DE102018100489A1

DE102018100489A1 - Auftragsverfahren und Vorrichtung

Info

Publication number: DE102018100489A1
Application number: DE102018100489.3A
Authority: DE
Inventors: Frank Opletal; Benjamin Méndez-Gallon
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2018-01-11
Filing date: 2018-01-11
Publication date: 2019-07-11
Also published as: EP3737794A1; WO2019137663A1; FI3737794T3; EP3737794B1

Abstract

Verfahren zum Auftrag eines flüssigen oder pastösen Auftragsmediums auf eine laufende Materialbahn, wobei das Auftragsmedium mittels einer Vordosiereinrichtung auf ein erstes bewegtes Hilfsband aufgebracht wird und dieses erste Hilfsband an zumindest einer ersten Umlenkung seine Bewegungsrichtung ändert, dadurch gekennzeichnet, dass sich das erste Hilfsband mit annähernd gleicher oder höherer Geschwindigkeit bewegt, als die laufende Materialbahn, wobei das erste Hilfsband nicht in Kontakt mit der Materialbahn steht, und dass das Auftragsmedium zumindest teilweise an der ersten Umlenkung von dem ersten Hilfsband in Form eines Strahls auf die laufende Faserstoffbahn übertragen wird. Zudem eine geeignete Vorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftrag eines flüssigen oder pastösen Auftragsmediums auf eine laufende Materialbahn, insbesondere eine laufende Faserstoffbahn nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum Auftrag eines Auftragsmediums gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Die Beschichtung von Materialbahnen wie insbesondere Papierbahnen mit einem flüssigen oder pastösen Auftragsmedium ist eine Technik für die aus dem Stand der Technik eine Vielzahl von Lösungen bekannt ist.
Insbesondere ist bekannt, das Auftragsmedium, beispielsweise eine Streichfarbe, einer Stärkelösung oder ähnliches, mittels Düsen auf die Papierbahn zu sprühen.
Die WO 2012/072873 beschreibt ein Verfahren, bei dem eine Stärkelösung mittels Düsen direkt auf die Materialbahn gesprüht wird. Dabei ist vorteilhaft, dass die mechanische Belastung der Bahn durch das Beschichten gering ist, da keine bahnberührenden Komponenten verwendet werden.
Bei den hierfür verwendeten Düsen -meist Breitschlitz- oder Lochdüsen- ist jedoch die Ausströmgeschwindigkeit von der Durchflussmenge und von den Dimensionen des Schlitzes oder der Bohrung abhängig. Dabei ist insbesondere nachteilig, dass bei der Applikation niedriger Auftragsmengen nur dann hohe Ausströmgeschwindigkeiten erzielt werden können, wenn die Düsenöffung sehr klein ist. Derartige Düsen sind sehr aufwändig in der Herstellung, insbesondere zum Einhalten der notwendigen hohen Fertigungsgenauigkeiten.
Hohe Ausströmgeschwindigkeiten, und damit hohe Auftreffgeschwindigkeiten des Auftragsmediums sind aber vorteilhaft, um eine möglichst gute und schnelle Penetration in die Materialbahn zu erreichen, selbst wenn die Materialbahn mit hoher Geschwindigkeit bewegt wird.
Weiterhin ist an einer solchen Ausführung nachteilig, dass speziell bei der Verwendung feststoffhaltiger Auftragsmedien die kleinen Schlitze bzw. Bohrungen rasch verstopfen und somit ein hoher Wartungsaufwand anfällt.
Eine mögliche Alternative kann darin bestehen, das Auftragsmedium nicht direkt auf die Bahn zu sprühen, sondern indirekt über ein Hilfsmedium. So wird in der DE 20 2017 100 655 , sowie bereits etwas früher in der GB 108,340 ein Verfahren vorgestellt, bei dem das Auftragsmedium auf eine Walze gesprüht, und dann in einem Nip auf die Materialbahn übertragen wird. Aus der WO2005 085 525 ist zudem die Variante bekannt, das Auftragsmedium auf ein Band aufzubringen und von dort mittels eines Nips oder einer vergleichbaren Behandlungszone auf die Materialbahn zu übertragen. Mittels dieser Verfahren ist es nun möglich, über Druckpenetration ein beschleunigtes Eindringen des Auftragsmediums in die Materialbahn zu erreichen. Allerdings muss hierfür die Bahn durch einen Nip oder ähnliches geführt werden, was zu einer mechanischen Belastung der Bahn führt. Zudem kann in vielen Anwendungen das Berühren der beschichteten Oberfläche vor einer ausreichenden Trocknung des Auftragsmediums zu Beschädigungen der Oberfläche oder der Geschlossenheit der Beschichtung führen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung anzugeben, das die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme überwindet.
Es ist zudem eine Aufgabe der Erfindung ein Auftragsverfahren anzugeben, bei dem eine schnelle Penetration des Auftragsmediums erreicht werden kann, und zudem die mechanische Belastung der Materialbahn gering zu halten.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Auftragsverfahren anzugeben, welches ein breites Anwendungsspektrum besitzt, und insbesondere auch für den Auftrag geringer Mengen an Auftragsmedium, sowie für den Auftrag auf schnell laufende Materialbahnen geeignet ist.
