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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen eines flüssigen bis
pastösen
Auftragsmediums, insbesondere wässrige
Pigmentsuspension auf eine laufende Oberfläche, wobei die Oberfläche bei direktem
Auftrag die Oberfläche
einer Papier-, Karton- oder anderen Faserstoffbahn und bei indirektem Auftrag
die Oberfläche
eines Übertragselementes
ist, welches das Auftragsmedium an die Oberfläche der Faserstoffbahn bei
deren Herstellung und/oder Veredelung überträgt, und das Auftragen mit einem
Auftragswerk vorgenommen wird, dessen mindestens eine Abgabedüse für das Abgeben
des Auftragsmediums von der laufenden Oberfläche derart beabstandet angeordnet
ist, dass das Auftragsmedium in Form eines frei fallenden Vorhanges
aus einer Fallhöhe
im Wesentlichen schwerkraftbedingt auf die laufende Oberfläche gelangt.
Die Erfindung betrifft auch eine entsprechende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 5.
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Ein
solches Beschichtungsverfahren wird als Curtain Coating (Vorhangbeschichtung)
bezeichnet und ist beispielsweise bekannt aus der DE-A1-197 16 647
oder der DE-A1-10012257.
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Wie
schon beschrieben, fällt
beim Vorhangbeschichten ein Auftragsmediums-Vorhang aus einer maschinenbreiten Auftragsdüse (Schlitzdüse) auf
die laufende Oberfläche.
Anschließend
wird der Strichauftrag auf der Faserstoffbahn getrocknet. Das erfolgt
auf kontaktlosem Wege, um die frische Beschichtungsschicht nicht
zu zerstören.
In der Regel werden dazu Infrarottrockner (IR-Trockner) oder Lufttrockner
oder eine Kombination aus beiden Trocknerarten verwendet.
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Das
Auftragsmedium, beispielsweise Streichfarbe, kommt dabei mit einem
Feststoffgehalt von ca. 55–65%
aus der Abgabedüse
und die Faserstoffbahn muss dann bei Maschinengeschwindigkeiten
von bis zu 2000 m/min auf ca. 4 bis 7% Feuchte getrocknet werden.
Das bedeutet eine sehr lange Trocknungsstrecke und ebenso lange
Trocknungszeiten, was bei den heutigen modernen schnelllaufenden
Maschinen, die aus Wirtschaftlichkeitsgründen Breiten von bis zu 10
m oder mehr aufweisen können,
sehr unökonomisch
ist.
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Es
ist deshalb Aufgabe der Erfindung, mit einem geeigneten Verfahren
und einer Vorrichtung, die Trocknungsstrecke nach der Beschichtung
verkürzen und
dennoch eine gute Verankerung des auf die Faserstoffbahn aufgebrachten
Auftragsmediums erreichen zu können.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren gemäß der kennzeichnenden
Merkmale des Anspruches 1 sowie mit einer Vorrichtung gemäß der kennzeichnenden
Merkmale des Anspruches 6 gelöst.
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Der
Erfinder hat erkannt, dass die Fallhöhe des Vorhanges geeignet ist
und völlig
ausreichend ist, um den flüssigen
Vorhang aufzuheizen bzw. schon vorzutrocknen. Diese kurze Heizstrecke
ist möglich,
weil das Auftragsmedium aus der Abgabedüse mit wesentlich geringerer
Geschwindigkeit – insbesondere
mit ca. 20 bis 200 m/min – strömt, als die
Maschine bzw. die in ihr laufende zu beschichtende Oberfläche bzw.
Faserstoffbahn, die insbesondere mit 500 bis 2500 m/min in der Herstellungs-
oder Veredelungsmaschine läuft.
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Von
besonderem Vorteil ist, wenn die Aufheizung bzw. Vortrocknung des
Vorhanges mit wenigstens einem Infrarot (IR)-Strahler und/oder einem
Reflektor oder aber auch nur mit Heißluft vorgenommen wird. Derartige
IR-Strahler sind in der Regel gasbeheizt und zeichnen sich durch
einen optimalen energetischen Wirkungsgrad und hohe Energiedichte aus.
Mit diesen IR-Strahlern (auch als IR-Trockner bezeichnet) ist eine
besonders schnelle Aufheizung und Verdunstung des im Vorhang enthaltenen
Wassers möglich.
