computer-to-Press-Verfahren werden die digitalen Daten, die ebenfalls mit elektronischen Mitteln bearbeitet werden, direkt in der Druckmaschine auf die Druckplatte belichtet. Der Druck erfolgt auf wasserlosen Offsetplatten in konventioneller Form. Die bekannteste Druckmaschine in diesem Segment ist die Heidelberg DI 46-4, bei welcher der Wechsel der Druckform innerhalb weniger Sekunden erfolgen kann, sodaß die Standzeit zwischen 2 Aufträgen nur noch durch die Zeit für die Plattenbeschriftung bestimmt wird. In der Praxis beträgt die Stillstandszeit für einen 60er Raster zwischen 2 Aufträgen nur 8 Minuten. Anstelle einer Metallplatte wird eine Druckfolie verwendet, die eine etwas geringere Auflagenbeständigkeit (ca. 20.000 Drucke) hat.

Das Konzept dieser Druckmaschine zielt auf den Auflagenbereich zwischen 200 und 5.000 und wurde speziell als Gegenpart zum Elektronendruck entwickelt.

Wie funktioniert nun das digitale Computer-to-Press-System an Hand der Heidelberg DI 46-4?

Die digitalen Daten aus dem Computer werden mittels Laserstrahl über Glasfaserkabel an Optiken herangeführt, wo sie zu einem präzisen Lichtstrahl gebündelt werden. Dieser trifft beim Bebildern auf die Druckfolie, die zusätzlich zu ihrem Träger (Polyester) aus einer Zwischenschicht und einer obenliegenden Silikonschicht besteht. Die Silikonschicht wird von den Laserstrahlen durchdrungen und beim Eindringen in die Zwischenschicht von Licht- in Wärmeenergie umgewandelt. Die freigesetzte Wärme löst die Verbindung zwischen der Polyesterträgerfolie und der obenliegenden Silikonschicht. Die Druckfolie nimmt an den freigelegten Polyesterträgerstellen Farbe an. Stellen mit obenliegender Silikonschicht stoßen die Farbe ab.

Der Laserstrahl erzeugt sehr kleine randscharfe Vertiefungen. Die Trennung zwischen farbführenden Stellen und farbfreien Stellen wird durch das wasserlose Offsetprinzip herbeigeführt.

Für die meisten Aufträge wird eine Auflösung von 1.270 dpi empfohlen und damit lassen sich Rasterweiten bis 60 Linien problemlos erreichen.

Dank der spielfrei gelagerten Kugelführung der Laserdiodenschlitten und der genau eingestellten Optiken werden die vier Druckfolien standgenau und simultan bebildert. Es muß kein Register mehr gestellt werden. Der Folienwechsel erfolgt vollautomatisch durch Tastendruck am zentralen Eingabebedienfeld. Dies geschieht mit einem neuartigen Folienspulsystem, bei dem die Druckfolien von einer Vorratsrolle innerhalb des Plattenzylinders abgespult werden. Gleichzeitig werden die bereits gebrauchten Druckfolien des vorhergehenden Jobs auf einer zweiten Rolle im Plattenzylinder aufgewickelt. Das alles passiert gleichzeitig in allen 4 Druckwerken in ca. 30 Sekunden.

Das Folienmagazin in jedem Plattenzylinder beinhaltet eine mehrschichtige Druckfolie für jeweils 35 Druckaufträge. Das Magazin läßt sich nach Aufbrauchen der Druckfolie problemlos austauschen.

Die bebilderten Druckfolien werden mit einer speziellen Reinigungseinrichtung druckfertig gemacht.

Die automatische Farbvoreinstellung erfolgt vollautomatisch vor dem Druckbeginn, was für den Drucker eine große Zeitersparnis ergibt. Manuelle Einstellungen für jede Farbzone und die Farbstreifenbreite sind über das Bedienfeld möglich, unterstützt durch eine komfortable Bildschirmanzeige. Da registergenau bebildert wird, beträgt die Einrichtemakulatur bei der Quickmaster DI, dank der automatischen Farbvoreinstellung, in vielen Fällen nur ganz wenige Bogen. Bei geänderter Maschinengeschwindigkeit erfolgt eine automatische Anpassung der Farbmenge. Die Quickmaster DI ist standardmäßig mit über das Bedienfeld programmierbaren Gummituchwascheinrichtungen ausgerüstet. Weiters hat die Quickmaster DI eine kompakte, gut einsehbare und blendfreie beleuchtete Kettenauslage mit geringem Platzbedarf. Vier Kettengreifersysteme nehmen den frisch gedruckten Bogen vom vierfach großen Druckzylinder ab und führen ihn berührungslos, auch bei Maximalformat, zur Ablage auf den Stapel. Die Druckqualität der DI 46-4 und die, über die gesamte Auflage konstant gehaltene Qualität, sind identisch mit konventioneller Offsetqualität.

