Projekt 18926/01

Entwicklung eines Energie sparenden Verfahrens zum maschinellen Klebebinden

Projektträger

Ribler GmbH
Plieninger Str. 58
70567 Stuttgart
Telefon: 0711/723045

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Der Förderantrag bezieht sich auf das Binden von Taschenbüchern, auch als Softcover oder Paper-back bezeichnet, Broschüren und das neueste Angebot Printing on demand für Digitaldruck. Diese Druckerzeugnisse werden in Auflagen von 1 bis > 5000 hergestellt. Das Vorhaben hat das Ziel, den hohen Energieverbrauch beim konventionellen Binden aufgrund der Verwendung von Heißkleber drastisch zu reduzieren und weitere Umweltprobleme, die aus der Verwendung dieses Klebers resultieren, zu vermeiden. Dazu sollte ein Verfahren zum automatischen Klebebinden entwickelt werden, das auf einem Dispersionsklebstoff basiert, der kalt verarbeitet wird. Das Vorhaben verbessert auch die Qualität der Broschüren, da die Blätter besser haften und das Buch flach aufgeschlagen liegen bleibt. Es klappt also nicht zu. Der Buchrücken bricht nicht mehr wie bei den konventionell gebundenen Produkten.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Entwicklungsarbeiten begannen mit der Entwicklung und Beschaffung geeigneter Dispersionskleber. Dieser Klebstoff muss aus einem geschlossenen System aufgetragen werden, um das Abdampfen der wässrigen Phase zu vermeiden. Deshalb war zunächst eine Auftragvorrichtung mit gesteuertem Verschluss zu entwickeln, wobei die Auftragdüse Klebstoffabstoßend zu beschichten ist. Die Klebung mittels Kaltleim erfordert eine bessere Aufbereitung der Blattfasern an der Klebekante des Buchblocks, um eine gute Penetration und Verankerung des Dispersionsklebers in den Blattfasern zu erreichen. Dies wird mit einer neuartigen Fräsmethode erreicht. Dafür waren geeignete Fräswerkzeuge sowie die Schnittdaten zu entwickeln. Bei entsprechender Behandlung der Blattkanten entsteht eine Art Löschblatt- oder Kapillareffekt und, verstärkt durch die rheologischen Eigenschaften des Kaltleims, kommt es zu der gewünschten Penetration.
Danach wurde der Prototyp einer automatischen Bindemaschine erstellt, die mit den neuen Komponenten für Fräsen der Blattkanten und Klebstoffauftrag bestückt ist. An diesem Prototyp mussten die angeführten Eigenschaften nachgewiesen werden. Für die erfolgreiche Durchführung des Projekts wurde Fachwissen aus verschiedensten Gebieten benötigt, weshalb entsprechende Fachleute in die Entwicklungsarbeiten eingebunden wurden.


