DE10012346A1

DE10012346A1 - Vorrichtung und Verfahren zum direkten oder indirekten Auftragen eines flüssigen oder pastösen Auftragsmediums auf eine laufende Materialbahn, insbesondere aus Papier oder Karton

Info

Publication number: DE10012346A1
Application number: DE2000112346
Authority: DE
Inventors: Benjamin Mendez-Gallon
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2001-09-20

Abstract

Eine Vorrichtung (10) zum direkten oder indirekten Auftragen eines flüssigen oder pastösen Auftragsmediums (12, 13) auf eine laufende Materialbahn (14), insbesondere aus Papier oder Karton, umfasst ein Auftragswerk (18, 19), welches das Auftragsmedium (12, 13) bei direktem Auftrag unmittelbar auf die Materialbahn als Auftragsschicht aufträgt bzw. bei indirektem Auftrag zunächst auf ein Übertragselement (16, 20), beispielsweise eine Übertragswalze, aufbringt, welches das Auftragsmedium (12, 13) dann als Auftragsschicht (12a, 13a) an die Materialbahn (14) überträgt. Im Bereich (S) des Auf- bzw. Übertrags des Auftragsmediums (12, 13) an die Materialbahn (14) ist eine Vorrichtung (28) zum Erzeugen eines elektrischen feldes vorgesehen. Erfindungsgemäß ist die Arbeitsbreite der Materialbahn (14) in eine Mehrzahl von in Querrichtung (Q) der Materialbahn (14) aufeinander folgend angeordneten Abschnitten unterteilt. Ferner umfasst die Felderzeugungsvorrichtung (28) eine Mehrzahl von Untervorrichtungen (30/34/35, 32/36/37), von denen jede einem der Arbeitsbreitenabschnitte zugeordnet ist und zur Erzeugung eines vorbestimmten elektrischen feldes in diesem Arbeitsbreitenabschnitt dient.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum direkten oder indirekten Auftragen eines flüssigen oder pastösen Auftragsmediums auf eine laufende Materialbahn, insbesondere aus Papier oder Karton, wobei ein Auftragswerk vorgesehen ist, welches das Auftragsmedium bei direktem Auftrag unmittel bar auf die Materialbahn als Auftragsschicht aufträgt bzw. bei indirektem Auftrag zunächst auf ein Übertragselement, beispielsweise eine Übertrags walze, aufbringt, welches das Auftragsmedium dann als Auftragsschicht an die Materialbahn überträgt, wobei eine Vorrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Feldes im Bereich des Auf- bzw. Übertrags des Auftrags mediums an die Materialbahn vorgesehen ist.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 197 33 333 A1 bekannt. Eine dort dargestellte Ausführungsform zeigt eine Auftrags vorrichtung, welche eine Vorrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Feldes umfasst (siehe dortige Fig. 4 und 5). Mittels dieser Vorrichtung können die Mantelflächen einer Übertragswalze und einer dieser zuge ordneten Gegenwalze auf ein vorbestimmtes elektrisches Potential gebracht werden. Hierdurch ist es möglich, Kräfte zu erzeugen, die die Penetration des Auftragsmediums in die Materialbahn verbessern. Die bekannte Vorrichtung ist jedoch nicht in der Lage, das Querprofil der auf die Materialbahn aufgebrachten Schicht an Auftragsmedium zu beeinflussen. Darüber hinaus kann die bekannte Vorrichtung nur zur einseitigen Beschichtung der Materialbahn eingesetzt werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Auftragsvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche im Hinblick auf eine verglichen mit dem Stand der Technik verbesserte Qualität der Auftragsschicht eine Querprofilierung der Auftragsschicht oder/und eine beidseitige Beschichtung der Materialbahn oder/und eine weitere Verbesserung der Penetration des Auftragsmediums in die Materialbahn ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung durch eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art gelöst, bei welcher die Arbeits breite der Materialbahn in eine Mehrzahl von in Querrichtung der Material bahn aufeinanderfolgend angeordneten Abschnitten unterteilt ist, und bei welcher die Felderzeugungsvorrichtung eine Mehrzahl von Untervorrichtun gen umfasst, von denen jede einem der Arbeitsbreitenabschnitte zugeordnet ist und zur Erzeugung eines vorbestimmten elektrischen Feldes in diesem Arbeitsbreitenabschnitt dient. Durch die Aufteilung der Arbeitsbreite der Materialbahn in eine Mehrzahl von Abschnitten sowie durch die Zuordnung einzelner Untervorrichtungen der Felderzeugungsvorrichtung zu diesen Arbeitsbreitenabschnitten kann die Intensität der Beeinflussung der Bewegung der Auftragsmedium-Partikel in Richtung der Materialbahn abschnittsweise variiert werden. Dadurch ist es möglich, einer uner wünschten Variation der Dicke der Auftragsschicht durch entsprechende Einstellung der elektrischen Felder in den einzelnen Arbeitsbreiten abschnitten gezielt entgegenzuwirken. Dies führt zu einer Verbesserung des Auftragsergebnisses.