Es ist zudem eine Aufgabe der Erfindung, eine Auftragsvorrichtung anzugeben, welche einfach und günstig in der Wartung ist.
Diese Aufgaben werden vollständig gelöst durch ein Verfahren zum Auftrag eines flüssigen oder pastösen Auftragsmediums auf eine laufende Materialbahn gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1, sowie eine Vorrichtung zum Auftrag eines Auftragsmediums gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 10.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Auftrag eines flüssigen oder pastösen Auftragsmediums auf eine laufende Materialbahn, insbesondere eine laufende Faserstoffbahn, wobei das Auftragsmedium mittels einer Vordosiereinrichtung auf ein erstes bewegtes Hilfsband aufgebracht wird und dieses erste Hilfsband an zumindest einer ersten Umlenkung seine Bewegungsrichtung ändert. Es ist dabei vorgesehen, dass sich das erste Hilfsband mit annähernd gleicher oder höherer Geschwindigkeit bewegt, als die laufende Materialbahn, wobei das erste Hilfsband nicht in Kontakt mit der Materialbahn steht, und dass das Auftragsmedium zumindest teilweise an der ersten Umlenkung von dem ersten Hilfsband in Form eines Strahls auf die laufende Faserstoffbahn übertragen wird
Der Begriff Strahl, der für das Übertragen des Auftragsmediums von dem ersten Hilfsband auf die Faserstoffbahn verwendet wird, soll im Rahmen dieser Anmeldung sehr breit aufgefasst werden. Er soll beschreiben, dass sich das Auftragsmedium über einen gewissen Bereich frei, das heißt insbesondere ohne Wände und ungeführt durch ein Band in Richtung der Materialbahn bewegt. Der Begriff soll insbesondere auch einschließen sein, dass sich das Auftragsmedium als geschlossener Film oder in Form einzelner Tropfen in Richtung der Faserstoffbahn bewegt.
Als laufende Materialbahn kann bevorzugt eine Faserstoffbahn, speziell eine Papier-, Karton-, Tissue- oder Zellstoffbahn vorgesehen sein. Jedoch ist das Verfahren nicht hierauf beschränkt. Es kann auch vorteilhaft für die Beschichtung von anderen Bahnen, wie z.B. Textilbahnen, Nonwoven Bahnen oder ähnlichen.
In der vorliegenden Erfindung wird das Auftragsmedium auf ein erstes Hilfsband vordosiert. Bei dieser Vordosierung ist es nicht notwendig, dass das Auftragsmedium mit hoher Geschwindigkeit auf die Hilfsbahn appliziert wird. Daher kann hierfür eine einfache Vordosiereinrichtung gewählt werden, bei der die aus dem Stand der Technik bekannte Verschmutzungsgefahr der Düsen nicht, oder nur in geringerem Maße auftritt.
Beispiele für geeignete Vordosiereinrichtungen können sein: Überlaufgiesser, Breitschlitzdüsen, konventionelle Einstoffdüsen oder ähnliches.
Das Auftragsmedium wird durch das Aufbringen auf das erste Hilfsband auf dessen Geschwindigkeit beschleunigt. Dabei ist vorgesehen, dass sich das Hilfsband mit annähernd gleicher oder höherer Geschwindigkeit bewegt, als die laufende Materialbahn. Unter ,annähernd gleicher‘ Geschwindigkeit soll in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass die Geschwindigkeit des ersten Hilfsbandes gleich der Geschwindigkeit der Materialbahn sein kann, oder gegebenenfalls auch bis zu 25% oder auch 50% langsamer.
Durch eine erste Umlenkung, bei der es sich beispielsweise um eine Umlenkwalze, aber auch um ein anderes übliches Umlenkelement handeln kann, wird die Bewegungsrichtung des ersten Hilfsbandes recht abrupt geändert, und das Auftragsmedium von dem ersten Hilfsband gleichsam weggeschleudert und in Form eines Strahls auf die laufende Faserstoffbahn übertragen. Erfindungsgemäß findet keine Berührung der Materialbahn mit der ersten Hilfsband statt. Daher wird weder die Oberflächenqualität der beschichteten Materialbahn beeinträchtigt, noch erfolgt eine sonstige mechanische Belastung der Materialbahn.
Es sei angemerkt, dass der Begriff ,erste Umlenkung‘ nicht implizieren soll, dass es sich dabei um die erste Umlenkeinrichtung des Hilfsbandes nach dem Aufbringen des Auftragsmediums handelt. Obgleich dies sicherlich vorteilhaft sein kann, können aber auch noch weitere Umlenkungen zwischen dem Vordosieren des Auftragsmediums und der ersten Umlenkung, ebenso wie auch hinter der ersten Umlenkung vorgesehen sein. Für die später beschriebene ,zweite Umlenkung‘ gilt das Analoge. Durch das Wegschleudern des Auftragsmediums erhält dieses einen Impuls in Richtung Materialbahn. Die Auftreffgeschwindigkeit kann problemlos über die Geschwindigkeit des ersten Hilfsbands gesteuert werden. Wenn für eine schnelle Penetration eine höhere Auftreffgeschwindigkeit benötigt wird, so kann dies durch eine Erhöhung der Geschwindigkeit des ersten Hilfsbandes erreicht werden.
