DE102018009535A1

DE102018009535A1 - Auftragswerk zum direkten oder indirekten Auftragen eines Streichmediums

Info

Publication number: DE102018009535A1
Application number: DE102018009535.6A
Authority: DE
Inventors: Christoph Racz; Robert Meitner; Andreas Rausch; Ralf Doerkes; Andreas Pesch; Stefan Behrens
Original assignee: Andritz Kuesters GmbH
Current assignee: Andritz Kuesters GmbH
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2020-06-10
Also published as: EP3666399A1; PL3666399T3; EP3666399B1

Abstract

Auftragswerk zum direkten oder indirekten Auftragen eines Streichmediums auf eine laufende Materialbahn, insbesondere aus Papier oder Karton, mit einem Tragbalken (1) zum Führen und Positionieren einer langgestreckten Streichvorrichtung (2) zur Abgabe von Streichmedium über eine Maschinenbreite, wobei der Tragbalken (1) zum Zwecke des thermischen Durchbiegungsausgleichs ein eine Außenwandung (6) und eine Innenwandung (7) aufweisendes Außenrohr (8) mit einem darin angeordneten Innenrohr (9) umfasst, wobei zwischen Außen- und Innenrohr (8, 9) ein flüssigkeitsdurchströmter Raum (10) ausgebildet ist, wobei der flüssigkeitsdurchströmte Raum (10) als Ringspalt ausgebildet ist, in dem ein Strömungszwangslauf ausgebildet ist, der derart dimensionierbar ist, dass der Wärmeübergang an der Innenwandung (7) des Außenrohrs (8) größer ist als der Wärmeübergang an der Außenwandung (6) des Außenrohrs (8).