Hierzu kann die Felderzeugungsvorrichtung eine Mehrzahl von Elektroden umfassen, die vorteilhafterweise im Inneren des Übertragselementes oder/und eines die Materialbahn im Bereich des Materialauf- bzw. -übertrags stützenden Gegenelementes angeordnet sind. Dies ermöglicht eine effektive Nutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums, da im Wesentlichen alle zur Felderzeugung erforderlichen Vorrichtungen im Inneren des Übertrags- oder/und Gegenelements angeordnet sein können. Die Untervorrichtungen können jeweils wenigstens eine Spannungsquelle und wenigstens einen Potentialregler umfassen. Die besagten Elektroden können beispielsweise nadel- oder plattenartig ausgebildet sein.

Im Falle einer metallischen Umhüllung des Übertrags- oder/und Gegen elements, d. h. beispielsweise im Falle einer metallischen Walzenmantel fläche, ist es vorteilhaft, die Elektroden mit der Innenfläche des betreffenden Elementes in elektrischen Kontakt bringen zu können, um Abschirmeffekte zu reduzieren oder gar zu vermeiden. In diesem Fall bildet die metallische Umhüllung dann eine Mehrzahl von einander benachbart angeordneten "Kondensatorplatten". Es sind jedoch auch Übertrags- oder/und Gegen elemente vorstellbar, die vollständig aus elektrisch nichtleitendem Material, z. B. CFK (kohlefaserverstärkter Kunststoff), gefertigt sind. Hier kann der Kontakt zwischen der Innenfläche eines der genannten Elemente und den Elektroden entfallen. In diesem Fall bilden die Elektroden selbst die "Kondensatorplatten", während die nichtleitende Umhüllung des Übertrags- bzw. Gegenelements einen Teil des Dielektrikums des Kondensators bildet.

Nach einem zweiten, vom vorstehend diskutierten unabhängigen Gesichts punkt der Erfindung wird die vorstehend genannte Aufgabe durch eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art gelöst, welche ferner eine Vorrich tung zur elektrischen Kontaktierung der Materialbahnoberfläche umfasst, d. h. eine Vorrichtung, welche dazu ausgelegt ist, die Materialbahnoberfläche auf ein vorbestimmtes elektrisches Potential zu bringen. Dadurch, dass das elektrische Potential der Materialbahn unabhängig von den Potentialen des Übertrags- oder/und Gegenelements eingestellt werden kann, ist es möglich, die Wirkrichtung der durch die elektrischen Felder erzeugten Kräfte auf die Partikel des Auftragsmediums für beide Seiten der Materialbahn gesondert zu beeinflussen, was eine beidseitige Beschichtung der Materialbahn erlaubt.

Für eine elektrische Kontaktierung der Materialbahn mit dem Ziel, ein vor bestimmtes Potential aufzubringen, ist es ausreichend, wenn die Möglichkeit eines Austauschs elektrischer Ladungsträger zwischen einem Element der Vorrichtung und der Materialbahn besteht. Ein solcher Ladungsträgeraus tausch kann über eine Berührungsstelle zwischen dem Vorrichtungselement und der Materialbahn oder berührungslos stattfinden. Eine Möglichkeit der Kontaktierung besteht z. B. darin, dass bezüglich der Laufrichtung der Materialbahn vor oder/und hinter dem Bereich des Materialauf- bzw. -übertrags wenigstens ein Kontaktierungselement vorgesehen ist, welches mit der Oberfläche der Materialbahn gleitend oder rollend in Verbindung steht. Denkbar ist auch, wenigstens ein Bahnleitelement, beispielsweise eine Bahnleitwalze, als Kontaktierungselement auszubilden. Dies hätte den Vorteil, durch Funktionsverdichtung Bauraum einzusparen.

Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird die vorstehend genannte Aufgabe durch eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art gelöst, bei welcher wenigstens ein Teil der Untervorrichtungen zur Erzeugung eines elektrischen Wechselfeldes ausgebildet ist. Der Vorteil des Einsatzes von Wechselfeldern ist in einer effektiveren Ankopplung bestimmter Auftrags medien an das elektrische Feld zu sehen. Die dabei Einfluss nehmenden Phänomene sind zwar noch nicht vollends verstanden. Möglicherweise beruht die Einflussnahme jedoch neben elektrischen Effekten auch auf magnetischen Induktionseffekten.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellt dar:

Fig. 1 eine grobschematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Auftragsvorrichtung;

Fig. 2 eine grobschematische Querschnittsansicht der Auftragsvorrichtung nach Fig. 1 mit Vorrichtungen zur Regelung des elektrischen Feldes;

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Auftragsvorrichtung allgemein mit 10 bezeichnet. Die Auftragsvorrichtung 10 dient zum indirekten Auftragen flüssiger oder pastöser Auftragsmedien 12 bzw. 13 als Auftragsschichten 12a bzw. 13a auf die beiden Seiten einer sich in Richtung des Pfeils L bewegenden Materialbahn 14. Hierzu umfasst die Auftragsvorrichtung 10 zum einen eine Übertragswalze 16, auf deren Oberfläche 16a mittels eines Auftragswerks 18 eine Schicht von Auftragsmedium 12 aufgebracht wird, und zum anderen ein endlos umlaufendes Übertragsband 22, auf dessen Oberfläche 22a mittels eines Auftragswerks 19 eine Schicht von Auftrags medium 13 aufgebracht wird. Die Übertragswalze 16 und das Übertrags band 22 bilden zwischen sich einen Übertragsspalt S (in der Fachsprache auch als "Nip" bezeichnet), durch welchen die Materialbahn 14 hindurch verläuft und in welchem die Auftragsmedien 12 bzw. 13 an die Material bahn 14 übertragen werden.

Die Übertragswalze 16 dreht sich in Richtung des Pfeils P um ihre Achse A, so dass das auf die Übertragswalzenoberfläche 16a aufgebrachte Auftrags medium 12 vom Auftragswerk 18 zum Bereich S des Materialübertrags gefördert wird. Das Übertragsband 22 ist im Bereich des Nips S um einen Stützschuh 24 und ferner um eine Antriebsrolle 26 herumgeführt. Die Antriebsrolle 26 verleiht dem Band 22 eine Bewegung in Richtung des Pfeiles R, so dass das auf die Oberfläche des Bandes 22a aufgebrachte Auftragsmedium 13 vom Auftragswerk 19 zum Nip S gefördert wird.

Vorzugsweise sind die Übertragswalze 16 und das Band 22 so angetrieben, dass sie sich im Bereich des Nips S relativ zur Materialbahn 14 im Wesent lichen schlupf- und rutschfrei bewegen. Ferner ist der Stützschuh 24 an seiner der Materialbahn 14 zugewandten Oberfläche 24a der Kontur der Übertragswalze 16 angepasst, um einen in Laufrichtung L der Materialbahn 14 möglichst langen Kontaktbereich zwischen Übertragswalze 16 und Materialbahn 14 zu erreichen.

Die Vorrichtung 10 verfügt weiterhin über eine Vorrichtung 28 zum Erzeugen eines stationären elektrischen Feldes oder eines elektrischen Wechselfeldes. Die Vorrichtung 28 umfasst gemäß der in Fig. 1 darge stellten Ausführungsform zwei Elektrodenanordnungen 30 und 32, die sich aus Gründen einer möglichst effektiven Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bauraumes im Inneren der Übertragswalze 16 bzw. des Stütz schuhs 24 befinden. Die Elektrodenanordnungen 30 und 32 weisen jeweils eine Mehrzahl von plattenartigen Elektroden 30a bzw. 32a auf, die einander in Querrichtung Q der Materialbahn 14 benachbart und über die Arbeits breite der Materialbahn 14 verteilt angeordnet sind. Die Elektroden anordnungen 30 und 32 sind mit Regelvorrichtungen 34 bzw. 36 verbun den, die jeweils über eine Spannungsquelle 35 bzw. 37 verfügen. Die Regelvorrichtungen 34 und 36 erlauben es, die Elektroden 30a bzw. 32a auf beliebige elektrische Potentiale V_Ai und V_Gj zu bringen. "i" und "j" bezeichnen dabei als Laufindizes die in Querrichtung Q der Materialbahn 14 angeordneten Elektroden in der Übertragswalze 16 bzw. im Übertragsband 22.