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Dadurch
ist es in vorteilhafter Weise möglich, dass
während
der Aufheizung bzw. Vortrocknung ein Anstieg des Feststoffgehaltes
des Auftragsmediums auf über
80% erreicht wird.
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Infolge
der Aufheizung werden folgende weitere Vorteile erzielt:
- – es
ist eine viel kürzere
Trockenstrecke bzw. eine wesentlich geringere Trocknungskapazität notwendig,
- – Erreichung
von besseren Fließeigenschaften aufgrund
der sich einstellenden niedrigeren Viskosität bei höherer Temperatur,
- – Verringerung
des Gasgehaltes des Auftragsmediums, da bei höherer Temperatur die Gasblasen entweichen,
- – gute
Strichverankerung auf der Faserstoffbahn, insbesondere kann bei
Papierbahnen der Strich effektiv an der Oberfläche der Bahn gehalten werden
und dort immobilisieren..
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Ein
Vorteil der Erfindung ist, dass im Anschluss an die Beschichtung
mit der Vorhangdüse auf
ein an sich bekanntes Umlenkelement z.B. einen Airturn verzichtet
werden kann. Dafür
ist eine wesentlich kostengünstigere „normale" Umlenk- bzw. Leitwalze,
die die beschichtete Bahn nun kontaktieren darf, eingesetzbar.
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Es
ist sogar denkbar, dass auch auf teure, das Auftragswerk umhausende
Klimahauben verzichtet werden kann, da der fallende Vorhang durch die
Anordnung der IR-Strahler oder anderere Heißluftgeräte sogar vor Umgebungseinflüssen, beispielsweise
Luftgrenzschichten, geschützt
ist Im Übrigen
ist die Anordnung solcher IStrahler und/oder ebenso handelsüblicher
Reflektoren auf einfache Weise realisierbar. In diesem Zusammenhang
kann man auf einer Seite des Vorhanges beispielsweise einen IR-Strahler
oder Heißluftstrahler
und auf der anderen Seite des Vorhanges einen Reflektor anordnen.
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Da
die Länge
des Mediumsvorhanges im Vergleich zur Strahlungsbreite eines IR-Strahlers relativ
klein ist, ist die Anordnung eines Reflektors oder einer Linse im
Strahlungsfeld des IR-Strahlers an nur einer Seite des Vorhanges
zweckmäßig. Dadurch kann
der Strahler weiter weg von der Vorhangdüse angeordnet sein, was die
Vorhangdüse
vor Wärmedeformationen
schützt.
Mittels des Reflektors oder der Linse werden insbesondere die IR-Strahlen
korrekt zum Vorhang hin gelenkt.
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Eine
weitere zweckmäßige Ausgestaltung der
Vorrichtung kann darin bestehen, dass eine Schutzplatte bzw. Blende
vorgesehen ist, die an oder vor der Vorhangdüse angeordnet ist und diese
vor den IR-Strahlen, d.h den besagten Wärmedeformationen schützt.
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Die
Blende kann aus einem gut isolierendem und/oder reflektierendem
Material bestehen. Außerdem
kann eine Temperierung, d.h. insbesondere Kühlung der Vorhangdüse vorgesehen
sein. Diese Temperierung der Düse
kann separat erfolgen, aber auch die Blende selbst könnte temperiert
sein, indem diese entweder isoliert ausgeführt oder mit einem zirkulierendem
Kühlmedium,
z.B. Wasser, beaufschlagt wird.
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Nachfolgend
soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
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Es
zeigen:
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1 in
schematischer Darstellung die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Seitenansicht;
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2 in
schematischer Darstellung ein Anwendungsbeispiel der Auftragsvorrichtung
in der Seitenansicht; wobei
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2a die
Ausführung
gemäß dem Stand der
Technik angibt und
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2b die
erfindungsgemäße Ausführung im
Gegensatz zur 2a angibt,
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3 (3a,
b, c) Versuchsergebnisse, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
und der Vorrichtung gemäß 1 und 2b erzielt
wurden;
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4 bis 11 weitere
Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
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In
den Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen auch gleiche Bauteile.
Alle in der Seitenansicht dargestellten Bauteile sind maschinenbreit,
d.h. mindestens der Bahnbreite entsprechend, ausgeführt.