Description

Die Erfindung betrifft ein Auftragswerk zum direkten oder indirekten Auftragen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Auftragswerke, wie beispielsweise eine Filmpresse, dienen dazu, einen exakten Film vorzudosieren, der im Walzenspalt ohne Sumpf auf das Papier übertragen wird. Das Auftragswerk ist auf der Gegenseite der Walze angesetzt. Die Zuführung der Auftrags- und Strichmengen erfolgt wie in der Streicherei über Düsen- oder Walzenauftragssysteme. Die Bezeichnung Filmpresse wird üblicherweise als Gattungsbegriff verwendet, wobei bekannte Lösungen insoweit auch der Speedsizer und die Metering Blade Size Press sind.
Die Auftragswerke umfassen einen Tragbalken, der die Auftragsvorrichtung gegenüber einer Auftragswalze führt, die ihrerseits ein Auftragsmedium auf diese Walze aufträgt. Für die Funktion des Auftragswerks ist dabei wesentlich, dass der Tragbalken, der die Auftragsvorrichtung trägt, möglichst gerade über die Maschinenbreite ist und auch während des Betriebs.
Gegen die Geradheit des Tragbalkens wirken allerdings verschiedene Einflüsse wie das Eigengewicht des Tragbalkens und das der Auftragsvorrichtung, beispielsweise der Auftragskammer; die Druckkraft der Auftragsvorrichtung durch Mediumsdruck an der Walze; thermische Einflüsse von der Auftragsvorrichtung; thermische Einflüsse von der Umgebung.
Damit die thermischen Einflüsse von der Auftragsvorrichtung auf den Tragbalken möglichst gering sind kann vorgesehen sein, eine mechanische und thermische Entkopplung vorzusehen. Es muss eine ausreichende Isolierung zwischen der Auftragsvorrichtung und dem Tragbalken geben, und die thermische Längendehnung darf sich nicht auf den Tragbalken auswirken. Bekannt ist dazu aus DE 10 2008 041 119 A1 , die Auftragsvorrichtung in Längsrichtung gleitend zu lagern. Der Einsatz von relativ aufwändigen und teuren Durchbiegungsausgleichssystemen ist dann in der Regel geringer.
Trotz dieser Maßnahme können die thermischen Einflüsse von der Umgebung auf den Tragbalken so ungünstig sein, dass dieser sich unzulässig weit durchbiegt. Es können Temperaturunterschiede von bis zu 30 K auf den Tragbalken wirken, die ohne geeignete Gegenmaßnahmen zu einer starken Krümmung des Tragbalkens führen. Aus dem Stand der Technik sind einige Maßnahmen bekannt, den Tragbalken thermisch zu beeinflussen.
So ist aus DE 39 25 517 A1 ein Tragbalken für ein Streichblade mit zwei Kühlkanälen bekannt, über die eine Verformung durch Temperatureinflüsse weitgehend vermieden werden sollen. Einen ähnlichen Ansatz verfolgt die DE 699 29 298 T2 , bei der mit zwei Temperierkanälen der Tragbalken für eine Jet-Düse möglichst gerade gehalten werden soll. In der DE 195 24 702 C1 wird eine Rakelbalkenanordnung gezeigt, bei der von einem der vier Temperierkanäle Verdünnungsflüssigkeit für den Streichprozess abgezweigt wird. Die DE 39 08 386 A1 beschreibt eine Balkentemperierung mittels elektrischer Heizbänder, die in Längsrichtung im Balken verlegt sind.
Auch für Schaberbalken sind bereits Temperiervorrichtungen üblich, entweder werden diese wie in der US 3 221 357 komplett durchströmt oder wie in der US 3 134 126 sektionsweise, so dass man über unterschiedliche Temperaturen die Krümmung beeinflussen könnte. Alle bekannten Lösungen haben die Gemeinsamkeit, dass die Tragbalken der Länge nach geradlinig durchströmt werden und über eine geeignete Temperaturwahl die Krümmung der Balken beeinflusst werden soll.
