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PATENTANSPRÜCHE i. Vorrichtung zur kontinuierlichen Beschichtung bewegter Materialbahnen mit fliessfähigen Beschichtungsmitteln, wobei eine Antragswanne und Rakelstäbe vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass in Bahnlaufrichtung gesehen, je ein Kanal (2) parallel vor und hinter der an den Seitenwänden (6) verschlossenen Antragswanne (7) liegt und mit ihr in Verbindung steht, wobei die Seitenwände der Kanäle (2) dem Radius der von ihnen geführten Rakelstäbe (5) angepasst sind und die Kanäle (2) in ihrer Breite schmäler sind als der Durchmesser der über die Seitenwände der Kanäle hinausragenden Rakelstäbe.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (2) gegenüber der Antragswanne (7) eine Schrägstellung aufweisen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schrägstellung die Kanäle (2) gegenüber der Antragswanne (7) derart angeordnet sind, dass die Resultierende im Kräfteparallelogramm, das sich aus der Grösse und Richtung der am Rakelstab (5) angreifenden Kräfte zusammensetzt, die sich aus der Führung der Materialbahn (15) ergeben, wenigstens nahezu in das Zentrum des Kanals (2) gerichtet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (2) rechteckigen Querschnitt aufweisen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass über die gesamte Länge der Kanäle (2) in diese Rakelblechstreifen (4) eingelassen sind, wobei die Rakelblechstreifen zwischen 0,1 bis 3,0 mm über die Oberkante der Kanäle (2) hinausragen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rakelblechstreifen (4) beidseitig in die Kanäle (2) eingelassen sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rakelblechstreifen eine Stärke von 0,02 bis 0,5 mm aufweisen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rakelblechstreifen (4) aus federndem Material gebildet sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rakelblechstreifen (4) als mit den Kanälen (2) korrespondierende, im Querschnitt gesehen, Uförmige Blechprofile ausgebildet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rakelblechstreifen (4) als Ein zeibleche ausgebildet sind, die mittels einer Klemmleiste (3) in den Kanälen (2) gehaltert sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rakelstäbe (5) antreibbar sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rakelstäbe (5) gegenläufig antreibbar sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rakelstäbe (5) einen Durchmesser von 5 bis 50 mm aufweisen.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rakelstäbe unterschiedlichen Durchmesser auftveisen, wobei der, in Bahnlaufrichtung gesehen, hinter der Antragswanne (7) liegende Rakelstab (5) den grösseren Durchmesser aufweist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Antragswanne (7) und die Kanäle (2) in einen Grundkörper (1) eingearbeitet sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in den Grundkörper (1) Bohrungen (8) eingearbeitet sind, die die Kanäle (2) mit der Antragswanne (7) verbinden.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 16 dadurch gekennzeichnet, dass in den Grundkörper (1) Bohrungen (9, 11) zur Zuführung des Beschichtungsmittels eingearbeitet sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Bohrungen (9, 11) ein Druckausgleichskanal (10) angeordnet ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1) und/oder die Rakelstäbe (5) mit Bohrungen (12) zur Durchströmung eines Temperierungsmittels versehen ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1) mit einer Einrichtung zur Höhenverstellbarkeit (14) versehen ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Rakelstäbe (5) mit Draht umwickelt sind.
22. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, zur kontinuierlichen Beschichtung von bewegten Materialbahnen aus Papier, Kunststoff und Metall mittels fliessfähiger Beschichtungsmittel.
Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsvorrichtung zum kontinuierlichen Beschichten von bewegten Materialbahnen wie z.B. Papier- oder Metallbahnen, vorzugsweise jedoch Folienbahnen aus Kunststoffen oder Zellglas mit fliessfähigen Beschichtungsmitteln wie Dispersionen, Emulsionen, Lösungen, Schmelzkleber u.dgl.
In der Papier- und Folienveredelungsindustrie hat eine Vielzahl verschiedenartigster Technologien zum Beschichten laufender Materialbahnen Eingang gefunden. So bedient man sich z.B. eines sogenannten Rollrakelantrages, wie er in den DE-OSn 1 577 647 und 2 034 004 beschrieben ist. Die Fig. 2 der erstgenannten Offenlegungsschrift verdeutlicht sehr gut die Wirkungsweise solcher Verfahren. So wird zunächst über eine mit- oder gegenläufig rotierende Anschleppwalze, die in eine mit Beschichtungssubstanz gefüllte Antragswanne eintaucht, im Überschuss Beschichtungsmittel an das zu beschichtende Substrat, z. B. eine Papier-, Folien- oder Metallbahn angetragen.
Die notwendige Dosierung auf das jeweilige gewünschte Antragsgewicht erfolgt dann unmittelbar danach durch ein nachgeschaltetes Rollrakel, üblicherweise ein rotierender glatter oder gegebenenfalls auch mit Drähten in den verschiedensten Stärken bewickelter Rundstab, im letzteren Falle in der Technik auch unter dem englischen Fachausdruck wire-bar bekannt.
Diese Vorrichtungen, z. B. verkörpert durch die DE-OS 1 577 647, die sich freigelagerter Stäbe, deren Durchmesser sich in etwa im Bereich von 40 mm bewegt, bedienen, haben jedoch Nachteile, vorwiegend aufgrund verarbeitungstechnischer Probleme. So ergeben sich z.B. Verschmutzung des Rakelstabes durch anhaftendes, antrocknendes Beschichtungsmittel, woraus Qualitätsbeeinträchtigungen der Beschichtung durch Ausbildung von Streifen und Strukturen resultieren.
