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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausrüstung einer Warenbahn, bei dem die Warenbahn an einer rotierenden, mit einer Flotte benetzten Antragswalze entlang transportiert wird, um die Flotte auf die Warenbahn aufzubringen. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Ausrüstung einer Warenbahn mit einer Flotte, mit einer mit der Flotte benetzbaren Antragswalze, und mit Mitteln, mit denen die Warenbahn an der Antragswalze entlang transportierbar ist.
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Unter „Warenbahn” sollen im vorliegenden Fall Flächengebilde verstanden werden, die Fasern oder Fäden umfassen, wie beispielsweise Papier, Textil oder Vlies umfassende Flächengebilde.
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Ausrüstungsverfahren sind beispielsweise Färben, Drucken, flammhemmende, bleichende, waschmaschinenfeste Ausrüstung, Nanoausrüstung, Fleckenschutz ausrüstung, UV-Blocker-Ausrüstung, Antistatik-Ausrüstung, antibakterielle Ausrüstung, Bügelfrei-Ausrüstung, Ausbrenner-Ausrüstung, Repellent-Ausrüstung oder Insektizid-Ausrüstung oder Hydrophil- bzw. Hydrophob-Ausrüstung. Die Ausrüstung einer Warenbahn umfasst unter anderem den Auftrag der im allgemeinen flüssigen Flotte auf die Warenbahn. Die Menge dieser Flotte, die am Ende des Ausrüstungsprozesses tatsächlich auf der Warenbahn, insbesondere auf den Fasern oder Fäden vorhanden sein muss, um die gewünschte Funktionalität des Produkts zu gewährleisten, wird als Fadenauflage bezeichnet.
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Es ist bekannt, zum Flottenauftrag Auftragswerke einzusetzen, bei denen mittels einer Antragswalze Flotte aus einem Flottenreservoir auf die Warenbahn aufgetragen wird. Hierzu kann das Flottenreservoir als Flottentrog ausgebildet sein, welches bis zu einem Flottenspiegel mit Flotte gefüllt ist. Die Antragswalze kann dann mit einem Teil ihres Umfanges in den Flottenspiegel eintauchen, wobei die Walzenoberfläche durch die Flotte benetzt wird. Die Flotte wird auf die Warenbahn, die an der Walzenoberfläche außerhalb des Flottentrogs entlang befördert wird, durch Kontaktberührung übertragen.
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Um einen Flottenauftrag in voneinander beabstandeten Streifen zu erzeugen, ist es aus der
US 5,709,747 A bekannt, zwischen die Walzenoberfläche und die Warenbahn Abdeckungen einzufügen, die eine Berührung zwischen Walzenoberfläche und Warenbahn im Bereich der Abdeckungen und somit einen Flottenauftrag in diesen Bereichen verhindern.
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Die Menge an Flotte, die pro Volumeneinheit auf die Warenbahn aufgetragen wird, wird auch kurz mit „Flottenauftrag” bezeichnet.
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Der Flottenauftrag hängt von einer Vielzahl von Parameter ab, beispielsweise von der Viskosität der Flotte, von dem Umschlingungswinkel, über den die Warenbahn an der Antragswalze anliegt, von der Vorlaufgeschwindigkeit der Warenbahn, von der Rotationsgeschwindigkeit der Antragswalze und von der Flottenmitnahme der Antragswalze.
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Letztere hängt insbesondere von folgenden Kriterien ab: Grenzflächenspannung zwischen der Flüssigkeit und dem Walzenmantel, Rauigkeit der Walzenoberfläche.
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Zur Erzeilung eines möglichst gleichmäßigen Flottenauftrags über die Breite und über die Länge der Warenbahn ist es zunächst erforderlich, den Flottenfilm auf der Oberfläche der Antragswalze möglichst homogen zu halten. Unerwünschte Inhomogenitäten können folgende Ursachen haben: Unsaubere Oberfläche der Antragswalze, hohe Luftverwirbelung aufgrund hoher Warengeschwindigkeit.