Trotz des thermischen Durchbiegungsausgleichs und des Feindosierens mittels Feindosierrakel gelingt es häufig dennoch nicht, die gewünschte Genauigkeit der Oberflächenbeschichtung zu erzielen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Auftragswerk zu schaffen, mit dem die Qualität der Oberflächenbeschichtung, insbesondere zur Erreichung eines möglichst gleichmäßigen Querprofils der Beschichtungsdicke, verbessert werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Hierdurch wird ein Auftragswerk geschaffen, bei dem der Tragbalken über seine Länge ein Außenrohr mit einem Innenrohr umfasst, zwischen denen ein flüssigkeitsdurchströmter Ringspalt ausgebildet ist. In dem Ringspalt ist ein Strömungszwangslauf ausgebildet, der derart dimensioniert ist, dass der Wärmeübergang an einer Innenwandung des Außenrohrs größer ist als der Wärmeübergang an der Außenwandung des Außenrohrs. Es ist das Verdienst der Erfinder erkannt zu haben, dass zum Zwecke des thermischen Durchbiegungsausgleichs der Wärmeübergang an der Innenwandung des Außenrohrs bestimmend ist für eine gleichmäßige Temperatur über die Länge des Tragbalkens dann, wenn der Wärmeübergang an der Innenwandung des Außenrohrs größer ist als der Wärmeübergang an der Außenwandung des Außenrohrs.
Der Wärmeübergang an der Innenwandung des Außenrohrs folgt aus der Intensität des Wärmeübergangs an dieser Grenzfläche und ist abhängig von der Fähigkeit des Strömungszwangslaufs, Energie von der Oberfläche der Innenwandung abzuführen oder an die Oberfläche der Innenwandung abzugeben. Bestimmt wird die Intensität des Wärmeübergangs durch den Wärmeübergangskoeffizienten, der abhängig ist von der Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Art der Strömung (laminar oder turbulent) der Flüssigkeit, den geometrischen Abmessungen des Ringspalts und der Oberflächenbeschaffenheit der Innenwandung. Über diese Einflussfaktoren ist der Wärmeübergangskoeffizient an der Innenwandung des Außenrohrs steuerbar, und zwar weitgehend unabhängig von der jeweiligen Flüssigkeitstemperatur, was zu einer quasi Abschirmung gegenüber den Umgebungseinflüssen auf das Außenrohr führt, wenn der dortige Wärmeübergang eine geringere Intensität hat.
Vorteilhaft ist es, wenn der Wärmeübertragungskoeffizient im Inneren des Tragbalkens wesentlich größer ist als der Wärmeübertragungskoeffizient, über den die Umgebungseinflüsse auf den Tragbalken wirken. Vorteilhaft ist insoweit, wenn dieser mindestens das 10-fache, besonders bevorzugt das mindestens 100-fache bis zu 200-fache des Wärmeübertragungskoeffizienten durch die Umgebungseinflüsse beträgt.
Weiterhin bevorzugt ist, dass der Tragbalken schraubenlinienförmig durchströmt wird. Das Außenrohr und das Innenrohr, das einen Verdränger bilden kann, können jeweils zylindrisch ausgebildet sein oder auch eine andere Querschnittsform besitzen. Das Innenrohr kann dabei auch als Vollkörper ausgebildet sein. Ausbildbar ist eine schraubenlinienförmige Durchströmung über ein Innenrohr mit aufgebrachter Wendel, die in dem Außenrohr als Trägerrohr montiert werden. Durch die schraubenlinienförmige Zwangsführung des Temperierfluids überstreicht dieses immer wieder wärmere und kühlere Bereiche des Außenrohres und sorgt so für eine Vergleichmäßigung der Temperatur über die gesamte Rohrerstreckung durch Aufprägen der für das Temperierfluid gewählten Temperatur auf das Außenrohr. Dabei ist wesentlich, dass eine gezielte Einstellung der Fluidtemperatur auf eine vorbestimmte Temperatur nicht erforderlich ist, da die Wirkung des Verhältnisses der Wärmeübertragungskoeffizienten zueinander im Wesentlichen temperaturunabhängig ist. Eine Anpassung an die Umgebungstemperatur ist genauso möglich wie ein beheiztes oder gekühltes Temperierfluid zu erzeugen, das sich dann immer gleichmäßig auf den Tragbalken über seine vorzugsweise gesamte Länge auswirkt.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