Im Fortschreiten der Technik wurden die heute gängigen Vorrichtungen, wie sie in den DE-OSn 2 034 004 und 2 307 404 veranschaulicht sind, entwickelt. Kennzeichnend für diese Systeme sind die erheblich reduzierten Rakelstabdurchmesser, die Lagerung des Rakelstabes in einem ihn auf der gesamten Länge unterstützenden und z. T. umschliessenden Rakelbett sowie Einrichtungen zum Reinhalten des rotierenden Stabes in Gestalt von Abstreifkanten und Nuten zum Spülen.
Trotz dieser unbestreitbaren Verbesserungen weisen diese Vorrichtungen noch erhebliche, ihren universellen Einsatz behindernde Mängel auf. Ein Nachteil ist vor allen Dingen in der beibehaltenen Kombination der neuen Dosiereinrichtung mit
dem konventionellen Anschleppsystem in Form von Tauch-, Übertragungs- und/oder Antragswalzen zu sehen. Dieser Umstand macht sich besonders bei der Hochgeschwindigkeitsbeschichtung mit gegen äussere Einflüsse anfälligen Beschichtungssubstanzen, z.B. scherempfindlichen, zur Koagulat- und Schaumbildung neigenden Polyvinyliden-Dispersionen, störend bemerkbar. Bei angestrebten Bahngeschwindigkeiten von 300 bis 400 m/min muss die von den Maschinenherstellern traditionsgemäss gern gross dimensionierte Anschleppwalze, z.B. mit Durchmessern von d = 200 mm und mehr, ja ebenfalls hochtourig laufen, um einen überschüssigen Antrag zu gewährleisten. Schaumberge in der Antragswanne sowie eine daraus resultierende minderwertige, blasige Beschichtung sind in kürzester Zeit die Folge.
Naheliegende Gegenmassnahmen in Form einer Reduzierung des Anschleppwalzendurchmessers bewirken aber wiederum gerade das Gegenteil. Kleinere Walzen muss man, da sie weniger Kontaktfläche besitzen, im Hinblick auf die durch eine grosse Walze einmal vorgegebenen vergleichbaren Antragsgewichte mit entsprechend höheren Drehzahlen betreiben.
Auch eine Modifizierung der Walzenoberfläche durch Nutung, Rasterung oder gleichwertige Methoden, die eine höhere Anschlepprate erwarten lassen, bringt nicht den erforderlichen Einfluss im Hinblick auf die Senkung der Walzendrehzahl.
Zur Umgehung der geschilderten Probleme ist man in den meisten Fällen zu einer Notlösung übergegangen, nämlich einem ständigen vielfachen Umpumpen der Beschichtungssubstanz. Jedoch stellt dieser Schritt, auch wenn das Umpumpen mit geeigneten Förderaggregaten wie Membranpumpen, u.a.
relativ schonend erfolgt, zweifellos noch eine zusätzliche schädigende Belastung für das Beschichtungsmittel dar.
Neben den geschilderten verfahrensbedingten Nachteilen weisen aber auch noch die eigentlichen Rolirakelsysteme technisch-apparativ bedingte Mängel auf. Dazu zählt u. a. die bevorzugte Verwendung von Rakelbetten aus Kunststoffen, wie z. B. Polyäthylen, Polypropylen, Polyamid, Polytetrafluoräthylen u. a. oder auch kautschukähnlichen Materialien.
Die einem Verschleiss unterliegenden und damit nur zeitlich begrenzt einsatzfähigen Rakelbettprofile werden in separaten Fertigungsgängen entweder als Profil extrudiert, gegossen oder auch durch mechanische Bearbeitungsverfahren wie Fräsen, Hobeln, Bohren usw. aus vollen Materialien herausgearbeitet. Dass diese Fertigungsmethoden kostenintensiv sind, ist verständlich und in Anbetracht, dass die verbrauchten Rakel weggeworfen werden müssen, nicht ökonomisch, zumal hierdurch die laufenden Gesamtbetriebskosten für die Beschichtung beeinflusst und Stillstandzeiten in Kauf genommen werden müssen.
In nicht wenigen Fällen ist die Temperierung, d. h. sowohl Kühlung als auch Beheizung, der Beschichtungssubstanz sowie auch der Vorrichtung eine verfahrenstechnische Notwendigkeit. Die schlechten Wärmeleiteigenschaften der Kunststoff Rakelbetten verhindern in dieser Situation aber die Einstellung optimaler Betriebstemperaturen, was als weiterer Nachteil der konventionellen Antragssysteme gewertet werden kann.
Ein weiterer Mangel der bekannten Vorrichtungen ist in den Spülkreisläufen zur Reinhaltung der Rakelstäbe zu sehen.
Da erfahrungsgemäss keine vollkommene Abdichtung dieser Systeme zu erreichen ist, besteht durchaus die Möglichkeit, dass das Spülmedium mit der Beschichtungssubstanz in Berührung kommt. Im Fall z.B. der Polyvinyliden-Beschichtung kann der Kontakt des bevorzugt angewendeten Spülmittels Wasser zur Ausfällung der Dispersion führen. Ähnliches ist selbstverständlich auch bei reaktionsfähigen Kleberansätzen oder Lösungen nicht auszuschliessen. Der dabei anfallende Koagulatschlamm verstopft einerseits die Spülkanäle und kann weiterhin sogar durch den rotierenden Rakelstab in das Kunststoffbett eingetragen werden, wodurch letzteres unbrauchbar wird.
Es stellte sich somit die Aufgabe, eine technisch fortschrittliche Beschichtungsvorrichtung zu entwickeln, bei der die aufgezeigten Nachteile und Mängel der zum Stand der Technik gehörenden Einrichtung vermieden werden.