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Um diese Inhomogenitäten zu reduzieren, ist es bekannt, Antragswalzen mit einer möglichst hohen Rauigkeit ihres Walzenumfangs einzusetzen und den Winkelabstand zwischen dem Austritt des Walzenumfangs aus dem Flottenspiegel und der Anlauflinie der Warenbahn an der Antragswalze möglichst klein zu halten. Letzteres, um die für die Ausbildung von Inhomogenitäten des Flottenfilms auf der Walzenoberfläche zur Verfügung stehende Verweildauer zu reduzieren.
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Um mit einer Antragswalze gleichmäßig Flotte an eine Warenbahn anzutragen, bedarf es einer Mindestdrehzahl der Auftragswalze. Bei dieser Drehzahl bildet sich zum ersten Mal ein homogener Flüssigkeitsfilm aus, der von den Faktoren wie Flottenart, Viskosität, Benetzbarkeit, Walzenbeschichtung und -oberfläche usw. abhängig ist.
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Der Film hat bei dieser Drehzahl auf der Strecke am Walzenumfang, vom Austritt aus der Flotte bis zur Anlauflinie der Warenbahn nicht mehr die Neigung, Schlieren zu bilden, aufzureißen und in sich zusammenzufallen, da hierzu die Verweildauer zu gering ist.
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Diese Mindestdrehzahl muss eingehalten werden, wobei die dabei angetragene Menge als Auftragsmindestmenge hingenommen werden muss. Bei schwer schöpfbaren Flotten ist diese Drehzahl, wie auch die Mindestmenge hoch. Weniger an die Warenbahn zu übertragen, ist nicht praktikabel; es sei denn, man erhöhte die Geschwindigkeit der Warenbahn.
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Um den Flottenauftrag auf der Warenbahn zu erhöhen sind folgende Maßnahmen bekannt: Vergrößerung des Umschlingungswinkels, um den die Warenbahn mit der Antragswalze sich in Anlage befindet, Anhebung der Umfangsgeschwindigkeit der Antragswalze. Insbesondere letztere Maßnahme geht jedoch einher mit einem höheren Flottenauftrag, der einerseits aufgrund der hierdurch erzeugten Warenbahneigenschaften unerwünscht sein kann. Wird zur Vermeidung die Konzentration des die Ausrüstung der Warenbahn bewirkenden Wirkstoffs in der Flotte verringert, so bedingt der höhere Flottenauftrag höhere Trocknerleistungen, die aufgrund des hierdurch bewirkten erhöhten Energieverbrauchs unerwünscht sind. Darüber hinaus kann ein aufgrund der Drehzahlerhöhung dickerer Flottenfilm auf der Antragswalze zu weiteren Inhomogenitäten führen, da äußere Bereiche des Flottenfilms für eine gleichmäßige Mitnahme nicht mehr ausreichend stark an die Oberfläche der Antragswalze gebunden sein können.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Ausrüstung einer Warenbahn zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 wiedergegebene Verfahren und durch die in Anspruch 5 wiedergegebene Vorrichtung gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass ein Teil der die Antragswalze benetzenden Flotte mittels eines an dem Umfang der Antragswalze über einen Umschlingungswinkel, der vollständig von dem Umschlingungswinkel um den die Antragswalze von der Warenbahn umschlungen ist, verschieden ist, anliegenden flexiblen Bandes abgestreift wird. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass aufgrund dieser Maßnahme sich der Flottenfilm auf der Walzenoberfläche möglicherweise durch Reduzierung turbulenter Strömungen im Flottenfilm wesentlich vergleichmäßigen lässt, und trotz des teilweisen Abstreifens ein Flottenauftrag erzielbar ist, der in den meisten Fällen nicht oder nur unwesentlich geringer als bei Anwendung herkömmlicher Ausrüstungsverfahren ist.