1 zeigt schematisch einen Querschnitt eines Auftragswerks,
2 zeigt schematisch eine perspektivische Vorderansicht eines Auftragswerks.

Die Erfindung betrifft ein Auftragswerk zum direkten oder indirekten Auftragen eines Streichmediums auf eine laufende Materialbahn, insbesondere aus Papier oder Karton. Unter Auftragswerk wird eine Einrichtung verstanden, welche eine Auftragsmedienzufuhr zu einer zu beschichtenden Oberfläche ermöglicht. Die Auftragsmedienzufuhr kann dabei über eine Auftragskammer oder Düsen erfolgen. Ein übliches Auftragswerk ist beispielsweise die Filmpresse.
Wie 1 und 2 zeigen, umfasst das Auftragswerk einen Tragbalken 1 zum Führen und Positionieren einer langgestreckten Streichvorrichtung 2 zur Abgabe von Streichmedium über eine Maschinenbreite. Das Auftragswerk ist auf der Gegenseite einer Walze 3 angesetzt, auf die vordosiert das Streichmedium von dem Auftragswerk als Film aufgetragen wird. Die Walze 3 überträgt das Streichmedium auf die Materialbahn.
Der Tragbalken 1 ist mindestens maschinenbreit ausgebildet und dient hier beispielsweise zur Lagerung und Abstützung einer Streichvorrichtung 2, die eine Auftragskammer 4 zum Auftragen des Streichmediums und ein Rakel 5 bzw. Egalisierungseinrichtung aufweist. Diese Teile werden im Betrieb unterschiedlichen thermischen Einflüssen ausgesetzt, so dass Durchbiegungen aufgrund inhomogener thermischer Ausdehnungen am Auftragswerk die Folge sein können. Um dies zu verhindern, umfasst der Tragbalken 1 zum Zwecke des thermischen Durchbiegungsausgleichs ein eine Außenwandung 6 und eine Innenwandung 7 aufweisendes Außenrohr 8 mit einem darin angeordneten Innenrohr 9. Zwischen Außen- und Innenrohr 8, 9 ist ein flüssigkeitsdurchströmter Raum 10 ausgebildet. Das Innenrohr 9 bildet somit einen Verdränger im Inneren des Außenrohrs 8 und kann diese Funktion ausüben in einer Ausbildung als Hohlkörper oder Vollkörper.
Der flüssigkeitsdurchströmte Raum 10 ist als ein Ringspalt ausgebildet, in dem ein Strömungszwangslauf ausgebildet ist, der derart dimensionierbar ist, dass der Wärmeübergang an der Innenwandung 7 des Außenrohrs 8 größer ist als der Wärmeübergang an der Außenwandung 6 des Außenrohrs 8.
Das Innenrohr 9 ermöglicht auf Grund seiner Funktion, als Verdrängerkörper ausgebildet zu sein, den innenliegenden flüssigkeitsdurchströmten Ringspalt 10 nach außen zu verlagern. Die Innenwandung 7 des Außenrohrs 8 begrenzt somit den Ringspalt 10 beabstandet von der Außenwandung 6 des Außenrohrs 8 nur durch eine Wandstärke des Außenrohrs 8, das vorzugsweise zylindrisch ausgebildet sind. Das Außenrohr 8 mit seiner Außenwandung 6 und seiner Innenwandung 7 liefert erfindungsgemäß Grenzflächen, an denen die Intensität des Wärmeübergangs unterschiedlich gewählt wird dadurch, dass thermisch wirksam Einfluss genommen wird auf die Intensität des Wärmeübergangs an der Innenwandung 7. Die Grenzflächen der sich gegenüberstehenden Wärmeübertragungskoeffizienten sind an einem Rohr, hier dem Außenrohr 8, ausgebildet, wobei zwischen Innenwandung 7 und Außenwandung 6, also dem Außenrohr 8 selbst, Wärmeleitung abhängig vom Material des Außenrohrs 8 stattfindet. Das Außenrohr 8 und das Innenrohr 9 sind vorzugsweise beide kreiszylindrisch ausgebildet und koaxial angeordnet. Das Innenrohr 9 ist folglich vorzugweise ein umfänglich gleichmäßig wirkender Verdränger gegenüber dem Außenrohr 8 und dessen Innenwandung 7.
Die Dicke des Ringspalts 10 ist wählbar und liegt vorzugsweise bei 1,5 bis 5 cm. In dem Ringspalt 10 können Strömungsleitmittel 11 derart angeordnet sein, dass ein gradliniger (nicht dargestellt) oder schraubenlinienförmiger Strömungszwangslauf ausgebildet ist. Die Strömungsleitmittel 11 können dazu als an die axiale und radiale Erstreckung des Ringspalts 10 angepasste Ablenkwandungen ausgebildet sein, die um das Innenrohr 9 herum und entlang des Längsverlaufs desselben sich wendelförmig erstrecken. Die Ablenkwandungen können gerade oder schräg gestellt angeordnet sein.
Vorzugsweise beträgt ein thermisch aktiver Wärmeübertragungskoeffizient des Strömungszwangslaufs an der Innenwandung 7 mindestens das 10-fache eines Wärmeübertragungskoeffizienten der wirkenden Umgebungseinflüsse an der Außenwandung 6 des Außenrohrs 8. Der Wärmeübertragungskoeffizient des Strömungszwangslaufs ist beispielsweise einstellbar durch die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit bzw. des Temperiermediums und/oder die geometrischen Abmessungen des Ringspalts 10. Die Flüssigkeit/Temperiermedium des Strömungszwanglaufs kann auf eine wählbare Fluideintrittstemperatur im Bereich von 10° bis 60° einstellbar sein. Wie 2 zeigt, erstreckt sich der Tragbalken 1 über eine durch die Länge der Auftragswalze 3 gegebene Maschinenbreite hinaus. Die Längserstreckung des Ringspalts 10 ist folglich größer als eine Längserstreckung der vom Tragbalken 1 abgestützten Streichvorrichtung 2. Der thermisch wirksame Durchbiegungsausgleich des Tragbalkens 1 ragt folglich vorzugsweise mindestens einseitig über die medienauftragende Streichvorrichtung 2 hinaus, wodurch verbesserte Thermorandzonen am Tragbalken erzeugt werden können.
Die Streichvorrichtung 2 ist weiterhin vorzugsweise thermisch entkoppelt am Tragbalken 1 abgestützt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008041119 A1 [0005]
DE 3925517 A1 [0007]
DE 69929298 T2 [0007]
DE 19524702 C1 [0007]
DE 3908386 A1 [0007]
US 3221357 [0008]
US 3134126 [0008]