Gelöst wird die vorstehend genannte Aufgabe durch eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Beschichtung laufender Materialbahnen mit fliessfähigen Beschichtungsmitteln, wobei eine Antragswanne und ein Rakelstab vorhanden ist, deren kennzeichnendes Merkmal darin besteht, dass, in Bahnlaufrichtung gesehen, je ein Kanal parallel vor und hinter der an den Seitenwänden verschlossenen Antragswanne liegt und mit ihr in Verbindung steht, wobei die Seitenwände der Kanäle dem Radius der von ihnen geführten Rakelstäbe angepasst sind und die Kanäle in ihrer Breite schmäler sind als der Durchmesser der über die Seitenwände der Kanäle hinausragenden Rakelstäbe.
In der Praxis hat sich eine Vorrichtung bewährt, bei der die Kanäle gegenüber der Antragswanne eine Schrägstellung aufweisen. Hierbei ist bevorzugt, dass die Kanäle gegenüber der Antragswanne derart angeordnet sind, dass die Resultierende im Kräfteparallelogramm, das sich aus der Grösse und Richtung der am Rakelstab angreifenden Kräfte zusammensetzt, die sich aus der Führung der Bahn ergeben, wenigstens nahezu in das Zentrum des Kanals gerichtet ist.
Die Kräfte ergeben sich aus der Zugspannung und dem eingestellten Umschlingungswinkel der Materialbahn (Fig. 2 und 3). Die Schrägstellung bewirkt, dass bei sehr schnell ablaufenden Beschichtungsvorgängen, bei Verwendung sehr zäher Beschichtungsmittel oder Rakelstäben mit grösserem Durchmesser ein Herausspringen der Rakelstäbe aus den Führungen auf jeden Fall verhindert wird. Wenn auch die Kanäle jegliche Formgebung aufweisen können, solange die Forderung zur Führung der Rakelstäbe gegeben ist, so haben sich in der Praxis rechteckige oder quadratische Querschnitte der Kanäle besonders bewährt, da diese relativ einfach zu fertigen sind.
Wenn auch schon durch die Kanten der Kanäle ein Abstreifeffekt erzielt wird, so ist es doch zweckmässig in die Kanäle Rakelblechstreifen, bevorzugt aus federndem Material, einzulegen, wobei die Streifen bevorzugt zwischen 0,1 und 3,0 mm über die Oberkante der Kanäle hinausragen. Vorteilhafterweise werden die Rakelblechstreifen beidseitig über die gesamte Längserstreckung der Kanäle angebracht, wobei sie entweder als gebogene Profile dem Kanalquerschnitt entsprechend angepasst sind oder, wenn sie als Einzelbleche Verwendung finden, durch eine Klemmleiste gegen die Wandungen der Kanäle gedrückt werden. Die Rakelbleche können auch mehrfach nebeneinanderliegend verwendet werden und haben bevorzugt Stärken von 0,02 bis 0,5 mm.
Durch die Rakelbleche wird sichergestellt, dass die Kanten der Kanäle durch die Reibewirkung mit den Rakelstäben nicht abgenutzt werden, wodurch die Standzeit der Apparatur vermindert würde. Wenn die Bleche bis auf die Höhe der Oberkante der Kanäle abgenutzt sind, können sie leicht ausgewechselt werden, wobei nur geringe Materialkosten anfallen. Durch die federnde Wirkung der Rakelbleche wird ausserdem ein guter und gleichbleibender Reinigungseffekt der Rakelstäbe erzielt. Um einen guten Lauf der Rakelstäbe zu erreichen, werden diese bevorzugt angetrieben, wobei einem gegenläufigen Antrieb der Vorzug zu geben ist, damit eventuell anhaftender Schmutz am Rakelstab auf jeden Fall nach aussen abgeschabt wird und nicht in die Antragswanne gelangen kann. Die Rakelstäbe weisen im allgemeinen einen Durchmesser von 5 bis 50 mm, bevorzugt jedoch von 10 bis 25 mm, auf.
Zu einer besonders guten Steuerung des Antrages hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Rakelstäbe in ihrem Durchmesser ungleichmässig zu halten. wo bei der Rakelstab, der in Bahnlaufrichtung gesehen hinter der Antragswanne liegt, den grösseren Durchmesser aufweist.
Es hat sich in der Praxis bewährt, Antragswanne und Kanäle in einem Grundkörper unterzubringen, wodurch die Stabilität der Apparatur erhöht wird und weitere technische Massnahmen durchgeführt werden können. So hat es sich bei dem Einsatz von zähen Beschichtungsmitteln gezeigt, dass eine Temperierung vorteilhaft ist. Zu diesem Zweck sind in den Grundkörper Bohrungen eingearbeitet, durch die ein Temperierungsmittel, z.B. heisses Wasser, geleitet werden kann.
Hierdurch wird das Beschichtungsmittel erwärmt, und es erfolgt ein Viskositätsabfall, der zur Verbesserung der Beschichtung beiträgt. Ebenfalls können die Rakelstäbe mit Bohrungen versehen werden, um ein Temperierungsmittel hindurchleiten zu können. Zweckmässigerweise werden die Rakelstäbe dann als Rohre ausgebildet.
Die Zuführung des Beschichtungsmittels in die Antragswanne kann z.B. von oben durch Zugiessen oder kontinuierliches Zulaufenlassen erfolgen. In besonderer Ausführung wird das Beschichtungsmittel jedoch von unten zugeführt und zwar über in den Grundkörper eingelassene Bohrungen, die in der Antragswanne enden. In der Antragswanne ist die Zuführung bevorzugt dann zu einem längs über die Antragswanne verlaufenden Schlitz ausgebildet.