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Besonders bevorzugt ist eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher die Drehzahl der Antragswalze variiert wird. Versuche haben nämlich gezeigt, dass im Unterschied zu herkömmlichen Auftragsverfahren der Flottenauftrag nicht progressiv mit Zunahme der Drehzahl der Antragswalze steigt, sondern bei dem erfindungsgemäßen Verfahren etwa linear von der Drehzahl der Antragswalze abhängt. Der Flottenauftrag lässt sich somit durch Variation der Drehzahl der Antragswalze erheblich feinfühliger steuern bzw. regeln als bei herkömmlichen Ausrüstungsverfahren. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass sich der Flottenauftrag durch Erhöhung der Drehzahl leicht steigern lässt, ohne dass die Gleichmäßigkeit des Auftrags in dem Maße leidet, wie dies bei herkömmlichen Verfahren der Fall ist.
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Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der der Teil des Umfangs der Antragswalze, an dem das Band an der Antragswalze anliegt, variiert wird. Diese Weiterbildung ist deshalb von besonderer Bedeutung, als der Winkelbereich, über welchem eine Verungleichmäßigung des Flottenfilms auf der Antragswalze stattfinden kann, bevor die Flotte auf die Warenbahn aufgebracht wird, durch Vergrößerung des Umfangs, an dem das Band an der Antragswalze anliegt, verringert werden kann. Reicht das Band bis nahe an die Anlauflinie der Warenbahn an der Antragswalze heran, so lassen sich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens auch problematisch schöpfbare Flotten, deren Filme von der Antragswalze leicht abreißen können, gleichmäßig übertragen werden. Darüber hinaus wird die Gefahr, dass Luftströmungen, insbesondere Luftwirbel die Homogenität des Flottenfilms auf der Antragswalze negativ beeinflussen, reduziert, je näher das Ende des Bandes an die Anlauflinie der Warenbahn an der Antragswalze heranreicht. Schließlich führt das Band auch zur Vergleichmäßigung von Inhomogenitäten des Flottenfilms auf der Antragswalze, die aus anderen Gründen, beispielsweise aus Beschichtungs- oder Oberflächenfehlern, entstanden sind.
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Das Verfahren kann noch besser an unterschiedliche Verfahrenbedingungen, beispielsweise hervorgerufen durch unterschiedliche Flottenviskositäten, Grenzflächenspannungen etc. angepasst werden, wenn – wie besonders bevorzugt – der Umschlingungswinkel, um den die Warenbahn die Antragswalze umschlingt, variiert wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst daher zumindest ein flexibles Band, welches die Antragswalze über den Umfang über einen Umschlingungswinkel umschlingt, der vollständig verschieden ist von dem Umschlingungswinkel, um den die Antragswalze von der Warenbahn umschlungen ist. Versuche haben gezeigt, dass es zur Bewerkstelligung der Umschlingung keiner technisch komplizierten Ausgestaltungen bedarf. Vielmehr muss das Band üblicherweise der rotierenden Antragswalze lediglich einmal angenähert werden, bis das Band in Berührung mit dem Flottenfilm auf der Antragswalze gelangt. Aufgrund der Differenzgeschwindigkeit zwischen dem Flottenfilm und dem gegenüber diesem feststehenden Band wird letzteres zur Antragswalze hingezogen und schmiegt sich dieser an.
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Versuche haben gezeigt, dass eine besonders effektive Vergleichmäßigung des Flottenfilms auf der Walzenoberfläche erzielt wird, wenn das Band aus einem porösen Material besteht. Unter „porös” ist hiermit die Eigenschaft gemeint, dass Flotte in freies Volumen des Bandes eintreten oder sogar durch dieses das Band durchdringen kann. Im letzteren Fall wird überschüssige Flotte durch das freie Volumen gedrückt und kann von der der Antragswalze abgewandten Seite des Bandes zum Flottenreservoir zurückgeführt werden. Die Porosität beeinflusst, welcher Anteil der Flotte abgestreift wird und somit den Flottenauftrag.
