DE10057732A1 - Vorhang-Auftragsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zum Auftragen von flüssigem oder pastösem Auftragsmedium (16) auf einen laufenden Untergrund (U), umfassend ein Vorhang-Auftragswerk (12), welches das Auftragsmedium aus einer Abgabedüse (14) als sich im Wesentlichen schwerkraftbedingt bewegenden Vorhang (18) oder Schleier an den Untergrund (U) abgibt, wobei der Untergrund (U) bei direktem Auftrag die Oberfläche einer Materialbahn, insbesondere aus Papier oder Karton, und bei indirektem Auftrag die Oberfläche eines Übertragselements, vorzugsweise einer Übertragswalze, ist, welches das Auftragsmedium dann an die Oberfläche der Materialbahn überträgt, wobei eine sich drehende Walze (22) vorgesehen ist, die den Fallweg des Vorhangs (18) in einen von der Abgabedüse (14) zur Walze (22) führenden Freifall-Abschnitt (24) und einem von der Walze (22) zum Untergrund (U) führenden Freifall-Abschnitt (26) unterteilt, und deren Umfangsgeschwindigkeit (v¶w¶) größer ist als die Fallgeschwindigkeit (v¶F1¶) des Auftragsmediums (16) am Ende des zur Walze (22) führenden Freifall-Abschnitts (24).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auftragen von flüssigem oder pastösem Auftragsmedium, insbesondere wässriger Pigmentsuspension, auf einen laufenden Untergrund, umfassend ein Vorhang-Auftragswerk, welches das Auftragsmedium aus einer Abgabedüse als sich im Wesentlichen schwerkraftbedingt bewegenden Vorhang oder Schleier an den Untergrund abgibt, wobei der Untergrund bei direktem Auftrag die Oberfläche einer Materialbahn, insbesondere aus Papier oder Karton, und bei indirektem Auftrag die Oberfläche eines Übertragselements, vorzugsweise einer Übertragswalze, ist, welches das Auftragsmedium dann an die Oberfläche der Materialbahn überträgt.

Bei der Beschichtung von Materialbahnen unter Einsatzes eines Vorhang- Auftragswerks (in der Fachwelt auch als "Curtain Coating" bezeichnet) wird das Auftragsmedium an den Untergrund in Form eines Auftragsmedium-Vorhangs bzw. -Schleiers (der Einfachheit halber werden im Folgenden nur noch die Begriffs "Auftragsmedium-Vorhang" bzw. nur "Vorhang" ver­ wendet) abgegeben, der sich im Wesentlichen schwerkraftbedingt vom Auftragswerk zum Untergrund bewegt. Dass das Vorhang-Auftragswerk sich dabei in einem vorbestimmten Abstand vom Untergrund befindet, hat unter anderem den Vorteil, dass es beispielsweise bei einem Bahnabriss einem geringeren Beschädigungsrisiko ausgesetzt ist. Vorhang-Auftrags­ werke unterscheiden sich von anderen "kontaktlosen" Auftragswerken, beispielsweise Freistrahl-Düsenauftragswerken, bei welchen die Bewegung des Auftragsmediums vom Auftragswerk zum Untergrund hauptsächlich vom Ausstoßimpuls aus der Abgabedüse des Auftragswerks herrührt, grundlegend, da die Gestalt des aus der Abgabedüse austretenden Vorhangs lediglich dem Wechselspiel zwischen der Oberflächenspannung des Auftragsmediums und der Schwerkraft ausgesetzt ist. Die Oberflächen­ spannung versucht dabei, den Vorhang, der bezogen auf sein Volumen bzw. seine Querschnittsfläche eine sehr große Oberfläche bzw. Umfangslänge aufweist, zusammenzuziehen, um so seine Oberfläche zu verringern. Diesem Effekt widersetzt sich die Schwerkraft, die den Vorhang zu strecken sucht. Es ist daher leicht einzusehen, dass es umso schwieriger ist, einen über die gesamte Arbeitsbreite gleichmäßig dicken Auftragsmedium-Vorhang zu erhalten, je größer diese Arbeitsbreite ist.