Wasserloser Offset

Hier wirkt sich zeitsparend aus, daß keine Farb-Wasser-Balance eingestellt werden muß, da ohne Feuchtwerk bzw. Feuchtmittel gearbeitet wird. Durch kurze Trocknungszeiten ergeben sich beim Umschlagen auch nur kurze Wartezeiten.

Formate, Stärken, Materialien

Für die Quickmaster DI stehen Skalen und Sonderfarben von verschiedenen Herstellern zur Verfügung. Die verwendbaren Bedruckstoffstärken gehen von 60 g/m2 dünnem Bilderdruckpapier bis zu einem 0,3 mm starken Chromolux-Karton. Die Bedruckstoffvielfalt reicht vom Recyclingpapier, Naturpapier, strukturiertem oder gestrichenem Papier, über Kunstdruckpapier bis zu Karton. Die Quickmaster ist formatflexibel, vom größten bedruckbaren Bogen 340 x 460 mm bis zum kleinsten Bogen von 89 x 140 mm. Dazwischen sind alle Formate möglich. Auch Briefumschläge und Versandtaschen können bedruckt werden. Die Quickmaster DI ist die Systemlösung von Heidelberg für den Druck von kleinsten Auflagen vierfarbiger Drucksachen. Eine direkt ansteuerbare Druckmaschine, wie die Quickmaster DI, hängt 100 % von der Qualität und der Quantität der übertragenen Daten ab, welche bei dieser Maschine durch spezielle Verfahren von Heidelberg garantiert wird.

>Der Raster Image Processor (RIP) der Quickmaster DI 46-6

Dieser kann mit einer Maus und der grafischen Oberfläche einfach und problemlos bedient werden. Jeder Auftrag kann entweder separiert oder im Zusammendruck am Bildschirm kontrolliert werden. Diese Funktion ermöglicht dem Bediener die Kontrolle, ob während der PostScript-Interpretation ein Fehler aufgetreten ist. Einen Proof-Ausdruck (Digitalproof) kann sie jedoch nicht ersetzen. Der RIP der Quickmaster DI arbeitet auf der Basis des Betriebssystems Microsoft Windows NT Server 3.5. Die Bedieneroberfläche von Windows NT ähnelt sehr stark der aus dem Bürobereich bekannten Oberfläche Windows 3.1, was die Bedienung des Systems sehr erleichtert.

Die Entwicklung beim Computer-to-Press-Prinzip geht dahin, in Zukunft eine löschbare Druckplatte zu entwickeln. Hier gibt es bereits von MAN-Roland einen Lösungsvorschlag, der in Richtung abwaschbare Druckplatte geht. Das Verfahren ist unter dem Namen DICOWEB angekündgt, wird jedoch frühestens 1999 verfügbar sein.

Non-Impact-Printing oder Computer-to-Press?

Potentielle Anwender des Digitaldrucks müssen in einem ersten Entscheidungsschritt die Frage beantworten, ob sie ein Non-Impact-Printing-System oder Computer-to-Press-System kaufen wollen. Um einen Systementscheid fällen zu können, wird man zunächst folgende Fragen beantworten müssen:

Um welches Auftragsvolumen handelt es sich pro Jahr?
Liegen die erwarteten Druckaufträge mehrheitlich in einem Auflagenbereich unter 500 oder darüber?
Habe ich Aufträge, um personalisiert drucken zu können?
Möchte ich elektronisch zusammentragen?
Brauche ich eine Auflösung von über 800 dpi?
Verfügt mein Betrieb zur Bedienung einer Digitaldruckmaschine eher über Vorstufenfachleute oder über Drucker?
Ist eine Inline-Verarbeitung notwendig, oder verfüge ich über separate Weiterverarbeitungsmöglichkeiten?
Spielen Schmuckfarben bei meinen Aufträgen eine große Rolle?
Müssen die Druckerzeugnisse eine erhöhte Scheuerfestigkeit und Farbfilmhaftung aufweisen?

Vergleicht man die auf diese Fragen gegebenen Antworten mit den Merkmalen der beiden Systeme und rangiert man zusätzlich die Wichtigkeit der gestellten Anforderungen, wird man in der Regel eine Antwort bezüglich der Systemwahl erhalten.

Druckfarben

Druckfarben werden durch Druckmaschinen auf den Bedruckstoff gedruckt. Es werden Schichtdicken von 0,5 bis 5 µm, vorzugsweise 1 bis 2 µm erzeugt. Wegen der geringen Schichtdicke sind die Druckfarben sehr hoch pigmentiert (ca. 5 bis 30 %). Druckfarben sind meist durchscheinend (transparent), da bei einem Übereinanderdruck zweier Farben die Mischfarbe erzeugt werden soll. Druckerzeugnisse werden auf schnell laufenden Druckmaschinen in großer Stückzahl (6.000 bis 100.000 Exemplare/h) erzeugt. Druckfarben müssen daher in Sekundenschnelle trocknen bzw. verfestigt sein.