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In
der 1 ist eine erfindungsgemäße Auftragsvorrichtung dargestellt
und mit 1 bezeichnet. Sie umfasst ein Vorhang-Auftragswerk 2,
dessen Abgabedüse 3 das
gewünschte
Auftragsmedium M, im Beispiel ist das pigmenthaltige Streichfarbe,
mit ca. 20 bis 200 m/min in Form eines fallenden Vorhanges 4 an
eine sich in Laufrichtung L mit ca. 500 bis 2500 m/min bewegende
laufende Oberfläche 5 abgibt
und sich dort als "Strich" bzw. gleichmäßig, flächige Auftragsschicht 6 ablegt.
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Dabei
strömt
das Auftragsmedium M aus der Abgabedüse 3 mit einer solchen
Austrittsgeschwindigkeit vM, die wesentlich
kleiner ist als die Geschwindigkeit der in Laufrichtung L sich bewegenden
Oberfläche
vO..
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Man
erkennt aus 1, dass die Abgabedüse 3 zum
direkten Auftragen oberhalb der laufenden Oberfläche 5 (insbesondere
einer Faserstoffbahn aus Papier oder Karton) und in einem Abstand
zu ihr angeordnet ist.
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Diesen
Abstand muss das Auftragsmedium M als Vorhang 4 im Wesentlichen
schwerkraftbedingt überwinden,
um auf diese Oberfläche 5 zu
gelangen.
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Der
vom Auftragswerk 2 abgegebene flüssige Vorhang hat damit eine
dem besagten Abstand entsprechende Fallhöhe H, die gleich/kleiner 1,0
m, vorzugsweise 0,15 bis 1,0 m beträgt.
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Diese
Fallhöhe
ist auf die örtlichen
Gegebenheiten einstellbar und wird nun erfindungsgemäß ausgenutzt,
um den Vorhang während
seines Herabfallens aufzuheizen und sogar vorzutrocknen, wofür im Beispiel
der 1 beidseitig zu den Längsseiten des Vorhanges 4 Heiz-
bzw. Vortrockeneinrichtungen 7 vorgesehen sind. Dafür werden
im beispiel handelsübliche
und auch vom Unternehmen der Anmelderin vertriebene IR-Strahler 7a angeordnet.
Es sind aber auch andere handelsübliche
Heißluftstrahler einsetzbar.
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Die
von den Strahlern 7a abgegebenen Infrarotstrahlen 8 durchdringen
den Vorhang 4 vollständig,
wie mit den Zickzack-Linien in der 1 angedeutet
ist. Auf der Gegenseite kann anstelle eines zweiten Strahlers 7a auch
ein Reflektor 7b zur Reflektion der Strahlen 8 angeordnet
sein. Der Vorhang 4 wird also entweder durch gegeneinander
gerichtete Strahlen 8 oder durch Strahlen und Reflektion
von beiden Seiten her durchdrungen. Der im verwendeten Auftragsmedium
M, insbesondere der in der Streichfarbe enthaltene Binder verglast
dabei regelrecht. Man erreicht dadurch danach auf einer Faserstoffbahnoberfläche 5 eine
besonders schnelle und gute Strichverankerung. Vor allem immobilisiert
der aufgebrachte Strich 6 an der Faserstoffbahnoberfläche, ohne
die Faserstoffbahn 5 zu durchtränken.
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Infolge
der Aufheizung bzw. der Vortrocknung mittels der IR-Strahler 7a und
ggf. eingesetzter Reflektoren 7b oder auch Linsen 7c (siehe
hierzu nachfolgende 4 bis 11) ist
eine weitaus geringere Trockenkapazität bzw. eine nur relativ kurze Trockenstrecke
nötig.
Dies wird aus 2 deutlich, die unterteilt ist
in 2a und 2b. Die 2a zeigt
den bisherigen Bahnbehandlungsverlauf (Stand der Technik) und die 2b den
erfindungsgemäßen Ablauf.
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Im
der 2a und 2b ist
gezeigt, dass die laufende Oberfläche 5 eine Faserstoffbahn
aus Papier ist, die mit maximal 2500 m/min in Laufrichtung L einem
weiteren Behandlungs- oder Veredelungsort, d.h. einer Auftragsvorrichtung 1 zur
direkten Beschichtung innerhalb einer Papier-Herstellungsmaschine
zuläuft.