Die Beschichtung von Materialbahnen mittels eines Vorhang-Auftragswerks, das der Materialbahn das Auftragsmedium als sich im Wesentlichen schwer­ kraftbedingt bewegenden Auftragsmedium-Vorhang zuführt, ist von der Beschichtung von fotografischen Filmen, Tonbändern und dergleichen seit langem bekannt. Allerdings weisen die Materialbahnen auf diesen Anwen­ dungsgebieten eine erheblich geringere Breite auf, als dies bei modernen Anlagen zur Herstellung von Papier- und Kartonbahnen der Fall ist, bei denen heutzutage Materialbahnbreiten von mehr als 10 m gefordert werden. Einen über diese Breite gleichmäßigen Auftragsmedium-Vorhang bilden und stabil halten zu können, ist eine Aufgabe, bei der es alles andere als naheliegt, sich von den vergleichsweise einfach zu kontrollierenden, bekannten schmalen Auftragsmedium-Vorhängen Anregungen für eine funktionstaugliche Lösung zu erwarten. Darüber hinaus bewegen sich die Materialbahnen in modernen Anlagen zur Herstellung von Papier- und Kartonbahnen mit Geschwindigkeiten von etwa 1.000 m/min bis zu 3.000 m/min. was ein Vielfaches der Geschwindigkeit ist, mit der sich die bekannten schmalen Materialbahnen bewegen. Die hohen Bahn- Geschwindigkeiten stellen überdies eine weitere hohe Belastung für die Stabilität des Auftragsmedium-Vorhangs dar, da der Auftragsmedium-Vorhang nicht nur im freien Fall schwerkraftbedingt gestreckt wird (Schwerkraftstreckung), sondern auch beim Kontakt mit dem Untergrund aufgrund des Unterschieds zwischen der Geschwindigkeit des frei fallenden Auftragsmediums kurz vor dem Auftreffen auf dem Untergrund und der Laufgeschwindigkeit des sich bewegenden Untergrunds (Kontaktstreckung).

Zur Erzielung eines qualitativ hochwertigen Auftragsergebnisses ist es wünschenswert, die Gesamtstreckung (= Schwerkraftstreckung × Kontakt­ streckung) möglichst gleichmäßig auf die Schwerkraftstreckung und die Kontaktstreckung zu verteilen. Hierzu ist es insbesondere bei hohen Laufgeschwindigkeiten des Untergrunds erforderlich, dass der Auftrags­ medium-Vorhang kurz vor dem Kontakt mit dem Untergrund eine möglichst hohe Fallgeschwindigkeit aufweist, was eine entsprechend hohe Fallhöhe bedingt. Der Fallhöhe sind jedoch physikalische Grenzen gesetzt. Bei einer zu großen Fallhöhe würde nämlich zum einen der Einfluss der Oberflächen­ spannung des Auftragsmediums und zum anderen der Einfluss von Luft­ bewegungen in der Nähe des Auftragsmediums-Vorhangs zu groß, um einen stabilen Auftragsmedium-Vorhang zuverlässig und reproduzierbar gewähr­ leisten zu können. Die genannten Effekte erlangen einen umso stärkeren Einfluss auf die Qualität des Auftragsmedium-Vorhangs, je kleiner die Durchflussmenge des vom Vorhang-Auftragswerk pro Meter Arbeitsbreite an den Untergrund abgegebenen Auftragsmediums ist, d. h. je dünner der Auftragsmedium-Vorhang ist. Insbesondere in einem Filmdickenbereich von 2 ml/m² bis 50 ml/m², wie sie beim fertigdosierten Auftrag ("1 : 1"-Auftrag) dünner Auftragsmediumschichten keine Seltenheit sind, wird die Schwer­ kraftstreckung durch die vorstehend genannten Effekte begrenzt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs ge­ nannten Art anzugeben, bei welcher der Einfluss der vorstehend diskutierten Effekte auf die Schwerkraftstreckung reduziert ist und sogar eine insgesamt stärkere Gesamtstreckung bei gleicher Gesamtfallhöhe erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der gattungs­ gemäßen Art gelöst, bei welcher eine sich drehende Walze vorgesehen ist, die den Fallweg des Vorhangs bzw. Schleiers in einen von der Abgabedüse zur Walze führenden Freifall-Abschnitt und einem von der Walze zum Untergrund führenden Freifall-Abschnitt unterteilt, und deren Umfangs­ geschwindigkeit größer ist als die Fallgeschwindigkeit des Auftragsmediums am Ende des zur Walze führenden Freifall-Abschnitts. Durch den erfindungs­ gemäßen Einsatz der rotierenden Walze setzt sich die Gesamtstreckung nicht mehr nur aus einer einmaligen Schwerkraftstreckung und einer ein­ maligen Kontaktstreckung zusammen. Vielmehr wird das Auftragsmedium nach einer ersten Schwerkraftstreckung durch die sich drehende Walze einer ersten Kontaktstreckung unterworfen, worauf nach dem Ablösendes Auf­ tragsmediums von der Walzenoberfläche eine zweite Schwerkraft- bzw. Beschleunigungsstreckung und anschließend die Kontaktstreckung durch den laufenden Untergrund folgt. Hierzu ist es lediglich erforderlich, dass die Laufgeschwindigkeit des Untergrunds größer ist als die Fallgeschwindigkeit des Auftragsmediums am Ende des zum Untergrund führenden Freifall-Abschnitts.