Zusammensetzung der Druckfarbe:

Generell sind in allen Druckfarben vier Stoffklassen enthalten:

Farbmittel
Bindemittel
Lösemittel bzw. Verdünnungsmittel
Hilfsmittel

Die Farbmittel sind für den gewünschten Farbton (Buntton), die Farbstärke, die Sättigung und die Dunkelstufe verantwortlich. Die Bindemittel haben die Aufgabe, die Farbmittel zu umhüllen, sie auf dem Bedruckstoff festzuhalten und dem getrockneten Druckfarbenfilm entsprechende mechanische Festigkeit zu verleihen. Die Lösemittel haben die Aufgabe, die Bindemittel zu lösen und die Druckfarbe in der Druckmaschine verarbeitbar zu halten. Im Flexo-, Tief- und Siebdruck sollen sie auf dem Bedruckstoff möglichst rückstandsfrei verdunsten und damit die Filmbildung der Bindemittel ermöglichen. Die Hilfsmittel werden den Druckfarben oft nur in kleinen Mengen zugesetzt, die aber für die Qualität einer Druckfarbe entscheidend sein können.

Aus den genannten vier Stoffklassen werden dann die Druckfarbenrezepte erstellt. Die prozentuale Zusammensetzung kann sehr unterschiedlich sein und hängt vom Druckverfahren und vom Verwendungszweck ab. Ein grobes Schema gibt folgende Aufstellung:

Farbmittel 5-30 %
Bindemittel 15-60 %
Löse- bzw. Verdünnungsmittel 20-70 %
Hilfsmittel 1-10 %

Trocknungsvorgänge

Dreiwalzenstuhl zur Dispergierung von dickflüssigen bis pastösen Druckfarben

Für die Verarbeitung in der Druckmaschine müssen die Druckfarben flüssig oder zumindest pastös sein. Auf dem Bedruckstoff sollen sie sich jedoch unmittelbar nach dem Druck verfestigen, sodaß beim Weitertransport in der Druckmaschine und bei der Weiterverarbeitung keine Schmierstellen oder andere Beeinträchtigungen des Druckbildes entstehen. Daher ist die Trocknung eine entscheidende Eigenschaft einer guten Druckfarbe. Man unterscheidet folgende Trocknungsarten:

Wegschlagen in saugfähigen Bedruckstoff
Verdunsten des Lösemittels
oxydative Trocknung
Trocknung durch energiereiche Strahlung (UV, Elektronenstrahlhärtung)

Die beiden ersten Trocknungsarten werden physikalisch genannt, da keine stofflichen Veränderungen eintreten, sondern nur das Aufsaugen von Lösemitteln durch den Bedruckstoff bzw. das Verdunsten der Lösemittel in der Luft erfolgen, wobei dann die Bindemittelanteile sich verfestigen. Die beiden letzteren werden auch chemische Trocknung genannt, da die Moleküle der Bindemittel durch Sauerstoffaufnahme bzw. durch Polymerisation vergrößert werden. In vielen Fällen wird aber eine Kombination von verschiedenen Trocknungsarten beobachtet.

Anwendung der Druckfarbe

Wie bereits erwähnt werden Druckfarben in Druckmaschinen verarbeitet. Es gibt verschiedene Druckverfahren, wie z.B.

Offsetdruck
Tiefdruck
Siebdruck
berührungsloser Druck (nonimpact-Druck) wie z.B. das Ink Jet-Verfahren, die Kopierautomaten oder der Laserdrucker

Beim Offsetdruck liegen die druckenden und die nichtdruckenden Stellen in einer Ebene. Dies wird durch chemische Behandlung der Druckplatte ermöglicht. Die nichtdruckenden Stellen werden mit Wasser eingefeuchtet und nehmen keine Druckfarbe an. Die druckenden Stellen nehmen die Druckfarbe an. Der Druckvorgang wird durch die Übertragung der Druckfarbe auf ein Gummituch eingeleitet. Vom Gummituch wird sie dann auf den Bedruckstoff übertragen.

Im Tiefdruck sind die druckenden Stellen in die Druckform eingeätzt, eingeschnitten oder eingraviert. Hier unterscheidet man Rastertiefdruck und Stichtiefdruck (Stahlstich). Die Druckfarbe wird aufgetragen und der überschüssige Anteil mit einer Rakel abgestreift.

Beim Siebdruck besteht die Druckform aus einem Sieb, bei dem die nichtdruckenden Stellen durch geeignete Maßnahmen verschlossen wurden. Die Druckfarbe wird mit einer Rakel über das Sieb gestrichen– der Bedruckstoff liegt dabei bereits unter dem Sieb– und durch die offenen Stellen auf das zu bedruckende Material übertragen.

Zum Papier & Druck Lexikon

Quellenverzeichnis

L & M, » Druckverfahren“
Heidelberg
MoDo
Austro Papier Bibliothek "Unser Papier"
Mohn, Offset-Ratgeber
Polygraph Verlag “Lehrbuch der Druckindustrie“
Gebr. Schmidt