Claims

Auftragswerk zum direkten oder indirekten Auftragen eines Streichmediums auf eine laufende Materialbahn, insbesondere aus Papier oder Karton, mit einem Tragbalken (1) zum Führen und Positionieren einer langgestreckten Streichvorrichtung (2) zur Abgabe von Streichmedium über eine Maschinenbreite, wobei der Tragbalken (1) zum Zwecke des thermischen Durchbiegungsausgleichs ein eine Außenwandung (6) und eine Innenwandung (7) aufweisendes Außenrohr (8) mit einem darin angeordneten Innenrohr (9) umfasst, wobei zwischen Außen- und Innenrohr (8, 9) ein flüssigkeitsdurchströmter Raum (10) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssigkeitsdurchströmte Raum (10) als Ringspalt ausgebildet ist, in dem ein Strömungszwangslauf ausgebildet ist, der derart dimensionierbar ist, dass der Wärmeübergang an der Innenwandung (7) des Außenrohrs (8) größer ist als der Wärmeübergang an der Außenwandung (6) des Außenrohrs (8).
Auftragswerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (9) als ein Verdrängerkörper ausgebildet ist, wodurch der innenliegende flüssigkeitsdurchströmte Ringspalt (10) nach außen verlagert ist.
Auftragswerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ringspalt (10) Strömungsleitmittel (11) derart angeordnet sind, dass ein gradliniger oder schraubenlinienförmiger Strömungszwangslauf ausgebildet ist.
Auftragswerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitmittel (11) als an die axiale und radiale Erstreckung des Ringspalts (10) angepasste Ablenkwandungen ausgebildet sind, die um das Innenrohr (9) herum und entlang des Längsverlaufs desselben sich wendelförmig erstrecken.
Auftragswerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkwandungen gerade oder schräg gestellt angeordnet sind.
Auftragswerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein thermisch aktiver Wärmeübertragungskoeffizient des Strömungszwangslaufs an der Innenwandung (7) mindestens das 10-fache eines Wärmeübertragungskoeffizienten der wirkenden Umgebungseinflüsse an der Außenwandung (6) des Außenrohrs (8) beträgt.
Auftragswerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertragungskoeffizient des Strömungszwangslaufs durch die Strömungsgeschwindigkeit und/oder die geometrischen Abmessungen des Ringspalts (10) einstellbar ist.
Auftragswerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit des Strömungszwanglaufs auf eine wählbare Fluideintrittstemperatur im Bereich von 10° bis 60° einstellbar ist.
Auftragswerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Streichvorrichtung (2) thermisch entkoppelt am Tragbalken (1) abgestützt ist.
Auftragswerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (8) und das Innenrohr (9) kreiszylindrisch ausgebildet sind und koaxial angeordnet sind.