Zudem ist eine einfache Wartung z.B. in Form einer Reinigung des Hilfsbandes möglich. Diese kann im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Sprühdüsen auch während des laufenden Betriebs geschehen.
Weitere vorteilhafte Ausführungen werden in den Unteransprüchen beschrieben.
So kann vorteilhafterweise ein zweites Hilfsband vorgesehen sein, welches an zumindest einer zweiten Umlenkung seine Richtung ändert und das Auftragsmedium zumindest streckenweise zwischen dem ersten Hilfsband und dem zweiten Hilfsband transportiert wird.
In besonders vorteilhaften Ausführungen werden das erste Hilfsband und/oder das zweite Hilfsband in Form von endlosen Bandschlaufen vorliegen und durch weitere Umlenkungen gestützt als umlaufendes Hilfsband ausgeführt ist/sind.
Vorteilhaft ist dabei unter anderem, dass eine weitere Erhöhung der Strahlgeschwindigkeit bei der Umlenkung erfolgen kann. Somit kann durch das Verhältnis der Band-Geschwindigkeiten und der Winkel zwischen den Bändern die Zerstäubung und Auftreffgeschwindigkeit der aufzutragenden Flüssigkeit gesteuert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des Verfahren kann vorgesehen sein, dass das erste und das zweite Hilfsband zusammen mit dem Auftragsmedium einen Walzennip bestehend aus einer ersten Umlenkwalze und einer zweiten Umlenkwalze, passieren, wobei die erste Umlenkwalze die erste Umlenkung des ersten Hilfsbandes darstellt, und die zweite Umlenkwalze eine zweite Umlenkung des zweiten Hilfsbandes darstellt, und das Auftragsmedium zumindest teilweise nach dem Walzennip das erste Hilfsband in Form eines Strahls verlässt.
Dies kann vorteilhaft sein, da hier der Walzennip eine definierte Stelle bildet, an der das Auftragsmedium das Hilfsband verlässt.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, bei der das Auftragsmedium durch den Strahl auf die gesamte Breite der Faserstoffbahn oder zumindest auf 90% der Breite der Faserstoffbahn aufgetragen wird.
Weiterhin ist es auch vorteilhaft, wenn das Auftragsmedium durch die Vordosiereinrichtung auf die gesamte Breite der ersten Hilfsbahn oder zumindest auf 90% der Breite ersten Hilfsbahn aufgetragen wird.
Sehr vorteilhaft ist das Verfahren für schnelle Materialbahnen, wenn sich z.B. die laufende Materialbahne mit einer Geschwindigkeit von 200 m/min oder mehr, insbesondere mit einer Geschwindigkeit zwischen 400 m/min und 2000 m/min bewegt. Während bei vielen Anwendungen die Geschwindigkeit der Faserstoffbahn zwischen 1000 m/min und 1400 m/min beträgt, sind aber auch extrem hohe Geschwindigkeiten wie z.B. 3000 m/min denkbar.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass zwischen 5 ml/m² und 100 ml/m², insbesondere zwischen 10 ml/m² und 50ml/m² an Auftragsmedium auf die Faserstoffbahn aufgetragen werden.
Gerade beim Auftragen von vergleichsweise geringen Mengen von Auftragsmedium, insbesondere weniger als 50 ml/m² auf schnell laufende Materialbahnen ist der Vorteil des Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik besonders groß. Jedoch kann es auch vorteilhaft für größere Auftragsmengen, bis zu beispielsweise 100 ml/m² oder mehr eingesetzt werden.
Einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung ist es ja, dass durch Variieren der Geschwindigkeit des ersten Hilfsbandes die Strahlgeschwindigkeit, und damit die Auftreffgeschwindigkeit des Auftragsmediums auf die Materialbahn einfach angepasst werden kann.
Hierbei kann es insbesondere vorteilhaft sein, wenn sich das erste Hilfsband und/oder das zweite Hilfsband mit einer Geschwindigkeit von mehr als 600 m/min, insbesondere zwischen 2000 m/min und 10000m/min, besonders bevorzugt zwischen 3000 m/min und 6000 m/min bewegt. Bei speziellen Anwendungen können auch noch höhere Geschwindigkeiten vorteilhaft sein, z.B. im Bereich von 20.000 m/min oder 40.000 m/min).
Prinzipiell ist es möglich, dass sich das erste und das zweite Hilfsband mit derselben Geschwindigkeit bewegen, oder dass sich ihre Geschwindigkeiten unterscheiden. Im Falle unterschiedlicher Geschwindigkeiten kann das zweite Hilfsband sowohl schneller als auch langsamer als das erste Hilfsband betrieben werden.
Hinsichtlich des Bahnverlaufs kann es sehr vorteilhaft sein, wenn -im Bereich des Auftreffens des Strahls- die Bewegungsrichtung der laufenden Materialbahn vertikal verläuft oder eine Komponente in vertikaler Richtung aufweist, während die Richtung des Strahls horizontal verläuft bzw. eine Komponenten in horizontaler Richtung aufweist.
Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn das erste Hilfsband im Bereich zwischen der Vordosierung und der ersten Umlenkung horizontal verläuft bzw. eine Komponenten in horizontaler Richtung aufweist.
Das Verhältnis zwischen der Ausrichtung der Materialbahn und des Strahl kann vorteilhafterweise so eingestellt werden, dass der Strahl senkrecht auf die Faserstoffbahn auftrifft, oder in einem Winkel, der von der Senkrechten um maximal 45° abweicht. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da so die Penetration des Auftragsmediums in die Materialbahn besonders gut unterstützt wird.
Als Auftragsmedium können prinzipiell alle üblichen Beschichtungsmedien zum Einsatz kommen. Insbesondere kann es sich bei dem Auftragsmedium um eine Stärkelösung oder eine pigmenthaltige Streichfarbe handeln. Alternativ kann aber auch eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser als Auftragsmedium eingesetzt werden.
Ein vorteilhafter Dichtebereich für das Auftragsmedium liegt zwischen p=0.7 /cm² und ρ=1.5 /cm², insbesondere zwischen ρ=0.8 /cm² und ρ=1.1 /cm².
Hierbei ist die Dichte des Auftragsmediums zu den Umweltbedingungen gemeint, zu denen es vordosiert wird.
Das Auftragsmedium kann, wie oben erwähnt, Feststoffe, z.B. in Form von Pigmenten wie z.B. CaCO₃ oder TiO₂ enthalten. Hierbei sind Feststoffgehalte über 50 gew.-% eher selten. Bevorzugt werden Feststoffgehalte zwischen 1 gew.-% und 30 gew.-% eingesetzt werden.
Für das Verfahren sind prinzipiell Auftragsmedien mit niedriger Viskosität sehr gut geeignet. Die Viskosität des Auftragsmediums kann vorteilhafterweise im Bereich zwischen 0.1 mPas bis 200 mPas liegen. Besonders bevorzugt liegt die Viskosität zwischen 10 mPas und 100 mPas. Wenn nichts anderes erwähnt, ist im Rahmen dieser Anmeldung bei Viskositätsangaben stets die Brookfield-Viskosität gemeint, gemessen bei 100 U/min und 55°C.
Die Dicke des Strahls kann vorteilhafterweise zwischen 1µm und 200 µm betragen, bevorzugt zwischen 1 µm und 100 µm, bzw. 140µm.
Der durch das Auftreffen des Strahls auf die Materialbahn resultierende Staudruck liegt in der Regel unterhalb von 300 bar. In vorteilhaften Ausführungen kann dieser Staudruck zwischen 8bar und 150 bar liegen.
Insbesondere bei hohen Staudrücken kann es vorteilhaft sein, wenn, wie unten beschrieben, ein Stützelement vorgesehen ist um die Position der Materialbahn an der Auftrefflinie des Strahls zu fixieren.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum Auftrag eines Auftragsmediums auf eine laufende Materialbahn, insbesondere eine laufende Faserstoffbahn, wobei die Vorrichtung ein erstes bewegtes Hilfsband sowie eine erste Umlenkung umfasst, an der das erste Hilfsband seine Richtung ändert sowie eine Vordosiereinrichtung zum Aufbringen des Auftragsmediums auf das erste Hilfsband und wobei das erste Hilfsband nicht in Kontakt mit der Materialbahn steht. Das erste Hilfsband, die Umlenkung, und die Vordosiereinrichtung sind dabei so angeordnet, dass die Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der vorherigen Ansprüche geeignet ist.
Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Vorrichtung ein zweites Hilfsband und eine zweite Umlenkung umfasst, welcher das zweite Hilfsband seine Richtung ändert, wobei das erste und das zweite Hilfsband so angeordnet sind, dass das Auftragsmedium zumindest streckenweise zwischen dem ersten Hilfsband und dem zweiten Hilfsband transportiert werden kann.
Bei einer derartigen Anordnung verlaufen die beiden Hilfsbänder zumindest streckenweise parallel.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann die Breite des ersten Hilfsbandes und/oder des zweiten Hilfsbandes zwischen 80% und 120%, insbesondere zwischen 95% und 105% der Breite der Materialbahn betragen. Die ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Materialbahn über ihre gesamte Breite, oder zumindest über wesentliche Teile davon in einem Schritt beschichtet werden soll.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Oberfläche des ersten Hilfsbandes und /oder des zweiten Hilfsbandes ein Metall oder ein Polymer, insbesondere ein Polyurethan umfasst oder daraus besteht. Insbesondere kann es sich bei einem oder beiden Hilfsbändern um ein Metallband handeln.
In weiteren vorteilhaften Ausführungen kann eines oder beide Hilfsbänder eine Grundstruktur umfassen -z.B. ein Gewebe oder Gelege- welche mit einer Beschichtung aus einem Polymer wie z.B. einem Polyurethan versehen ist.