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Ein Band, welches eine geeignete Porosität aufweist, kann beispielsweise aus einem eine netzartige Struktur aufweisenden Material bestehen.
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Um den Flottenauftrag in Breitenrichtung der Warenbahn möglichst genau vorbestimmen zu können, weist das Band vorzugsweise eine möglichst genau definierte Maschenzahl pro Flächeneinheit auf. Im Regelfall wird das Bestreben dahingehend bestehen, dass der Flottenauftrag über die Breite der Warenbahn möglichst konstant ist. Dementsprechend wird man in diesen Fällen bestrebt sein, die Maschenzahl pro Flächeneinheit über die Breite des Bandes konstant zu halten.
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Bei einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht das Band aus einer PET (Polyethylenterephthalat)-, INOX (rostfreier Stahl)- oder Ni (Nickel)-beschichteten flexiblen Folie mit definierter Lochstruktur.
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Eine Vergleichmäßigung des Flottenauftrags durch das Band kann grundsätzlich unabhängig von der Art und Weise, wie die Flotte der Antragswalze zugeführt wird, erfolgen. Besonders bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher ein Flottentrog vorgesehen ist, der bis zum Flottenspiegel mit Flotte gefüllt ist, und bei welchem die Antragswalze mit einem Teil ihres Umfangs in den Flottenspiegel eintaucht. Das Band umschlingt dann – besonders bevorzugt – die Antragswalze zumindest über den Winkelbereich, der in den Flottenspiegel eintaucht.
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Um die erfindungsgemäße Vorrichtung an unterschiedliche Bedingungen, die beispielsweise durch den jeweils gewünschten Flottenauftrag, die Viskosität der Flotte, die Grenzflächenspannung zwischen Flotte und Antragswalze und dem Material der Warenbahn beeinflusst sein können, anpassen zu können, sind bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung Mittel vorgesehen, mit welchen der Umschlingungswinkel, über den das Band die Antragswalze umschlingt, variierbar ist.
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Diese Mittel können einen um seine Längsachse rotierbaren, beispielsweise rohrförmigen Träger umfassen, an dem ein Rand des Bandes befestigt ist. Diese Anordnung ähnelt etwa der Anordnung eines an einer Wickeltrommel befestigten Markisentuchs. Der Umschlingungswinkel kann dann auf einfache Weise verändert werden, indem der Träger um seine Längsachse rotiert wird.
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Darüber hinaus oder alternativ können auch Mittel vorgesehen sein, mit denen der Umschlingungswinkel, über den die Warenbahn an der Antragswalze anliegt, variierbar ist.
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Schließlich können die Rotationsgeschwindigkeit der Antragswalze und/oder die Vorlaufgeschwindigkeit der Warenbahn variierbar sein, um so den Flottenauftrag bestmöglich auf den gewünschten Wert einstellen zu können.
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Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnung weiter verdeutlicht werden. Es zeigen:
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1 – schematisch – ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ansicht in Richtung der Längsachse der Antragswalze sowie
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2 den Flottenauftrag in Abhängigkeit von der Drehzahl der Antragswalze einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In 1 als Ganzes mit 100 bezeichnete Vorrichtung dient der Ausrüstung einer Warenbahn 1 mit einer Flotte 2. Die Warenbahn 1 wird hierzu mit Hilfe zweier Umlenkwalzen 3, 4 an einer Antragswalze 5 derart entlanggeführt, dass die Warenbahn 1 den Umfang 6 der Antragswalze 5 über einen Umschlingungswinkel β umschlingt. Hierzu sind die Umlenkwalzen 3, 4 in Vorlaufrichtung W der Warenbahn versetzt von der Rotationsachse R der Antragswalze 5 angeordnet.