Um in diesem Fall eine besonders gleichmässige Zufuhr des Beschichtungsmittels über die gesamte Länge der Antragswanne zu gewährleisten, ist in dem Grundkörper bevorzugt noch ein Druckausgleichskanal eingearbeitet, der mit dem von unten einmündenden Zuführkanal in Verbindung steht.
Da normalerweise die Walzen, über die die Bahn vor und hinter der Beschichtungseinrichtung geführt wird, nur unter grossem Aufwand in der Höhe verstellbar sind, so hat es sich in der Praxis bewährt, den Grundkörper mit einer Einrichtung zur Höhenverstellung zu versehen. Hierdurch können die Spannungsverhältnisse zwischen den Rakelstäben und der Bahnführung optimal eingestellt werden bzw. kann die gesamte Einrichtung von der Bahn weggefahren werden, um z.B.
Reparaturen an der Beschichtungseinrichtung, wie Ersatz der Rakelbleche, vorzunehmen. Für spezielle Zwecke hat es sich als zweckmässig erwiesen, die Rakelstäbe mit Drähten zu umwickeln, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Je nach Zusammensetzung der Beschichtungsmittel ist es notwendig, die gesamte Apparatur oder Teile hiervon aus Materialien zu schaffen, die keine Korrosion durch das Beschichtungsmittel erleiden. Hierfür haben sich vor allem Kunststoffe oder rostfreie Stähle besonders bewährt. Dies trifft insbesondere auf die Antragswanne sowie die Rakelstäbe und -bleche zu. Die erfindungsgemässe Vorrichtung hat sich ausgezeichnet zur Beschichtung, insbesondere schnellaufender Materialbahnen bis zu etwa 300 bis 400 m/min bewährt.
Es können hiermit alle beschichtbaren Materialbahnen, z.B. aus Papier, Metall, insbesondere jedoch solche aus Kunststoffen oder Zellglas beschichtet werden.
Die Beschichtungsvorrichtung und deren Wirkungsweise wird nunmehr anhand der folgenden Figuren näher erläutert, wobei jedoch eine Einschränkung auf die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht besteht.
Fig. 1 zeigt in Seitenansicht im Querschnitt die einfachste Ausführungsform der Vorrichtung.
Fig. 2 zeigt in Seitenansicht im Querschnitt eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung sowie deren Arbeitsweise.
Fig. 3 zeigt eine perspektive Ansicht der Vorrichtung gemäss Fig. 2.
In Fig. 1 läuft die Bahn 15 über die im Winkel zur Beschichtungseinrichtung eingestellte Niederhalterwalze 13 und anschliessend über die Rakelstäbe 5, die in den Kanälen 2 gehaltert sind und die mit der Antragswanne 7 in direkter Verbindung stehen. Die Niederhalterwalze 13 am Ablauf ist ebenfalls im Winkel zur Beschichtungseinrichtung eingestellt. Das Be schichtungsmirtel befindet sich in der Antragswanne 7 und zwar bevorzugt bis zu dessen Oberkante.
Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, besteht die erfindungsgemässe Vorrichtung in bevorzugter Ausführung aus einem prismenförmigen Grundkörper 1, der zwecks Vermeidung von Korrosion bevorzugt aus nichtrostenden Edenstählen gefertigt ist. In den Grundkörper 1 sind unter einem bestimmten Winkel zur Senkrechten zwei Kanäle 2 mit Rechteckquerschnitt eingearbeitet. Die Schrägstellung der Kanäle ergibt sich aus der Forderung nach einer exakten Zentrierung des Stabes in seinem Auflager. Demnach muss die Resultierende im aus Grösse und Richtung der am Stab angreifenden Kräfte gebildeten Kräfteparallelogrammes in das Zentrum der Kanäle gerichtet sein. Durch Klemmleisten 3, die sowohl aus Stahl als auch aus Kunststoff hergestellt sein können, werden in den Kanälen 2 schmale, dünne Rakelblechstreifen 4 gehalten.
Im Hinblick auf nicht auszuschliessende Korrosion sowie eventuell katalytische Reaktionen mit dem Beschichtungsmittel, empfiehlt sich auch hier die Verwendung insbesonders von Edelstahlblechen. Den Rakelblechen 4 kommt die Erfüllung zweier Funktionen zu. So müssen sie einerseits den rotierenden Rakelstab 5 in seiner gesamten Länge stützen und in seiner vorgegebenen Position halten sowie von jeglichen Feststoffpartikeln freihalten. Zwecks Intensivierung des Reinigungsprozesses der Rakelstäbe werden letztere zusätzlich noch äusserlich gespült. Hierzu wird als Spül- und Benetzungsmittel die eigentliche Beschichtungssubstanz, z.B. eine Polyvinyliden-Dispersion, verwendet.
Diese gelangt auf der durch die Rakelstäbe 5 sowie die an die Beschichtungsbreite anzupassenden Seitenabdeckungen 6 abgegrenzten Antragswanne 7 über Verbindungsbohrungen 8 in die Kanäle 2, die sie in Richtung der zwei seitlichen Austrittsöffnungen axial durchströmt. Dabei wird nicht nur der Rakelstab benetzt und u.U. auch temperiert, sondern es werden gezielt die durch die messerartig wirkenden Rakelbleche vom Stab abgeschabten Feststoff- und Schmutzpartikel fortgespült. Die Beschickung der Vorrichtung mit Beschichtungssubstanz erfolgt hier über eine Bohrung 9, die wiederum in einem sich über die gesamte Breite des Grundkörpers 1 erstreckenden Druckausgleichskanal 10 mündet. Dieser steht über einen schmalen Schlitz 11 mit der Antragswanne 7 in Verbindung. Über die Bohrungen 12 ist eine Temperierung, d. h. Heizung oder Kühlung, der gesamten Vorrichtung gegeben.
