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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen eines flüssigen Mediums
auf eine bewegte Oberfläche,
mit einer Druckkammerrakel, welche eine sich senkrecht zur Bewegungsrichtung
und parallel zur Oberfläche
erstreckende Druckkammer aufweist, die durch einen Rakelkopf und
zwei an der Oberfläche
anliegende Rakel begrenzt wird, zwischen welchen sich ein Verdrängungskörper erstreckt
und einen Spalt zur Oberfläche
begrenzt, durch den das Medium unter Druck zur Benetzung der Oberfläche strömt. Insbesondere
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Aufbringen eines flüssigen Mediums
auf die gerasterte oder geriffelte Oberfläche einer rotierenden Walze.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anordnung zum Aufbringen eines
flüssigen
Mediums auf eine solche Oberfläche.
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Derartige
Druckkammerrakel sind für
Auftragsverfahren für
flüssige
Medien auf eine Materialbahn bekannt. Es ist damit möglich, eine
sogenannte Rasterwalze bei hoher Geschwindigkeit mit dem flüssigen Medium
zu benetzen beziehungsweise deren Rastervertiefungen zu füllen. Die
Rasterwalze steht unmittelbar oder über weitere Walzen in Kontakt
mit der Materialbahn, auf welche somit das Medium aufgebracht wird.
Im einzelnen wird die Flüssigkeit
durch den Kammerdruck in die Rasterkanäle oder -vertiefungen gedrückt. Durch
eine Überfüllung der
Kanäle oder
der Vertiefungen wird ein gleichmäßiger Masseüberschuss des Mediums zum Auftrag
erzielt. In der Druckkammerrakel wird im einzelnen eine Benetzung
der Rastererhebungen und eine Be- und Überfüllung der Rastervertiefungen
bewirkt. Im Folgenden wird jedoch überwiegend von einer Benetzung
der Mantelfläche
beziehungsweise der Oberfläche
mit dem Medium gesprochen, worunter jedoch beide Effekte zu verstehen
sind.
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Die
Druckkammerrakel wird ablaufseitig, also auf der Seite, auf welcher
die Oberfläche
die Druckkammer verlässt,
durch die sogenannte Dosierrakel begrenzt, die überschüssiges Medium abstreift. Einlaufseitig,
also auf der Seite, auf welcher die Oberfläche in die Druckkammer gelangt,
wird diese durch die sogenannte Dichtrakel begrenzt, die ein übermäßiges Austreten
des Mediums aus der Druckkammer aufgrund des dort herrschenden Überdrucks verhindert.
Aufgrund der Bewegung der Oberfläche beziehungsweise
der Rotation der Walze und insbesondere aufgrund der Rauhigkeit
der Oberfläche durch
die Rasterung oder Riffelung, ist es nicht zu vermeiden, dass durch
die Oberfläche
selbst Luft in die Druckkammer gelangt. Durch den Eintrag von Luft
wird jedoch ein gleichmäßiges Benetzen
der Oberfläche
beziehungsweise eine gleichmäßige Befüllung der
Rastervertiefungen verhindert. Außerdem kommt es in Abhängigkeit
von dem aufzubringenden Medium zu einer Schaumbildung, die in jedem
Fall zu vermeiden ist. Der Lufteintrag und die Schaumbildung wird
zudem dadurch unterstützt,
dass das Dichtrakel auf der rauhen Oberfläche aufliegt und in Schwingung
geraten kann. Ein Lufteintrag muss daher verhindert oder zumindest
minimiert werden.
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Es
ist aus der
DE 199
26 956 A1 bekannt, eine rotierende Oberfläche einer
Walze mit einem fließfähigen Medium
zu benetzen derart, dass vor einer Hauptkammer, die ablaufseitig
durch eine Rakel begrenzt wird, eine Vorkammer angeordnet ist, in
die das aufzutragende Medium unter erhöhtem Druck eingebracht wird.
Hauptkammer und Vorkammer sind durch ein Trennelement voneinander
getrennt. Aufgrund des erhöhten
Drucks in der Vorkammer tritt das Medium aus dem Dichtspalt der
Vorkammer heraus und bildet eine Flüssigkeitssperre. Dadurch soll das
Eintreten von Luft in die Hauptkammer vermieden werden. Allerdings
muss hier dafür
Sorge getragen werden, dass das austretende Medium aufgefangen wird.
Es liegt auf der Hand, dass bei größeren Geschwindigkeiten der
Druck zur Bildung der Flüssigkeitssperre
wesentlich erhöht
werden muss, um ein Einbringen von Luft zu verhindern. Es wird dann mehr
Medium aus dem Dichtspalt austreten, das entsprechend aufgefangen
und entsorgt beziehungsweise weiter verarbeitet werden muss. Auch
steht die Vorkammer in unmittelbarer Verbindung mit der Hauptkammer,
so dass der Druck in der Vorkammer den Druck in der Hauptkammer
beeinflussen kann, der jedoch auch maßgeblich für den Masseauftrag auf die
Oberfläche
ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Anordnung
der eingangs geschilderten Art so auszubilden, dass eine gleichmäßige Benetzung
der Oberfläche
bei gleichzeitiger Verhinderung oder zumindest Minimierung des Lufteintrages
möglich
ist.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
dadurch gelöst,
dass die Oberfläche
vor dem Eintritt in die Druckkammer mit einem flüssigen Vorbenetzungsmittel
vorbenetzt wird. Es hat sich in überraschender
Weise gezeigt, dass eine Vorbenetzung der Oberfläche ausreicht, eine Dichtwirkung
zu erzielen, so dass ein Eintritt von Luft in die Druckkammer vermieden
wird. Die durch die bewegte Oberfläche eingebrachte Luft, die
beispielsweise in den Rastervertiefungen vorhanden ist, wird im
Bereich der Vorbenetzung entfernt.