Ergebnisse und Diskussion

Es wurde ein neuartiges Buchbindeverfahren entwickelt, das vor allem für Bücher und Broschüren mit Klebebindung verwendet werden soll. Das Verfahren soll die Klebebindung mittels Heißklebern (Hotmelt) ersetzen, da diese Bindetechnik erhebliche Nachteile aufweist, wie hoher Energieverbrauch durch tägli-ches Aufschmelzen und Flüssighalten während der gesamten Arbeitszeit, Freisetzung gefährlicher Dämpfe bei höheren Temperaturen, Entstehen von Crackprodukten, welche die Qualität und Haltbarkeit der Bindung negativ beeinflussen. Auch ist die Reinigung problematisch, anfallender Abfall muss als Sondermüll entsorgt werden. Nachteilig für den Leser ist insbesondere, dass sich derart gebundene Bücher nicht flach aufschlagen lassen. Er muss sie beidhändig halten, da sie sonst aufgrund der Rückstellkräfte des Schmelzklebers im Buchrücken sofort zuklappen. Zudem ist die Haltbarkeit der Hot-melt-Bindung gering; häufig bricht der Buchrücken und einzelne Blätter reißen aus.
Ziel der Entwicklung war es zunächst, den Schmelzkleber durch einen Kaltleim auf Dispersionsbasis zu ersetzen. Dazu mussten zusammen mit namhaften Herstellern neue, wasserbasierte lösemittelfreie Kle-ber entwickelt werden. Als Inhaltsstoffe wurden Polyvinylacetat (PVA) und Polychloropren (PCR) in verschiedenen Zusammensetzungen erprobt, wobei PCR die besten Ergebnisse zeigte.
Diese Klebstoffe müssen aus geschlossenen Systemen aufgetragen werden, um das Abdampfen der wässrigen Phase zu vermeiden. Nach Prüfung des Marktangebotes wurde erkannt, dass eine spezielle Dosier- und Auftragseinheit entwickelt werden musste, die die Klebstoffmenge und dessen Auftragung automatisch an Format und Dicke der zu bindenden Druckerzeugnisse anpasst. Die Dosiervorrichtung wurde zum Patent angemeldet.
Die Bearbeitung des Buchrückens wurde wesentlich verbessert, in dem durch neuartige Fräswerkzeuge eine Auffaserung der einzelnen Blattkanten im Bindebereich erzielt wurde. Beste Ergebnisse wurden durch die Verwendung von Saphirschneiden (kristallines AL2O3) erzielt. Durch die weitgehende Faserfreilegung an jeder Blattkante kann der Kaltleim sehr gut in die Blattkanten eindringen, wodurch mit geringen Klebstoffmengen eine sehr haltbare Klebebindung entsteht.
Der Erfolg der Entwicklung hinsichtlich der Qualitätssteigerung der Bindetechnik konnte an einem Prototyp nachgewiesen werden. Die beabsichtigte Energieeinsparung gegenüber der konventionellen Binde-technik mit Heißklebern wurde ebenfalls erreicht. Mit der neuen Bindemaschine können täglich etwa 130 kWh an elektrischer Energie eingespart werden. Da in Deutschland etwa 1 500 Bindemaschinen in Gebrauch sind, bietet die neue Technik die Möglichkeit zu einer mittelfristigen Energieeinsparung in der Größenordnung von über 40 000 MWh pro Jahr. Auch die anderen oben angeführten Umweltbelastungen entfallen durch die Verwendung der neuen Bindetechnik mit Kaltleim. Das neue Bindeverfahren arbeitet zudem wesentlich wirtschaftlicher als konventionelle Verfahren.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse dieser Entwicklungsarbeit wurden bereits in verschiedenen Medien bekannt gemacht. Sie wurden sowohl im Fachmagazin Deutscher Drucker als auch bei großen Herstellern von Druckmaschinen in Europa und den USA und auf Messen präsentiert. Kopien von Presseveröffentlichungen befinden sich im Anhang des Abschlussberichts.
Das Projekt wurde auch in der DBU-Broschüre Energiesparende Verfahren und Produkte vorgestellt.


Fazit

Mit dem Projekt wurde das Ziel verfolgt, den hohen Energieverbrauch beim Buchbinden mittels Schmelzklebern drastisch zu reduzieren und die weiteren Umweltprobleme, die aus der Verwendung des Heißklebers resultieren, zu vermeiden. Gleichzeitig sollte die Bindung in ihrer Haltbarkeit und den Gebrauchseigenschaften verbessert und der Bindevorgang kostengünstiger gestaltet werden.
Diese Ziele konnten mit der Entwicklung einer neuartigen Bindemaschine und der Substitution des üblichen Schmelzklebers durch einen für diesen Einsatzbereich neu entwickelten Kaltleim erreicht werden. Innovativer Kern ist eine bessere Aufbereitung der Blattfasern an der Klebekante des Blattrückens durch neuartige Fräsmethoden, die mit geringen Mengen Dispersionskleber hohe Festigkeiten erreicht. Auch ein neuartiges Klebstoffdosier- und Auftragssystem wurde entwickelt. Das neue Bindeverfahren wurde bereits in die Bindemaschinen der Ribler GmbH integriert.