Die vertikal verfahrbaren Niederhalterwalzen 13 dienen der Regulierung des Umschlingungswinkels an den Rakelstäben 5. Selbstverständlich ist dieses im Falle festpositionierter Walzen 13 auch durch Verstellung der auf der Höhenverstelleinrichtung 14 montierten gesamten Beschichtungseinheit möglich.
In Fig. 3 sind zusätzlich die Seitenabdeckungen 6 sowie die Antriebe 16 für die Rakelstäbe 5 zu erkennen. Ansonsten bedeuten gleiche Ziffern gleiche Bauteile.
Der Beschichtungsvorgang mit der anhand der Fig. 2 und 3 dargestellten erfindungsgemässen Vorrichtung verläuft fol gendermassen
Die Beschichtungssubstanz wird mittels eines in der Förderleistung regulierbaren Aggregates, z. B. einer geeigneten Pumpe oder auch eines Standbehälters, über die Zuführbohrungen 9 in den Druckausgleichskanal 10 eingespeist. Von hier aus füllt sie über den Schlitz 11 gleichmässig die Antragswanne 7, aus der ein unkontrolliertes seitliches Abströmen des Beschichtungsmittels durch Seitenabdeckungen 6 verhindert wird.
Durch Absenken der Walzen 13 in die gezeigte Arbeitsposition verschliesst die nunmehr über die Rakelstäbe 5 laufende, zu beschichtende Bahn 15, die Antragswanne 7 allseitig. Die auf diese Weise an die Bahn angespülte Beschichtungssubstanz wird unmittelbar am durch das Regelgetriebe 16 wahlweise mit- oder gegenläufig rotierend bewegten Auslaufrakelstab 5 auf das gewünschte Mass abdosiert. Ein nur geringer Teil der Beschichtungssubstanz gelangt aus der Antragswanne 7 über die Bohrungen 8 in die Kanäle 2 der Rakelstablagerung. Beim Durchströmen der Kanäle 2 werden einerseits die Rakelstäbe 5 benetzt, wodurch die Anlagerung von Feststoffpartikeln oder Schmutzteilchen vermieden wird und anderseits spült das Beschichtungsmittel die von den Stäben durch die Rakelbleche 4 abgeschabten Fremdkörper aus den Kanälen fort.
Die Überlaufmenge wird aufgefangen und erneut dem Beschichtungsprozess zugeführt. Da die Beschichtungssubstanz absolut blasen- und schaumfrei anfällt, die Substanz wird ja selbst bei höchsten Maschinengeschwindigkeiten durch keinerlei im Antragssystem befindliche rotierende Teile aufgewirbelt, kann man auf sonst notwendige Hilfsaggregate, wie die z. B. in der Polyvinyliden-Beschichtung üblichen Schaumabsetzbehälter od.dgl. prinzipiell verzichten.
Obwohl der erste Rakelstab 5 so gut wie keinen Einfluss auf die Dosierung der angetragenen Substanz ausübt, man also durchaus dazu geneigt sein könnte, ihn durch eine starre Kante zu ersetzen, hat es sich doch als zwingend notwendig herausgestellt, ihn ebenfalls rotieren zu lassen. Auf diese Weise wird im Gegensatz zu der in der DE-AS 1652 402 beschriebenen Apparatur, bei der die zu beschichtende Warenbahn über eine feststehende gekrümmte Fläche läuft, die Ansammlung von der laufenden Materialbahn stammenden Schmutzes und Staubes sowie Kratzer vermieden.
Für den Antrieb der Rakelstäbe empfehlen sich Regelgetriebe mit umschaltbarer Drehrichtung. Um eine Beeinflussung des erforderlich exakten Rundlaufes der Rakelstäbe und den Antriebsaggregaten auszuschliessen, ist die Verwendung elastischer Verbindungselemente wie Kupplungen, Kardan- oder Kreuzgelenken zu bevorzugen.
Die mit der geschilderten Arbeitsweise der Vorrichtung erzielbaren Antragsgewichte sind neben vielen anderen Faktoren auch von der Grösse der eingesetzten Dosierstäbe abhängig.
Übliche Schichtgewichte in der Grössenordnung von 3 bis 6 g/m2 können z.B. mit Dosierstäben von 8 bis 12 mm Durchmesser gut realisiert werden. Im Falle höherer Antragsmengen werden dann Stäbe mit Durchmessern bis zu 50 mm notwendig.
Der besondere technische Vorteil der beschriebenen erfindungsgemässen Vorrichtung ist in der Art des Antrages des Beschichtungsmittels ohne jegliche bewegte Übertragungsele- mente, wie Walzen usw., und der unmittelbar darauf folgenden Dosierung zu sehen. Somit sind die Voraussetzungen für die Verarbeitung besonders problematischer flüssiger Beschichtungssubstanzen jeglicher Art geschaffen.
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PATENT CLAIMS i. Device for the continuous coating of moving material webs with flowable coating agents, an application trough and doctor blades being present, characterized in that, seen in the direction of web travel, a channel (2) lies parallel in front of and behind the application trough (7) closed on the side walls (6) and is connected to it, the side walls of the channels (2) being adapted to the radius of the doctor bars (5) they guide and the channels (2) being narrower in width than the diameter of the doctor bars projecting beyond the side walls of the channels.