In anderen vorteilhaften Ausführungen kann es sich bei einem oder beiden Hilfsbändern um einen Filz handeln, welcher zumindest eine Lage aus Stapelfasern umfasst.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Oberfläche des ersten Hilfsbandes und /oder des zweiten Hilfsbandes glatt ist oder eine Struktur aufweist.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn die Vorrichtung eine Blende, insbesondere eine verstellbare Blende umfasst. Es kann sich dabei um eine Schlitzblende handeln. Diese Blende kann vorteilhafterweise so zwischen der ersten Umlenkung und der Materialbahn angeordnet sein, dass beim Betrieb der Vorrichtung der Strahl aus Auftragsmedium zumindest teilweise die Blende passieren kann. Eine solche Blende vereinfacht es, einen definieren Auftreffbereich des Strahls auf die Materialbahn sowie eine definierte Strahldicke beim Auftreffen auf die Materialbahn einzustellen.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn die Vorrichtung eine Einhausung umfasst, die zumindest die Vordosiereinrichtung, die erste Umlenkung und zumindest Teile des ersten Hilfsbandes umgibt. Die Einhausung weist dabei zumindest eine Öffnung, insbesondere in Form einer Blende auf, welche beim Betrieb der Vorrichtung der Strahl aus Auftragsmedium zumindest teilweise passieren kann. Diese Einhausung ist unter anderem vorteilhaft, weil dadurch eine Verschmutzung der Umgebung durch eventuelle Spritzer von Auftragsmedium vermieden wird. Zudem werden auch die Elemente im Inneren der Einhausung gegenüber der Umgebung abgeschirmt. Da es vorkommen kann, dass das erste Hilfsband und/oder das zweite Hilfsband bei entsprechenden Anwendungen sehr schnell rotieren, ist eine solche Einhausung auch aus sicherheitstechnischen Gründen vorteilhaft, um eine Verletzungsgefahr für das Bedienpersonals zu vermeiden. Eine solche Einhausung kann z.B. aus Metall oder Kunststoff ausgeführt sein. Sehr vorteilhaft kann es auch sein, wenn die Einhausung zumindest teilweise transparent ausgeführt ist, so dass eine Überwachung von außen möglich ist, ohne die Einhausung öffnen zu müssen.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn Mittel vorgesehen sind, um das erste Hilfsband und/oder das zweite Hilfsband während des Betriebs der Vorrichtung zu reinigen. Dabei kann es sich z.B. um Schaber handeln, die etwaige Rückstände von Auftragsmedium von dem jeweiligen Band abschabern. Es können alternativ oder zusätzlich auch Reinigungsdüsen vorgesehen sein, um das jeweilige Band mit einem Reinigungsfluid, insbesondere Wasser zu beaufschlagen
Schließlich kann es auch sehr vorteilhaft sein, wenn ein Stützelement vorgesehen ist, welches an der nicht beschichteten Seite der Materialbahn im Auftreffbereich des Strahls angeordnet ist. Ein solches Stützelement kann die Materialbahn berühren, wie eine Stützwalze oder eine Stützplatte. Ein solches Stützelement kann aber auch so ausgeführt sein, dass die Materialbahn, ähnlich einem Lufttisch, auf einem Luftkissen gleitet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand schematischer, nicht maßstäblicher Figuren näher beschrieben.

1 zeigt schematisch eine Vorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung
2 zeigt schematisch eine Vorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung.
3 zeigt schematisch Verhältnisse beim Auftrag des Auftragsmediums
4 zeigt Abschätzungen für Zusammenhänge zwischen Viskosität und Druck für eine 100%ige Penetration
4 zeigt Abschätzungen für Zusammenhänge zwischen Viskosität und Strahlgeschwindigkeit für eine 100%ige Penetration.

1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Auftrag eines Auftragsmediums 4 auf eine laufende Materialbahn 2, wie zum Beispiel eine Papierbahn 2 oder Kartonbahn 2. Die Faserstoffbahn 2 läuft dabei in diesem Beispiel vertikal von oben nach unten mit einer Geschwindigkeit, die üblicherweise zwischen 400 m/min und 2000 m/min, beispielsweise 1000m/min beträgt. Die Auftragsvorrichtung 1 umfasst ein umlaufendes erstes Hilfsband 10. Dieses verläuft zwischen einer weiteren Umlenkung 12 und der ersten Umlenkung 11 horizontal, oder zumindest annähernd horizontal. In diesem horizontalen Bereich wird mittels einer Vordosiereinrichtung 3 ein Auftragsmedium 4 zum Beispiel in Form einer Stärkelösung 4 auf das erste Hilfsband 10 aufgetragen. Bei der Vordosiereinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Schlitzdüse 3 oder einen Überlaufgiesser handeln. Das Auftragsmedium 4 wird durch das erste Hilfsband 10 in Richtung der Materialbahn 2 transportiert. Die Geschwindigkeit des ersten Hilfsbandes 10 ist dabei größer als die der Materialbahn 4, beispielsweise zwischen 3000 m/min und 6000 m/min.
Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 von 1 noch ein zweites umlaufendes Hilfsband 20. Auch dieses verläuft in diesem Beispiel verläuft zwischen einer weiteren Umlenkung 22 und der ersten Umlenkung 21 horizontal, oder zumindest annähernd horizontal, und ist so angeordnet, dass in diesem Bereich das Auftragsmedium 4 zwischen dem ersten Hilfsband 10 und den zweiten Hilfsband 20 im Sandwicht geführt wird. Eine derartige Ausführung mit zwei Hilfsbändern 10, 20 ist zwar vorteilhaft, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. So könnte in der Ausführung von 1, ebenso wie auch in der folgenden Ausführung von 2, auf das zweite Hilfsband 20, sowie die zugehörigen Umlenkungen 21, 22 verzichtet werden.
An der Stelle, an der der Strahl auf die Materialbahn 2 trifft, ist auf der Rückseite der Materialbahn 2 ein Stützelement 5 vorgesehen. Es ist im Bereich des Auftreffpunktes des Strahls angeordnet, und kann sich einige Zentimeter vor und nach dem Auftreffpunkt erstrecken. Vorteilhafterweise erstreckt sich das Stützelement dabei -in Laufrichtung der Materialbahn betrachtet - mindestens 5cm, insbesondere mindestens 10 cm vor und/oder hinter den Auftreffpunkt des Strahls.
Weiterhin ist in dieser Ausführung Mittel 6 auf, um das erste Hilfsband 10 während des Betriebs der Vorrichtung 1 zu reinigen. Alternativ oder zusätzlich können diese Mittel 6 auch für das zweite Hilfsband 20 vorgesehen sein. Eine mögliche Ausführungsform kann ein Schaber 6 sein, der insbesondere im Bereich einer Umlenkung 12 an das Hilfsband 10, 20, angelegt sein kann. Alternativ oder zusätzlich können diese Mittel 6 aber z.B. auch Reinigungsdüsen umfassen, welche in der Figur nicht dargestellt sind.
Die in 1 gezeigte Vorrichtung umfasst zudem eine Einhausung 8. 8a umfasst. Diese umschließt die Vordosiereinrichtung 3 sowie das erste und zweite Hilfsband 10, 20 mit den zugehörigen Umlenkungen 11, 12, 21, 22 sowie den Schaber 6 zur Reinigung des Hilfsbandes 10, 20.
Die Einhausung 8, 8a weist dabei zumindest eine Öffnung 7, insbesondere in Form einer Blende 7 auf, welche beim Betrieb der Vorrichtung 1 der Strahl aus Auftragsmedium 4 zumindest teilweise passieren kann. Diese Einhausung 8, 8aist unter anderem vorteilhaft, weil dadurch eine Verschmutzung der Umgebung durch eventuelle Spritzer von Auftragsmedium 4 vermieden wird. Zudem werden auch die Elemente im Inneren der Einhausung 8, 8a gegenüber der Umgebung abgeschirmt.
Die Einhausung in 1 ist so ausgeführt, dass sie zumindest einen transparenten Teil 8a aufweist. So ist eine Überwachung von außen möglich ist, ohne die Einhausung 8, 8a öffnen zu müssen.
Zudem ins in 1 eine Auffangvorrichtung 9 vorgesehen, um überschüssiges Auftragsmedium 4 bzw. durch Spritzer oder Einstellung der Blende 7 in der Einhausung 8, 8a verbliebenes Auftragsmedium 4 aufzufangen und einer weiteren Verarbeitung zugänglich zu machen. Dazu kann die Einhausung, z.B. durch eine leichte Neigung des Bodens o.ä. so ausgestaltet sein, dass das Auftragsmedium 4 an einer Stelle zusammenläuft und dort zentral in die Auffangvorrichtung abgeführt werden kann.
Die 2 zeigt exemplarisch eine alternative Ausgestaltung der Vorrichtung 1. Hierbei wurde beispielsweise auf eine Einhausung 8, 8a verzichtet. Es ist lediglich eine Blende 7 vorgesehen. Diese kann aber, wie in der 2 angedeutet, so groß ausgeführt sein, dass sie unerwünschte Spritzer von Auftragsmedium 4 auf die Materialbahn 2 verhindert. Zudem kann es vorteilhaft sein, wenn sich die Auffangvorrichtung 9 über die gesamte Länge der Vorrichtung 1 erstreckt, oder zumindest den Bereich unter der Bandschlaufe des ersten Hilfsbands 10 vollständig abdeckt.
Zudem zeigt die 2, dass das erste Hilfsband 10 sowie das zweite Hilfsband 20 nicht zwangsläufig horizontal verlaufen müssen. Die Neigung des Bandes im Bereich der Vordosiereinrichtung 3 kann sich beispielsweise im Bereich bis 45° bewegen.
Bei der Ausführung gemäß 2 trifft der Strahl auch nicht senkrecht auf die Materialbahn. Es hat sich jedoch als vorteilhaft herausgestellt, wenn der dieser Winkel der Senkrechten um maximal 45° abweicht.
Schließlich zeigt 2 auch noch, dass man bei der Wahl der Vordosiereinrichtung 3 eine große Wahlfreiheit hat. So ist neben den schon erwähnten Einrichtungen z.B. auch ein Rakelauftrag o.ä. möglich.
3 zeigt schematisch die Verhältnisse beim Auftreffen eines Strahls aus Auftragsmedium 4 auf eine laufende Materialbahn 2.