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Die Umlenkwalzen 3, 4 sind in an sich bekannter Weise in Richtung der Doppelpfeile P, Q, d. h. etwa in senkrechter Richtung verlagerbar angeordnet, um so den Umschlingungswinkel β nach Bedarf variieren zu können.
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Die Warenbahn 1 wird in Vorlaufrichtung mit der Geschwindigkeit V1 an der Antragswalze 5 vorbeigeführt. Letztere wird selbst mit einer Geschwindigkeit V2 angetrieben. Die Geschwindigkeit V2 kann so gewählt werden, dass zwischen der Warenbahn 1 und dem Umfang 6 der Antragswalze 5 eine Relativbewegung besteht. Die Antragswalze 5 kann sich schneller oder langsamer drehen, als wenn sie von der Warenbahn 1 mitgenommen würde. Ebenfalls ist es jedoch möglich, die Geschwindigkeit V2 so auf die Geschwindigkeit V1 abzustimmen, dass zwischen dem Umfang 6 der Antragswalze 5 und der Warenbahn 1 kein Schlupf entsteht.
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Die Flotte 2 befindet sich in einem Flottentrog 7, der bis zum Flottenspiegel S gefüllt ist. In den Flottenspiegel S taucht die Antragswalze 5 mit dem Winkelbereich γ mit einem Teil ihres Umfanges 6 ein.
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Ein Teil des Umfanges 6 der Antragswalze 5 ist um einen Umschlingungswinkel θ von einem Band 8 umschlungen. Um den Umschlingungswinkel θ variieren zu können, insbesondere, um die Winkelentfernung α des freien Randes zur Anlagelinie 10 der Warenbahn 1 am Umfang 6 der Antragswalze 5 variieren zu können, ist der andere Rand 11 an einem um seine Längsachse L rotierbaren Träger 12, der etwa rohrförmig ausgebildet ist, befestigt. Wie in 1 sinnfällig wird, kann der freie Rand 9 durch Rotation des Trägers 12 um die Achse L entgegen dem Uhrzeigersinn weiter zur Anlagelinie 10 hin bewegt werden, so dass sich eine minimale freie Winkelentfernung α ergibt.
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Wie bereits oben erwähnt, ist die Drehzahl der Antragswalze variierbar. In 2 ist das Flottenvolumen pro Zeiteinheit F in Abhängigkeit der Drehzahl n der Antragswalze bei ansonsten unveränderten Bedingungen qualitativ dargestellt. Die gestrichelte Linie zeigt die Abhängigkeit einer herkömmlichen Vorrichtung ohne Band, die durchgezogene Linie die Abhängigkeit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dem Diagramm ist zu entnehmen, dass die Abhängigkeit bei einer herkömmlichen Vorrichtung überproportional, die bei einer erfindungsgemäßen etwa proportional verläuft, wobei das maximal erzielbare Flottenvolumen pro Zeiteinheit etwa unverändert bleibt. Das Diagramm zeigt deutlich, dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Flottenvolumen pro Zeiteinheit und damit der Flottenauftrag erheblich feinfühliger geregelt bzw. gesteuert werden kann, als dies bei herkömmlichen Vorrichtungen der Fall war.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Vorrichtung
- 1
- Warenbahn
- 2
- Flotte
- 3
- Umlenkwalze
- 4
- Umlenkwalze
- 5
- Antragswalze
- 6
- Umfang
- 7
- Flottentrog
- 8
- Band
- 9
- freier Rand
- 10
- Anlagelinie
- 11
- Rand
- 12
- Träger
- α
- Winkelentfernung
- β
- Umschlingungswinkel
- γ
- Winkelbereich
- θ
- Umschlingungswinkel
- F
- Flottenvolumen pro Zeiteinheit
- n
- Drehzahl
- L
- Achse
- P
- Doppelpfeil
- Q
- Doppelpfeil
- R
- Rotationsachse
- S
- Flottenspiegel
- W
- Vorlaufrichtung