2. Device according to claim 1, characterized in that the channels (2) have an inclined position relative to the application trough (7).
3. Device according to claim 2, characterized in that in the inclined position the channels (2) with respect to the application trough (7) are arranged in such a way that the resultant in the parallelogram of forces, which results from the size and direction of the forces acting on the doctor rod (5) composed, which result from the guidance of the material web (15), is directed at least almost in the center of the channel (2).
4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the channels (2) have a rectangular cross section.
5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that over the entire length of the channels (2) in these doctor blade strips (4) are embedded, the doctor blade strips between 0.1 to 3.0 mm above the upper edge of the channels (2) protrude.
6. The device according to claim 5, characterized in that the doctor blade strips (4) are embedded on both sides in the channels (2).
7. Device according to one of claims 5 or 6, characterized in that the doctor blade strips have a thickness of 0.02 to 0.5 mm.
8. Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that the doctor blade strips (4) are formed from resilient material.
9. Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that the doctor blade strips (4) are formed as corresponding to the channels (2), seen in cross section, U-shaped sheet metal profiles.
10. Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that the squeegee strips (4) are designed as a zeibleche, which are held by means of a terminal block (3) in the channels (2).
11. The device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the doctor rods (5) can be driven.
12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the doctor blades (5) can be driven in opposite directions.
13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the doctor rods (5) have a diameter of 5 to 50 mm.
14. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the doctor rods have different diameters, the doctor rod (5) lying behind the application trough (7), viewed in the direction of web travel, having the larger diameter.
15. Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the application trough (7) and the channels (2) are incorporated into a base body (1).
16. The apparatus according to claim 15, characterized in that in the base body (1) bores (8) are incorporated, which connect the channels (2) with the application trough (7).
17. Device according to one of claims 15 or 16, characterized in that bores (9, 11) are incorporated in the base body (1) for supplying the coating agent.
18. The apparatus according to claim 17, characterized in that a pressure equalization channel (10) is arranged between the bores (9, 11).
19. Device according to one of claims 15 to 18, characterized in that the base body (1) and / or the doctor rods (5) is provided with bores (12) for the flow of a temperature control agent.
20. Device according to one of claims 15 to 19, characterized in that the base body (1) is provided with a device for height adjustment (14).
21. Device according to one of claims 1 to 20, characterized in that the doctor bars (5) are wrapped with wire.
22. Use of the device according to one of claims 1 to 21, for the continuous coating of moving webs of paper, plastic and metal by means of flowable coating agents.
The invention relates to a coating device for the continuous coating of moving material webs, e.g. Paper or metal webs, but preferably film webs made of plastics or cellular glass with flowable coating agents such as dispersions, emulsions, solutions, hot melt adhesives and the like.
In the paper and foil finishing industry a multitude of different technologies for the coating of running material webs have found their way. So you use e.g. a so-called doctor blade application as described in DE-OSn 1 577 647 and 2 034 004. Fig. 2 of the first-mentioned publication very well illustrates the mode of operation of such methods. So is first over a co-rotating or counter-rotating towing roller, which is immersed in an application tank filled with coating substance, in excess of coating agent to the substrate to be coated, for. B. a paper, foil or metal web.
The necessary dosage to the respective desired application weight is then carried out immediately afterwards by means of a downstream doctor blade, usually a rotating smooth round rod or, if necessary, also wound with wires of various thicknesses, in the latter case also known in the art under the technical term wire-bar.
These devices, e.g. B. embodied by DE-OS 1 577 647, the freely exposed rods, the diameter of which is approximately in the range of 40 mm, use, but have disadvantages, mainly due to processing problems. For example, Contamination of the doctor rod by adhering, drying coating agent, which results in the quality of the coating being impaired by the formation of stripes and structures.
As technology advances, the devices which are common today, as illustrated in DE-OSn 2 034 004 and 2 307 404, have been developed. Characteristic of these systems are the significantly reduced doctor rod diameter, the storage of the doctor rod in a supporting it over the entire length and z. T. enclosing doctor bed and facilities for keeping the rotating rod clean in the form of scraper edges and grooves for rinsing.
Despite these undeniable improvements, these devices still have significant shortcomings that hinder their universal use. A disadvantage is above all in the combination of the new metering device that has been retained
to see the conventional towing system in the form of immersion, transfer and / or application rollers. This fact is particularly evident in the case of high-speed coating with coating substances susceptible to external influences, e.g. shear-sensitive polyvinylidene dispersions that tend to form coagulate and foam, disturbingly noticeable. At the desired web speeds of 300 to 400 m / min, the towing roller traditionally used by machine manufacturers, e.g. with diameters of d = 200 mm and more, yes also run at high speed to ensure an excess application. Mountains of foam in the application tub and a resulting inferior, blistered coating are the result in the shortest possible time.
Obvious countermeasures in the form of a reduction in the towing roller diameter in turn do the opposite. Smaller rollers, since they have less contact area, have to be operated at correspondingly higher speeds in view of the comparable application weights once specified by a large roller.
A modification of the roll surface by grooving, screening or equivalent methods, which can be expected to have a higher start-up rate, does not have the necessary influence with regard to lowering the roll speed.
In order to circumvent the problems described, in most cases one has switched to an emergency solution, namely a constant multiple pumping around of the coating substance. However, this step, even if pumping around with suitable delivery units such as diaphragm pumps, etc.
is done relatively gently, undoubtedly represents an additional damaging burden for the coating agent.