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Die
zu beschichtende Oberfläche
bzw. die Bahn 5 läuft
beim Stand der Technik gemäß 2a und
auch erfindungsgemäß gem. 2b zunächst von
unten her kommend, über
eine erste Umlenkwalze 9 und danach annähernd horizontal dem Vorhang-Auftragswerk 2 zu,
wird auf der Oberseite 5a mit dem Vorhang 4 beschichtet
und läuft
danach mit der Unterseite 5b über eine zweite Umlenkwalze 10, durch
welche die Bahn 5 wieder eine Richtungsänderung 11 erfährt.
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Beim
Stand der Technik erfolgt diese Richtungsänderung mit einem Leitelement,
das als Airturn 12 bezeichnet wird. Dieser Airturn 12 ist
an der beschichteten Bahnseite, also der Oberseite 5a angeordnet
und arbeitet kontaktlos mit Luftstrahlen, so dass die frische Auftragsschicht 6 nicht
beschädigt wird.
Danach wird die noch feuchte Schicht 6 mit einem nachgeordneten
IR-Strahler 7' und
anschließend
noch mit einem Heißlufttrockner 13 weiter
kontaktlos getrocknet, bevor eine abschließende Kontakt-Trocknung 14 mit
nicht dargestellten Zylindern einer Nachtrockenpartie erfolgen kann.
Dieses Trocknungsweg ist sehr lang und erfordert eine erhebliche
Trockenkapazität.
Außerdem
ist oftmals noch eine Klimahaube 15 um die Auftragsvorrichtung 1 herum
angeordnet. Diese soll den Auftragsvorgang bzw. den Vorhang 4 vor
allem vor schädlichen
Umwelteinflüssen,
insbesondere Luftgrenzschichten schützen.
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Bei
der in 2b gezeigten erfindungsgemäßen Ausführung mit
der erfindungsgemäßen Aufheizung
des Vorhanges 4 gemäß 1,
kann sowohl die Klimahaube 15, als auch der Airturn 12 entfallen. Zur
Richtungsänderung 11 ist
hier nur eine normale Leitwalze 16, die den "Strich" 6 kontaktieren
darf, notwendig, weil der Strich bzw. die Auftragsschicht 6 aufgrund
der Aufheizung des Vorhanges 4 schon auf der Bahnoberfläche immobilisiert
ist. Des weiteren können
die sonst üblichen
weiteren kontaktlosen Trockner bis hin zur Kontakttrocknung 14 oder
auch eine gewisse Anzahl von Kontakttrocknern 14 entfallen.
Der Trockenstrecke ist damit weitaus kürzer als bisher.
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Das
bedeutet, dass die der Beschichtung folgende Trockenstrecke TS z.B. bei einer Geschwindigkeit von nur
1200 m/min und einem Strichauftrag von ca. 10 g/m2 von
bisher 6 m Länge
auf nunmehr nur 1 m Länge
reduziert werden kann.
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Die 3 zeigt
in ihren 3a, b und c Versuchsergebnisse,
die den Effekt des erfindungsgemäßen Verfahrens
und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
belegen sollen.
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In 3a ist
die Temperatur T in Bezug auf die Fallhöhe des Vorhanges 4 angegeben.
Es ist angegeben, dass das Aufheizen des Vorhanges 4 mit einem
Strahler oder beidseitig angeordneten Strahlern 7 innerhalb
der Fallhöhe
H zu einem Temperaturanstieg des Vorhanges auf bis zu 80°C führt, wodurch
auch bessere Fließeigenschaften
des Auftragsmediums bzw. des Vorhanges erreicht werden.
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Aus 3b wird
deutlich, dass bei einer Fallhöhe
von 0,14 m ein Absinken des Feuchtegehaltes auf ca. 25,5% möglich ist.
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Außerdem steigt
durch die Aufheizung des Vorhanges auch der Feststoffgehalt des
Auftragsmediums bzw. des Vorhanges 4 von 55–60% auf über 80%,
wie 3c belegt.
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Die
folgenden 4 bis 12 zeigen
weitere Ausführungsformen
zur in 1 bzw. 2b gezeigten
Vorrichtung. Dabei sollen nur die Veränderungen gegenüber der
vorherigen Figur erläutert
werden.