Insbesondere beim Auftrag auf eine Faserstoffbahn 2 mittels eines Verfahrens gemäß einem Aspekt der Erfindung, wird auch durch die hohe Aufprallgeschwindigkeit V_S und den hohen Staudruck das Auftragsmedium 4 oder die darin enthaltene Flüssigkeit in Poren der vorbeilaufenden Materialbahn 2 hineingepresst.
Die Auftragsmenge auf die Materialbahn 2 kann über die Durchflussmenge der Vordosiereinrichtung 3 gesteuert werden. Die Penetrationstiefe Δ kann durch die Geschwindigkeit des bzw. der Hilfsbänder 10, 20 reguliert werden.
Die Penetrationstiefe Δ der Flüssigkeit in die Materialbahn 2 hängt unter anderen von der Strahlbreite, der Strahlgeschwindigkeit V_S, der Viskosität des Auftragsmediums 4 und vom Porendurchmesser der Materialbahn 2 ab. Da diese Struktur sich bei den verschiedenen Materialbahnen 2 stark unterscheiden kann, müssen die Verfahrensparameter meist auf die jeweilige Anwendung angepasst werden.
Um einen Eindruck für auftretende Strömungsgeschwindigkeit des Sprühstrahls V_S zu erhalten, wurde in 4 dargestellt, welcher Strahldruck bei einer Auswahl von Anwendungsfällen für eine 100% Penetration theoretisch notwendig ist. Der Druck ist dabei in logarithmischer Skala aufgetragen. Die Werte basieren auf der Annahme eines Feststoffgehaltes von 12% in dem Auftragsmedium 4. Diese Werte sollen lediglich einen Anhaltspunkt darstellen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Werte beschränkt. Dabei wurden verschiedenen Auftragsmengen (0.6 g/m² & 1.8 g/m²) sowie verschiedene Porendurchmesser in der Materialbahn betrachtet (15µm & 20 µm). Als Geschwindigkeit der Materialbahn wurde exemplarisch 1000 m/min angenommen.
In einer Filmpresse ist bei einer Linienlast von 40 kN/m eine Nippressung von ca. 12 bar notwendig (Nipbreite 32 mm). Um mit dem Sprühstrahl eine ähnliche Penetration zu erzeugen sind unter Umständen deutlich höhere Strahldrucke erforderlich, wie man aus 4 erkennen kann. Je kleiner der mittlere Porendurchmesser oder je höher die Viskosität bzw. je höher die Auftragsmenge sind, umso höher wird der erforderlichen Strahldruck. Bei Porendurchmessern kleiner als 15 µm (nicht dargestellt) steigt der erforderliche Strahldruck für die vollständige Penetration überproportional stark.
Die erforderliche Strahlgeschwindigkeit V_S wurde aus dem erforderlichen Strahldruck abgeleitet und im Bild 4 für die ausgewählte Einstellungen dargestellt. (Dieses Beispiel wurde für den Fall von Stärkeauftrag berechnet).
In 5 ist aus den Werten von 4 die ermittelte Sprühstrahlgeschwindigkeit V_S in [m/min] aufgetragen. Dabei ist ersichtlich, dass hohe Sprühstrahlgeschwindigkeiten V_S in Vergleich zu der Substratgeschwindigkeit von 1000 m/min notwendig sind, um die vollständige Filmpenetration zu erhalten. Für die Auftragsmenge von 1,8 g/m², was in etwa einem Stärkeauftrag von 15µm Dicke entspricht, liegt die ermittelte Strahlgeschwindigkeit, und damit auch die notwendige Geschwindigkeit des ersten 10 und des zweiten Hilfsbandes 20 deutlich über der Geschwindigkeit der Materialbahn 2 von 1000 m/min.
Auch die Sprühstrahlgeschwindigkeit V_S steigt überproportional, wenn der mittlere Porendurchmesser ≤ 10 µm wird (nicht dargestellt) und wenn die Auftragsmenge zunimmt. Eine höhere Viskosität führt ebenfalls zur Steigerung der erforderlichen Sprühgeschwindigkeit V_S.