Die Elektrodenanordnungen 30 und 32 ruhen bezüglich der sich relativ zu ihnen bewegenden Mantelfläche der Übertragswalze 16 bzw. des Bandes 22. Dabei stehen die Elektroden 30a der Elektrodenanordnung 30 in Schleif kontakt mit der Innenfläche 16b der Übertragswalze 16, während die Elektroden 32a der Elektrodenanordnung 32 die der Materialbahn 14 abgewandte Oberfläche 24b des Stützschuhs 24 berühren.

Weiterhin umfasst die Vorrichtung 10 Kontaktierungselemente 38 und 40, die mit der Oberfläche 14a der Materialbahn 14 in Verbindung stehen. Die Kontaktierungselemente 38 und 40 sind gemäß der Ausführungsform in Fig. 1 über Regelungsvorrichtungen 42 und 44 mit Stromquellen 46 und 48 verbunden. Die Regelungsvorrichtungen 42 und 44 erlauben es, die Kontaktierungselemente 38 bzw. 40 gezielt mit einem elektrischen Potential zu beaufschlagen, das durch den Kontakt der Elemente 38 bzw. 40 mit der Materialbahn 14 auf diese übertragen wird. Das Kontaktierungselement 38 ist in Laufrichtung L vor dem Nip S auf der der Übertragswalze 16 abgewandten Seite der Materialbahn 14 angeordnet und als Bahnleitelement ausgebildet. Das Kontaktierungselement 40 ist in Laufrichtung L hinter dem Nip S auf der der Übertragswalze 16 abgewandten Seite der Materialbahn 14 angeordnet und von einem Schuh gebildet, der die Oberfläche 14a der Materialbahn 14 gleitend berührt, ohne dabei die Führung der Materialbahn Wesentlich zu stören.

Um das Querprofil der Auftragsschichten 12a und 13a beeinflussen zu können, können die Regelungsvorrichtungen 34 und 36 die Elektroden 30a und 32a der Elektrodenanordnungen 30 und 32 unabhängig voneinander ansteuern und diesen unterschiedliche Potentiale auferlegen. Im Zusammen wirken gewünschtenfalls mit den Potentialen der Bahnkontaktierungs elektroden 38 und 40 entsteht somit ein elektrisches Feld, das in Querrichtung Q der Materialbahn 14 sowohl in Betrag und Richtung als auch hinsichtlich der Eigenschaft "stationäres Feld/Wechselfeld" in beliebiger vorbestimmter Weise variieren kann. Dieses elektrische Feld ruft im Auftragsmedium 12 bzw. 13 eine die Penetration des Auftragsmediums in die Materialbahn 14 erhöhende Wirkung hervor.

Vorteilhaft ist es ferner, dass durch diese verstärkte Penetration im Bereich des Austritts der Materialbahn 14 aus dem Nip S und des Ablösens der Materialbahn von der Oberfläche 16a der Walze 16 bzw. 22a des Bandes 22 auch die Entstehung eines Sprühnebels N von Auftragsmedium-Tröpf chen bzw. -Partikeln gemindert wird.

Fig. 2 zeigt in einem im Bereich des Nips S in Querrichtung Q genommenen Querschnitt durch die Übertragswalze 16 und das Gegenelement 20 detail lierter die Anordnung der Elektrodenanordnungen 30 und 32.

In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind die Elektroden 30a über Haltestege 30b fest mit der aus Segmenten zusammengesetzten, ruhenden Hohlachse A verbunden, während die Übertragswalze 16 mittels Wälzlagern 50 drehbar auf der Hohlachse A gelagert ist. Im Inneren der Übertragswalze 16 sind Rippenscheiben 52 angebracht, die einer Durchbiegung der Über tragswalze 16 längs der Hohlachse A entgegenwirken. Diese Rippen scheiben 52 sind ebenfalls durch Wälzlager auf der Hohlachse A geführt. Die Vorrichtung zum Drehantreiben der Walze 16 sind im Stand der Technik bekannt und sollen daher hier nicht erläutert werden.

Die Elektroden 30a sind durch elektrische Leitungen 33 mit Potentialreglern 34a verbunden, die in dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel an einer gemeinsamen Spannungsquelle 35 angeschlossen sind. Dabei ist jeder Elektrode 30a ein gesonderter Potentialregler 34a zugeordnet, was für jede der Elektroden die Aufbringung eines vorbestimmten elektrischen Potentials unabhängig von den jeweils anderen Elektroden ermöglicht. Die Verbindungs leitungen 33 sind in der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform durch den Innenraum der Hohlachse A von den Potentialreglern 34a zu den Elektroden 30a geführt.