In addition to the described process-related disadvantages, the actual squeegee systems also have technical-apparatus-related defects. This includes u. a. the preferred use of doctor beds made of plastics, such as. B. polyethylene, polypropylene, polyamide, polytetrafluoroethylene and. a. or rubber-like materials.
The squeegee bed profiles, which are subject to wear and can therefore only be used for a limited period of time, are either extruded or cast as a profile in separate production steps, or are machined from solid materials using mechanical processing methods such as milling, planing, drilling, etc. It is understandable that these manufacturing methods are cost-intensive and, given the fact that the used doctor blades have to be thrown away, is not economical, especially since this influences the running total operating costs for the coating and the downtimes have to be accepted.
In not a few cases, the temperature control, i.e. H. Both cooling and heating, the coating substance and also the device are a procedural necessity. In this situation, however, the poor thermal conductivity properties of the plastic doctor beds prevent the setting of optimal operating temperatures, which can be seen as a further disadvantage of the conventional application systems.
Another deficiency of the known devices can be seen in the rinsing circuits for keeping the doctor rods clean.
Since experience has shown that these systems cannot be completely sealed, there is a good chance that the flushing medium will come into contact with the coating substance. In the case e.g. the polyvinylidene coating, the contact of the preferred detergent water can lead to the precipitation of the dispersion. Of course, something similar cannot be ruled out with reactive adhesive approaches or solutions. The resulting coagulum sludge clogs the rinsing channels on the one hand and can even be inserted into the plastic bed by the rotating doctor rod, making the latter unusable.
It was therefore the task of developing a technically advanced coating device in which the disadvantages and shortcomings of the device belonging to the state of the art are avoided.
The above-mentioned object is achieved by a device for the continuous coating of running material webs with flowable coating agents, an application trough and a doctor rod being present, the characteristic feature of which is that, viewed in the direction of web travel, one channel in front and one behind that on the side walls is closed and is connected to it, the side walls of the channels are adapted to the radius of the doctor bars guided by them and the channels are narrower in width than the diameter of the doctor bars projecting beyond the side walls of the channels.
In practice, a device has proven itself in which the channels are inclined relative to the application tray. It is preferred that the channels are arranged opposite the application trough in such a way that the resultant in the force parallelogram, which is composed of the size and direction of the forces acting on the doctor rod, which result from guiding the web, at least almost in the center of the channel is directed.
The forces result from the tension and the set wrap angle of the material web (Fig. 2 and 3). The inclination has the effect that, in the case of very rapid coating processes, when using very tough coating agents or doctor rods with a larger diameter, the doctor rods are prevented from jumping out of the guides in any case. Even if the channels can have any shape as long as there is a requirement for guiding the doctor rods, rectangular or square cross sections of the channels have proven particularly useful in practice since they are relatively easy to manufacture.
If a wiping effect is already achieved through the edges of the channels, it is nevertheless expedient to insert doctor blade strips, preferably made of resilient material, into the channels, the strips preferably projecting between 0.1 and 3.0 mm beyond the upper edge of the channels. Advantageously, the squeegee strips are attached on both sides over the entire longitudinal extent of the channels, whereby they are either adapted to the channel cross-section as curved profiles or, if they are used as individual sheets, are pressed against the walls of the channels by a clamping strip. The doctor blades can also be used several times next to each other and preferably have thicknesses of 0.02 to 0.5 mm.
The squeegee plates ensure that the edges of the channels are not worn away by the friction effect with the squeegee rods, which would reduce the service life of the apparatus. If the sheets are worn down to the level of the upper edge of the channels, they can be replaced easily, with only low material costs. Due to the resilient effect of the doctor blades, a good and constant cleaning effect of the doctor blades is also achieved. In order to ensure that the doctor rods run smoothly, they are preferably driven, preference being given to an opposite drive, so that any dirt that may have adhered to the doctor rod is scraped off to the outside and cannot get into the application pan. The doctor bars generally have a diameter of 5 to 50 mm, but preferably 10 to 25 mm.
For a particularly good control of the application, it has proven to be advantageous to keep the doctor bars uneven in their diameter. where the doctor blade, which is located behind the application trough in the direction of web travel, has the larger diameter.
It has proven itself in practice to accommodate the application trough and channels in a basic body, which increases the stability of the apparatus and allows further technical measures to be carried out. When using tough coating agents, it has been shown that tempering is advantageous. For this purpose, holes are made in the base body through which a temperature control agent, e.g. hot water.
As a result, the coating agent is heated and there is a drop in viscosity, which contributes to improving the coating. The doctor rods can also be provided with bores in order to be able to pass a temperature control agent through them. The doctor rods are then expediently designed as tubes.
The supply of the coating agent into the application tank can e.g. from above by pouring in or letting in continuously. In a special version, however, the coating agent is fed in from below, through holes drilled into the base body, which end in the application tank. In the application trough, the feed is then preferably formed into a slot running longitudinally over the application trough.
In this case, in order to ensure a particularly uniform supply of the coating agent over the entire length of the application trough, a pressure compensation duct is preferably incorporated in the base body, which is connected to the supply duct which opens from below.
Since the rollers over which the web is guided in front of and behind the coating device can normally only be adjusted in height with great effort, it has proven useful in practice to provide the base body with a device for height adjustment. As a result, the tension ratios between the doctor blades and the web guide can be optimally adjusted or the entire device can be moved away from the web, e.g.
Repairs to the coating device, such as replacement of the doctor blades. For special purposes it has proven to be expedient to wrap the doctor rods with wires, as is known from the prior art.