Aus 4 und 5 ist insbesondere ersichtlich, dass mit dem vorgeschlagenen Auftragsverfahren und der vorgestellten Vorrichtung 1 die Herstellung von sehr dünnen Flüssigkeitsstrahlen mit hoher Geschwindigkeit V_S möglich ist.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Materialbahn
3: Vordosiereinrichtung
4: Auftragsmedium
5: Stützelement
6: Schaber
7: Blende
8, 8a: Einhausung
9: Auffangvorrichtung
10: erstes Hilfsband
11: erste Umlenkung
12: weitere Umlenkung
20: zweites Hilfsband
21: zweite Umlenkung
22: weitere Umlenkung
V_S: Strahlgeschwindigkeit
Δ: Penetrationstiefe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2012/072873 [0004]
DE 202017100655 [0008]
GB 108340 [0008]
WO 2005085525 [0008]

Claims

Verfahren zum Auftrag eines flüssigen oder pastösen Auftragsmediums (4) auf eine laufende Materialbahn (2), insbesondere eine laufende Faserstoffbahn (2), wobei das Auftragsmedium (4) mittels einer Vordosiereinrichtung (3) auf ein erstes bewegtes Hilfsband (10) aufgebracht wird und dieses erste Hilfsband (10) an zumindest einer ersten Umlenkung (11) seine Bewegungsrichtung ändert, dadurch gekennzeichnet, dass sich das erste Hilfsband (10) mit annähernd gleicher oder höherer Geschwindigkeit bewegt, als die laufende Materialbahn (2), wobei das erste Hilfsband (10) nicht in Kontakt mit der Materialbahn (2) steht, und dass das Auftragsmedium (4) zumindest teilweise an der ersten Umlenkung (11) von dem ersten Hilfsband (10) in Form eines Strahls auf die laufende Materialbahn (2) übertragen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Hilfsband (20) vorgesehen ist, welches an zumindest einer zweiten Umlenkung (21) seine Richtung ändert und das Auftragsmedium (4) zumindest streckenweise zwischen dem ersten Hilfsband (10) und dem zweiten Hilfsband (20) transportiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste (10) und das zweite Hilfsband (20) zusammen mit dem Auftragsmedium (4) einen Walzennip bestehend aus einer ersten Umlenkwalze (11) und einer zweiten Umlenkwalze (21), passieren, wobei die erste Umlenkwalze (11) die erste Umlenkung (11) des ersten Hilfsbandes (10) darstellt, und die zweite Umlenkwalze (21) eine zweite Umlenkung (21) des zweiten Hilfsbandes (20) darstellt, und das Auftragsmedium (4) zumindest teilweise nach dem Walzennip das erste Hilfsband (10) in Form eines Strahls verlässt.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragsmedium (4) durch den Strahl auf die gesamte Breite der Materialbahn (2) oder zumindest auf 90% der Breite der Materialbahn (2) aufgetragen wird.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen 5 ml/m² und 100 ml/m², insbesondere zwischen 10 ml/m² und 50ml/m² an Auftragsmedium auf die Materialbahn (2) aufgetragen werden.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das erste Hilfsband (10) und/oder das zweite Hilfsband (20) mit einer Geschwindigkeit von mehr als 600 m/min, insbesondere zwischen 2000 m/min und 10000m/min, besonders bevorzugt zwischen 3000 m/min und 6000 m/min bewegt.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass -im Bereich des Auftreffens des Strahls- die Bewegungsrichtung der laufenden Materialbahn (2) vertikal verläuft oder eine Komponente in vertikaler Richtung aufweist, während die Richtung des Strahls horizontal verläuft bzw. eine Komponenten in horizontaler Richtung aufweist.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahl senkrecht auf die Materialbahn (2) auftrifft, oder in einem Winkel, der von der Senkrechten um maximal 45° abweicht.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Auftragsmedium (4) um eine Stärkelösung (4) oder eine pigmenthaltige Streichfarbe (4) handelt.
Vorrichtung (1) zum Auftrag eines Auftragsmediums (4) auf eine laufende Materialbahn (2), insbesondere eine laufende Faserstoffbahn (2), wobei die Vorrichtung (1) ein erstes bewegtes Hilfsband (10) sowie eine erste Umlenkung (11) umfasst, an der das erste Hilfsband (10) seine Richtung ändert sowie eine Vordosiereinrichtung (3) zum Aufbringen des Auftragsmediums (4) auf das erste Hilfsband (10) und wobei das erste Hilfsband (10) nicht in Kontakt mit der Materialbahn (2) steht dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hilfsband (10), die Umlenkung (11), und die Vordosiereinrichtung (3) so angeordnet sind, dass die Vorrichtung (1) zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der vorherigen Ansprüche geeignet ist.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein zweites Hilfsband (20) und eine zweite Umlenkung (21) umfasst, welcher das zweite Hilfsband (20) seine Richtung ändert, wobei das erste (10) und das zweite Hilfsband (20) so angeordnet sind, dass das Auftragsmedium (4) zumindest streckenweise zwischen dem ersten Hilfsband (10) und dem zweiten Hilfsband (20) transportiert werden kann.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des ersten Hilfsbandes (10) und /oder des zweiten Hilfsbandes (20) ein Metall oder ein Polymer, insbesondere ein Polyurethan umfasst oder daraus besteht.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) weiterhin eine Blende (7), insbesondere einer verstellbare Blende (7) umfasst, welche zwischen der ersten Umlenkung (11) und der Materialbahn (2) angeordnet ist, und durch welche beim Betrieb der Vorrichtung (1) der Strahl aus Auftragsmedium (4) zumindest teilweise passieren kann.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einhausung (8, 8a) umfasst, die zumindest die Vordosiereinrichtung (3), die erste Umlenkung (11) und zumindest Teile des ersten Hilfsbandes (10) umgibt, wobei die Einhausung (8, 8a) zumindest eine Öffnung, insbesondere in Form einer Blende (7) aufweist, welche beim Betrieb der Vorrichtung (1) der Strahl aus Auftragsmedium (4) zumindest teilweise passieren kann.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (6) vorgesehen sind, um das erste Hilfsband (10) und/oder das zweite Hilfsband (20) während des Betriebs der Vorrichtung (1) zu reinigen.