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In 4 ist
neben der Vorhang- bzw. Abgabedüse 3,
d.h. von der Düse
aus in stromabwärtiger Richtung
der in Laufrichtung L sich bewegenden Oberfläche bzw. Faserstoffbahn 5 gesehen,
ein IR-Strahler 7a angeordnet. Dessen Strahlen 8 treffen auf
einen parallel und unterhalb des Strahlers 7a angeordneten
konkav ausgebildeten Reflektor 7b. Vom Reflektor 7b aus
werden die reflektierten Strahlen 8' zum abgegebenen Vorhang 4 hingelenkt
bzw. gestreut, so dass im Wesentlichen die gesamte Fallhöhe H des
Vorhanges 4, insbesondere die dann die Oberseite des Striches 6 bildet
aufgeheizt und vorgetrocknet wird.
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5 zeigt
prinzipiell dieselbe Anordnung wie 4. Anstelle
des Reflektors 7b ist hier eine beidseitig konvex gekrümmte Linse 7c im
Strahlungsfeld des IR-Strahlers 7a angeordnet, wodurch sich
die Strahlen 8 bzw. 8' auf den Vorhang fokusieren.
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6 entspricht
im Wesentlichen der 4. Im Unterschied zu dieser 4 ist
hier allerdings die Aufheiz- bzw. Vortrockeneinrichtung 7 in
stromaufwärtiger
Richtung- also vor dem Vorhang-Auftragswerk 2 bzw. der
Abgabedüse 3 angeordnet,
so dass jene Seite des Vorhanges bestahlt wird, die dann die Unterseite
des Striches 6 bildet und direkt auf die Bahn 5 bzw.
Oberfläche 5a trifft.
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Zusätzlich ist
noch eine Blende bzw. Isolierung 16 dargestellt, die die
zum IR-Strahler zeigende Seite der Abgabedüse 3 gegen Wärmedeformationen,
ausgehend von den heißen
IR-Strahlen 8 bzw. 8', schützt. Die Blende oder die Isolierung 16 ist
hier im Wesentlichen an die Form der Abgabedüse 3 angepasst.
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7 zeigt
ebenfalls wie 5 eine Linse 7c, die
anstelle des in 6 eingesetzten Reflektors 7b wirkt.
Auch in 7 ist zum Schutz der Abgabedüse wieder
eine Blende 16 vorhanden, die hier nur als einfache Platte,
bestehend aus einem isolierendem oder reflektierendem Material gefertigt
ist. Bei dieser 7 ist mit angedeutet, dass der
Linse 7c so ausgerichtet ist, dass die von ihr gebrochenen
Strahlen 8' gleichzeitig
die Faserstoffbahn 5 mit aufheizen können.
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Die 8 und 9 zeigen
im Gegensatz dazu Blenden 16a mit Temperierkanälen 17,
durch die zum Beispiel Kühlwasser
zirkulieren kann. Ansonsten entspricht 8 von der
Laufrichtung L und der Anordnung der Aufheizeinrichtung 7 mit
Reflektor 7b her der 4 und 9 mit
Linse 7c der 5.
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Dieselbe
Konfiguration ist auch in 10 und 11 dargestellt.
Lediglich sind die Blenden 16 bzw. 16a als senkrechte
Platte ausgebildet, die idealer Weise eine Aussparung enthalten,
durch die die reflektierten (10) oder
gebrochenen (11) Strahlen 8' zum Vorhang 4 gelangen.
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- 1
- Auftragsvorrichtung
- 2
- Vorhang-Auftragswerk
- 3
- Abgabedüse
- 4
- Vorhang
- 5
- laufende
Oberfläche
- 5a
- Oberseite
- 5b
- Unterseite
- 6
- Strich
bzw. Auftragsschicht
- 7
- Aufheiz-
bzw. Vortrockeneinrichtung
- 7a,
7'
- IR-Strahler
- 7b
- Reflektor
- 7c
- Linse
- 8
- IR-Strahl
- 8'
- gelenkter
Strahl
- 9
- Umlenkwalze
- 10
- Umlenkwalze
- 11
- Richtungsänderung
- 12
- Airturn
- 13
- Heißlufttrockner
- 14
- Kontakttrocknung
- 15
- Klimahaube
- 16
- Blende
- 16a
- Blende
mit Temperierkanälen 17
- L
- Laufrichtung
- M
- Auftragsmedium
- TS
- Trockenstrecke
- vO
- Geschwindigkeit
der laufenden Oberfläche
- vM
- Austrittsgeschwindigkeit
des Auftragsmediums M aus der Abgabedüse