Weiterhin ist jeder der im Inneren des Übertrags-Gegenelementes 20 in Querrichtung Q vorgesehenen Elektroden 32a ein gesonderter Potential regler 36a zugeordnet ist, was für jede der Elektroden 32a die Aufbringung eines vorbestimmten elektrischen Potentials unabhängig von den jeweils anderen Elektroden ermöglicht. Die Potentialregler 36a der Regelvorrichtung 36 sind in dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel an einer einzigen gemeinsamen Spannungsquelle 37 angeschlossen.

Wie in Fig. 2 ferner dargestellt ist, können die Breiten der Abschnitte, in die die Arbeitsbreite der Materialbahn 14 in der Übertragswalze 16 und dem Übertrags-Gegenelement 20 unterteilt ist, in Übertragswalze und Übertrags- Gegenelement unterschiedlich groß bemessen sein. Darüber hinaus ist es im Hinblick auf eine möglichst effektive Querprofilierung des Schichtauftrags ferner möglich, die in Querrichtung Q gemessene Breite der der Übertrags walze oder/und dem Gegenelement zugeordneten Elektroden über die Arbeitsbreite variieren zu lassen.

Claims

1. Vorrichtung (10) zum direkten oder indirekten Auftragen eines flüssigen oder pastösen Auftragsmediums (12, 13) auf eine laufende Materialbahn (14), insbesondere aus Papier oder Karton,
wobei ein Auftragswerk (18, 19) vorgesehen ist, welches das Auftragsmedium (12, 13) bei direktem Auftrag unmittelbar auf die Materialbahn als Auftragsschicht aufträgt bzw. bei indirektem Auftrag zunächst auf ein Übertragselement (16, 20), beispielsweise eine Übertragswalze, aufbringt, welches das Auftragsmedium (12, 13) dann als Auftragsschicht (12a, 13a) an die Materialbahn (14) überträgt,
wobei eine Vorrichtung (28) zum Erzeugen eines elektrischen Feldes im Bereich (S) des Auf- bzw. Übertrags des Auftragsmediums (12, 13) an die Materialbahn (14) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsbreite der Materialbahn (14) in eine Mehrzahl von in Querrichtung (Q) der Materialbahn (14) aufeinanderfolgend angeordneten Abschnitten unterteilt ist, und dass die Felderzeugungsvorrichtung (28) eine Mehrzahl von Untervorrichtungen (30/34/35, 32/36/37) umfasst, von denen jede einem der Arbeitsbreitenabschnitte zugeordnet ist und zur Erzeugung eines vorbestimmten elektrischen Feldes in diesem Arbeitsbreitenabschnitt dient.

2. Auftragsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Übertragselements (16) oder/und eines die Materialbahn (14) im Bereich (S) des Auf- bzw. Übertrags stützenden Übertrags-Gegenelements (20), beispielsweise einer die Materialbahn (14) stützenden Gegenwalze, eine Mehrzahl von Elektroden (30a, 32a) angeordnet ist, von denen jede einer der Untervorrichtungen (30/34/35, 32/36/37) zugeordnet ist.

3. Auftragsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (30a, 32a) platten- oder nadelartig ausgebildet sind.

4. Auftragsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (30a) mit der Innen fläche (16b) des Übertragselements (16) oder/und des Übertrags- Gegenelements in Schleifkontakt stehen.

5. Auftragsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und gewünschtenfalls dem Kennzeichen eines der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Vorrichtung (38/46, 40/44) zur elektrischen Kontaktierung der Materialbahnoberfläche (14a) umfasst, d. h. eine Vorrichtung, welche dazu ausgelegt ist, die Materialbahnoberfläche (14a) auf ein vorbestimmtes elektrisches Potential zu bringen.

6. Auftragsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Laufrichtung (L) der Materialbahn (14) vor oder/und hinter dem Bereich (S) des Auf- bzw. Übertrags wenigstens ein Kontaktierungselement (38, 40) vorgesehen ist, welches mit der Oberfläche (14a) der Materialbahn (14) gleitend oder rollend in Verbindung steht.

7. Auftragsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Bahnleitelement (38), beispielsweise wenigstens eine Bahnleitwalze, als Kontaktierungs element ausgebildet ist.

8. Auftragvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und gewünschtenfalls dem Kennzeichen eines der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Felderzeugungsvorrichtung (28) zur Erzeugung eines elektrischen Wechselfeldes ausgebildet ist.

9. Auftragsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 8 sowie gewünschtensfalls einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Untervor richtungen (30/34/35, 32/36/37) zur Erzeugung eines elektrischen Wechselfeldes ausgebildet ist.