Depending on the composition of the coating agent, it is necessary to create all or part of the apparatus from materials that do not suffer corrosion from the coating agent. In particular, plastics or stainless steels have proven particularly useful for this. This applies in particular to the application tray as well as the doctor blades and sheets. The device according to the invention has proven itself extremely well for coating, in particular high-speed material webs up to about 300 to 400 m / min.
All coatable material webs, e.g. made of paper, metal, but especially those made of plastics or cellular glass.
The coating device and its mode of operation will now be explained in more detail with reference to the following figures, although there is no restriction to the exemplary embodiments shown.
Fig. 1 shows a side view in cross section of the simplest embodiment of the device.
Fig. 2 shows a side view in cross section of a preferred embodiment of the device and its operation.
FIG. 3 shows a perspective view of the device according to FIG. 2.
In Fig. 1, the web 15 runs over the hold-down roller 13 set at an angle to the coating device and then over the doctor rods 5 which are held in the channels 2 and which are in direct connection with the application trough 7. The hold-down roller 13 at the outlet is also set at an angle to the coating device. The coating coat is located in the application trough 7, preferably up to its upper edge.
As can be seen from FIG. 2, the device according to the invention in a preferred embodiment consists of a prism-shaped base body 1, which is preferably made of rust-free Eden steels in order to avoid corrosion. Two channels 2 with a rectangular cross section are incorporated into the base body 1 at a certain angle to the vertical. The inclination of the channels results from the requirement for exact centering of the rod in its support. Accordingly, the resultant must be directed into the center of the channels in the force parallelogram formed from the size and direction of the forces acting on the rod. By means of clamping strips 3, which can be made of steel as well as plastic, narrow, thin doctor blade strips 4 are held in the channels 2.
In view of corrosion that cannot be ruled out and possible catalytic reactions with the coating agent, the use of stainless steel sheets in particular is also recommended here. The doctor blades 4 have two functions. Thus, on the one hand, they must support the rotating doctor rod 5 over its entire length and hold it in its predetermined position and keep it free of any solid particles. In order to intensify the cleaning process of the doctor blades, the latter are additionally rinsed on the outside. For this purpose, the actual coating substance, e.g. a polyvinylidene dispersion used.
This passes on the application trough 7 delimited by the doctor bars 5 and the side covers 6 to be adapted to the coating width via connecting bores 8 into the channels 2 which flow axially through them in the direction of the two lateral outlet openings. Not only is the doctor rod wetted and possibly also tempered, but instead the solid and dirt particles scraped off the rod by the knife-like squeegee plates are washed away. The device is loaded with coating substance via a bore 9, which in turn opens into a pressure equalization channel 10 that extends over the entire width of the base body 1. This is connected to the application trough 7 via a narrow slot 11. A temperature control, ie. H. Heating or cooling, given the entire device.
The vertically movable hold-down rollers 13 serve to regulate the wrap angle on the doctor rods 5. Of course, in the case of fixed rollers 13, this is also possible by adjusting the entire coating unit mounted on the height adjustment device 14.
In Fig. 3, the side covers 6 and the drives 16 for the doctor rods 5 can also be seen. Otherwise, the same numbers mean the same components.
The coating process with the device according to the invention shown in FIGS. 2 and 3 proceeds as follows
The coating substance is by means of an adjustable in the delivery rate, z. B. a suitable pump or a standing container, fed via the feed holes 9 in the pressure equalization channel 10. From here, it fills the application pan 7 evenly via the slot 11, from which an uncontrolled lateral flow of the coating agent through side covers 6 is prevented.
By lowering the rollers 13 into the working position shown, the web 15 now to be coated and running over the doctor rods 5 closes the application pan 7 on all sides. The coating substance washed onto the web in this way is metered to the desired size directly on the discharge doctor rod 5, which is optionally rotated in the same direction or rotates in the opposite direction. Only a small part of the coating substance passes from the application trough 7 through the bores 8 into the channels 2 of the doctor blade deposit. When flowing through the channels 2, the doctor rods 5 are wetted on the one hand, whereby the accumulation of solid particles or dirt particles is avoided and on the other hand the coating agent rinses the foreign bodies scraped off by the rods through the doctor plates 4 from the channels.
The overflow quantity is collected and returned to the coating process. Since the coating substance is absolutely free of bubbles and foam, the substance is whirled up even at the highest machine speeds by no rotating parts in the application system. You can use auxiliary units such as the z. B. in the polyvinylidene coating conventional foam settling or the like. principally do without.
Although the first doctor rod 5 has practically no influence on the dosage of the substance applied, and one could therefore be inclined to replace it with a rigid edge, it has turned out to be imperative to have it rotated as well. In this way, in contrast to the apparatus described in DE-AS 1652 402, in which the web of material to be coated runs over a fixed curved surface, the accumulation of dirt and dust and scratches originating from the running web of material is avoided.
Regulating gears with a switchable direction of rotation are recommended for driving the doctor blades. In order to avoid influencing the required exact concentricity of the doctor rods and the drive units, the use of elastic connecting elements such as couplings, cardan or universal joints is to be preferred.
The application weights that can be achieved with the described mode of operation of the device depend, among many other factors, on the size of the metering rods used.
Usual layer weights in the order of 3 to 6 g / m2 can e.g. with metering rods from 8 to 12 mm in diameter. In the case of higher application quantities, rods with diameters of up to 50 mm are necessary.
The particular technical advantage of the described device according to the invention can be seen in the way in which the coating agent is applied without any moving transmission elements, such as rollers, etc., and the metering that follows immediately thereafter. This creates the conditions for processing particularly problematic liquid coating substances of all kinds.