Erfindungsgemäß wird also durch die sich drehende Walze nicht nur ein rela­ tiv langer Freifall-Abschnitt in zwei kürzere Freifall-Abschnitte unterteilt, was hinsichtlich der Auswirkungen äußerer Einflüsse auf den Auftragsmedium-Vorhang vorteilhaft ist, sondern es wird zudem die Gesamtstreckung auf eine Vielzahl von Streckungsstufen verteilt, was die Beanspruchung des Auftragsmedium-Vorhangs in den einzelnen Streckungsstufen reduziert. Somit läßt sich insgesamt sogar eine stärkere Streckung des Auftrags­ medium-Vorhangs erzielen.

Nachzutragen ist noch, dass der Auftragsmedium-Vorhang durch die Adhäsionskräfte zwischen dem Auftragsmedium und der Walze, die vorzugsweise zumindest im Bereich ihrer Umfangsfläche aus Metall gefertigt sein kann, stabilisiert wird, was für seine Qualität und somit auch die Qualität des letztendlich mit Hilfe dieses Vorhangs erzielten Auftrags­ ergebnisses günstig ist.

Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Drehsinn der Walze derart zu wählen, dass sich der Umfangsabschnitt der Walze, der mit dem Auf­ tragsmedium des zur Walze führenden Freifall-Abschnitts in Kontakt gelangt, in der gleichen Richtung bewegt wie der Untergrund.

Um das Ablösen des Auftragsmediums von der Walzenoberfläche erleichtern zu können bzw. um zuverlässig sicherstellen zu können, dass sich auch nach dem Ablösen des Auftragsmediums von der Walze ein gleichmäßiger Auftragsmedium-Vorhang bildet, wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass ein Schaberelement, beispielsweise ein Stechschaber, vorgesehen ist, der das Auftragsmedium von dieser abhebt und an den von der Walze zum Untergrund führenden Freifall-Abschnitt abgibt. Dieses Schaberelement kann beispielsweise gegen die Oberfläche der Walze angestellt sein. Alternativ kann es jedoch auch von einem Wandungs­ abschnitt eines die Walze lagernden Walzenbetts gebildet sein. Die Länge des Schaberelements kann dabei in Bewegungsrichtung des Auftrags­ mediums gemessen zwischen etwa 5 mm und etwa 50 mm betragen.

Selbstverständlich kann jeder der von der sich drehenden Walze gebildeten Freifall-Abschnitte durch zusätzliche Leitelemente weiter unterteilt sein. Dabei können diese zusätzlichen Leitelemente weitere sich drehende Walzen sein oder aber auch festmontierte, d. h. sich nicht bewegende Leitelemente, beispielsweise im Wesentlichen plane Leitbleche. Die zusätzlichen Leit­ elemente können dabei den betreffenden Freifall-Abschnitt, in dem sie angeordnet sind, wiederum in zwei Freifall-Unterabschnitte unterteilen. Es ist jedoch auch möglich, dass sich ein derartiges Leitelement unmittelbar an die Abgabedüse des Vorhang-Auftragswerks anschließt bzw. als Leitschaber gegen die Oberfläche des laufenden Untergrunds oder der bzw. einer sich drehenden Walze angestellt ist.

Die Erfindung wird im Folgenden an einem Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten einzigen Figur näher erläutert werden, welche eine schema­ tische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Auftragsvorrichtung darstellt.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorhang-Auftragsvorrichtung allgemein mit 10 bezeichnet. Sie umfasst ein Vorhang-Auftragswerk 12, aus dessen Abgabedüse 14 flüssiges oder pastöses Auftragsmedium 16 in Form eines Auftragsmedium-Vorhangs bzw. -Schleiers 18 abgegeben wird. Der Vorhang 18 bewegt sich im Wesentlichen schwerkraftbedingt in vertikaler Richtung V nach unten zu einem Untergrund U, der sich unter dem Auftragswerk 12 in Laufrichtung L mit einer Geschwindigkeit von zwischen etwa 1.000 m/min und etwa 3.000 m/min vorbeibewegt. Der Untergrund U kann bei direktem Auftrag die Oberfläche einer Materialbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, aber auch einer Folien- oder Textilbahn, sein, oder bei indirektem Auftrag die Oberfläche eines Übertragselements, beispiels­ weise einer Übertragswalze. Ziel der Auftragsvorrichtung 10 ist es, das Auftragsmedium 16 im Wesentlichen fertig dosiert, d. h. im Idealfall als "1 : 1"-Auftrag, auf den Untergrund U aufzubringen als eine Auftragsschicht 20, die eine Dicke d von zwischen etwa 2 µm und 100 µm aufweist.

Bei derartigen Vorhang-Auftragsvorrichtungen 10 beruht die Reduzierung der Dicke des Auftragsmedium-Vorhangs 18 von der Breite b der Abgabe­ düse 14 auf die Dicke d der Auftragsschicht 20 im Wesentlichen auf zwei Effekten, nämlich zum einen der schwerkraftbedingten Streckung des Vor­ hangs 18 während des freien Falls von der Abgabedüse 14 zum Untergrund U und zum anderen der Kontaktstreckung aufgrund des Unterschieds zwischen der Fallgeschwindigkeit des Vorhangs 18 kurz vor Erreichen des Untergrunds U und der Laufgeschwindigkeit des Untergrunds U. Dabei sind der schwerkraftbedingten Streckung nicht nur aufgrund physikalischer Effekte (Wechselspiel zwischen Schwerkraft und Oberflächenspannung des Auftragsmediums 16), sondern auch aufgrund äußerer Einflüsse (beispiels­ weise Mitnahme des Vorhangs 18 durch den Untergrund U, Luftströmungen und dergleichen) Grenzen gesetzt.

In dem Fallweg des Auftragsmedium-Vorhangs 18 von der Abgabedüse 14 des Vorhang-Auftragswerks 12 zum Untergrund U ist erfindungsgemäß eine Walze 22 angeordnet, welche die Fallhöhe H unterteilt in einen ersten Freifall-Abschnitt 24, der sich von der Abgabedüse 14 bis zum Auftreffen des Vorhangs 18 auf der Walzenoberfläche 22a erstreckt, und einen zweiten Freifall-Abschnitt 26, der von der Walze 22 bis zum Untergrund U führt.

Erfindungsgemäß dreht sich die Walze 22 um ihre in Querrichtung Q verlaufende Achse A, und zwar mit einer Drehzahl, die derart gewählt ist, dass die Geschwindigkeit v_W der Oberfläche 22a der Walze 22 einen größeren Wert aufweist als die Fallgeschwindigkeit v_F1 des Vorhangs 18 im ersten Freifall-Abschnitt 24 kurz vor dem Auftreffen auf der Walzenober­ fläche 22a (v_W < v_F1). Hierdurch erfährt das Auftragsmedium 16 beim Auftreffen auf der Walzenoberfläche 22a nach der Schwerkraftstreckung im Freifall-Abschnitt 24 eine Kontaktstreckung durch die sich drehende Walze 22. Ferner wird der Auftragsmedium-Vorhang 18 durch die Adhäsionskräfte zwischen dem Auftragsmedium 16 und der Walzenoberfläche 22a stabili­ siert. Zu diesen Adhäsionskräften können selbstverständlich auch weitere auf das Auftragsmedium 16 einwirkende Kräfte hinzutreten, beispielsweise elektrostatische Kräfte, wenn im Inneren der Walze 22 eine auf einem vorbestimmten elektrischen Potential gehaltene Elektrode angeordnet ist, oder die Mantelfläche der Walze 22 selbst als Elektrode ausgebildet ist.

Ein entgegen der Drehrichtung der Walze 22 gegen deren Oberfläche 22a angestellter Stechschaber 28 hebt das Auftragsmedium 16 von der Oberfläche 22a der Walze 22 ab und überführt es in den zweiten Freifall-Abschnitt 26. Die Länge l des Stechschabers 28 beträgt zwischen etwa 5 mm und etwa 50 mm. Der Durchmesser der Walze 22 beträgt zwischen 38 mm und etwa 500 mm. Ihre Oberfläche 22a ist vorzugsweise hydrophil ausgebildet.

In dem zweiten Freifall-Abschnitt 26 erfährt der Vorhang 18 wiederum eine Streckung, die dazu führt, dass seine Fallgeschwindigkeit v_F2 kurz vor Auftreffen auf dem Untergrund U einen größeren Wert aufweist als die Oberflächengeschwindigkeit v_W der Walze 22 (v_F2 < v_W). Diese Fall­ geschwindigkeit v_F2 ist jedoch immer noch kleiner als die Laufgeschwin­ digkeit v_U des Untergrunds U in Laufrichtung L (v_U < v_F2). Somit wird das Auftragsmedium 16 beim Kontakt mit dem Untergrund U nochmals gestreckt.

Die Gesamtstreckung des Auftragsmedium-Vorhangs 18 von der Dicke b beim /erlassen der Abgabeöffnung 14 ist zur Schichtdicke d der auf den Untergrund U aufgebrachten Auftragsschicht 20 erfolgt somit bei der Auftragsvorrichtung 10 gemäß Fig. 1 in vier Stufen, nämlich einer ersten Schwerkraftstreckung im ersten Freifall-Abschnitt 24, einer ersten Kontaktstreckung beim Auftreffen auf die Walzenoberfläche 22a, einer zweiten Schwerkraftstreckung im zweiten Freifall-Abschnitt 26 und einer zweiten Kontaktstreckung beim Auftreffen auf den Untergrund U.

Festzuhalten ist in diesem Zusammenhang, dass unter einer "im Wesentli­ chen schwerkraftbedingten" Bewegung des Auftragsmedium-Vorhangs hier verstanden wird, dass von allen, das Auftragsmedium zum Untergrund hin treibenden Kräften die Schwerkraft den größten Einfluss auf den Auftrags­ medium-Vorhang ausübt. Die schwerkraftbedingte Bewegung kann aber auch von weiteren Kräften unterstützt (beispielsweise von elektrostatischen Kräften) oder in anderer Art und Weise beeinflusst werden (beispielsweise viskose Reibung bei der Bewegung längs des Leitelements).

Festzuhalten ist ferner, dass als Materialbahnen neben Papier und Karton auch Folien oder Textilien mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Auftragsmedium beschichtet werden können.

Claims (8)

1. Vorrichtung (10) zum Auftragen von flüssigem oder pastösem Auf­ tragsmedium (16), insbesondere wässriger Pigmentsuspension, auf einen laufenden Untergrund (U), umfassend ein Vorhang-Auftrags­ werk (12), welches das Auftragsmedium aus einer Abgabedüse (14) als sich im Wesentlichen schwerkraftbedingt bewegenden Vorhang (18) oder Schleier an den Untergrund (U) abgibt, wobei der Untergrund (U) bei direktem Auftrag die Oberfläche einer Materialbahn, insbesondere aus Papier oder Karton, und bei indirektem Auftrag die Oberfläche eines Übertragselements, vorzugs­ weise einer Übertragswalze, ist, welches das Auftragsmedium (16) dann an die Oberfläche der Materialbahn überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass eine sich drehende Walze (22) vorge­ sehen ist, die den Fallweg des Vorhangs bzw. Schleiers (18) in einen von der Abgabedüse (14) zur Walze (22) führenden Freifall-Abschnitt (24) und einem von der Walze (22) zum Untergrund (U) führenden Freifall-Abschnitt (26) unterteilt, und deren Umfangsgeschwindigkeit (v_W) größer ist als die Fallgeschwindigkeit (v_F1) des Auftragsmediums (16) am Ende des zur Walze (22) führenden Freifall-Abschnitts (24).

2. Auftragsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufgeschwindigkeit (v_U) des Untergrunds (U) größer ist als die Fallgeschwindigkeit (v_F2) des Auftragsmediums (16) am Ende des zum Untergrund (U) führenden Freifall-Abschnitts (26).

3. Auftragsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehsinn der Walze (22) derart gewählt ist, dass sich der Umfangsabschnitt (22a) der Walze (22), der mit dem Auftragsmedium (16) des zur Walze (22) führenden Freifall-Abschnitts (24) in Kontakt gelangt, in der gleichen Richtung bewegt, wie der Untergrund (U).

4. Auftragsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaberfläche (28), beispiels­ weise in Form eines Stechschabers, vorgesehen ist, die gegen die Oberfläche (22a) der Walze (22) angestellt ist, das Auftragsmedium (16) von dieser Oberfläche (22a) abhebt und an den von der Walze (22) zum Untergrund (U) führenden Freifall-Abschnitt (26) abgibt.

5. Auftragsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaberfläche (28) in Bewegungs­ richtung (L) des Auftragsmediums (16) gemessen eine Länge (l) von zwischen etwa 5 mm und etwa 50 mm aufweist.

6. Auftragsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (22) zumindest im Bereich ihrer Umfangsfläche (22a) aus Metall gefertigt ist.

7. Auftragsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche (22a) der Walze (22) zumindest teilweise hydrophil ausgebildet ist.

8. Auftragsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (22) einen Durchmesser von zwischen etwa 38 mm und etwa 500 mm aufweist.