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Die
Oberfläche
kann vor dem Eintritt in die Druckkammer eine Vorbenetzungskammer
durchlaufen, die unmittelbar vor der Rakel angeordnet ist, die die
Druckkammer einlaufseitig begrenzt. Es kann aber auch vorgesehen
werden, dass die Oberfläche vor
dem Eintritt in die Druckkammer eine Vorbenetzungskammer durchläuft, die
mit Abstand zu der Rakel angeordnet ist, die die Druckkammer einlaufseitig begrenzt.
In beiden Fällen
wird eine hinreichende Vorbenetzung der Oberfläche mit dem flüssigen Medium
gewährleistet,
so dass ein Lufteintrag in die Druckkammer vermieden werden kann.
Insbesondere wird durch die Vorbenetzung eine Schmierung zwischen
Oberfläche
und Dichtrakel erzeugt, so dass ein Schwingen der letzteren und
somit eine verstärkte Schaumbildung
vermieden werden können.
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Es
ist hierbei vollkommen ausreichend, wenn die Oberfläche vor
dem Eintritt in die Druckkammer drucklos vorbenetzt wird. Es kann
jedoch auch günstig
sein, wenn die Oberfläche
mit einem gegenüber
dem Druck in der Druckkammer geringeren Überdruck vorbenetzt wird. Letzteres
hat den Vorteil, dass ein sicherer Materialfluss des flüssigen Vorbenetzungsmittels
gewährleistet
ist und der Lufteintrag in die Vorbenetzungskammer selbst reduziert wird.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird die Oberfläche
vor dem Eintritt in die Druckkammer mit dem aufzubringenden Medium selbst
vorbenetzt. Dies hat den Vorteil, dass die Walze nur mit ein und
demselben Medium in Kontakt kommt, so dass unerwünschte Mischungen, beispielsweise
mit einem anderen Medium oder dergleichen vermieden werden.
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Es
kann aber auch vorgesehen werden, dass die Oberfläche vor
dem Eintritt in die Druckkammer mit einem Lösungsmittel vorbenetzt wird.
Das Lösungsmittel
verflüchtigt
sich nach dem Auftrag auf die Oberfläche beziehungsweise nach dem
weiteren Auftrag des Mediums auf eine Materialbahn, so dass es sich
nicht störend
auf das Auftragsverhalten auswirkt. Besonders zweckmäßig ist
es hierbei, wenn das Lösungsmittel
dem Lösungsmittel
entspricht, das in dem aufzubringenden Medium enthalten ist. Dies hat
den Vorteil, dass die in der Regel erforderliche Zuführung von
Lösungsmittel
in das aufzubringende Medium während
des Auftragens unterstützt
oder ergänzt
werden kann.
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Grundsätzlich ist
es zweckmäßig, wenn
die Oberfläche
mit einem Vorbenetzungsmittel mit einer geringeren Viskosität als die
des aufzubringenden Mediums vorbenetzt wird. Hierdurch wird erreicht, dass
in der Druckkammerrakel das aufzubringende Medium das Vorbenetzungsmittel
leichter verdrängen
kann, so dass diese aus den Rastervertiefungen der Walze entfernt
wird. Es hat sich gezeigt, dass die Vorbenetzung mit Wasser ausreichend
und möglich ist.
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Bei
der Anordnung zum Aufbringen eines flüssigen Mediums auf eine bewegte
Oberfläche,
insbesondere auf eine rotierende Walze mit gerasteter oder geriffelter
Oberfläche,
ist in Bewegungsrichtung der Oberfläche vor der Druckkammer eine
Vorbenetzungskammer angeordnet, in die ein flüssiges Vorbenetzungsmittel
einführbar
ist oder in der ein Vorbenetzungsmittel enthalten ist, um die Oberfläche vor dem
Eintritt in die Druckkammer zu vorzubenetzen. Die Vorbenetzungskammer
kann beispielsweise auf der Einlaufseite der Oberfläche einen Überlauf
für das
Vorbenetzungsmittel aufweisen. Hierdurch wird gewährleistet,
dass stets ausreichend Vorbenetzungsmittel in der Vorbenetzungskammer
vorhanden ist, so dass die Vorbenetzung der Oberfläche vor
der eigentlichen Benetzung derselben mit dem aufzubringenden Medium
gewährleistet
wird.
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In
einer einfachen Ausführungsform
kann die Vorbenetzungskammer als offene Kammer ausgebildet sein,
in welche die Oberfläche
eintaucht. Es kann aber auch vorgesehen werden, dass die Vorbenetzungskammer
auf der Einlaufseite der Oberfläche durch
ein an der Oberfläche
anliegendes Dichtungselement, insbesondere eine Rakel begrenzt wird. Hierdurch
wird ein geschlossenes System gebildet, so dass insbesondere bei
hohen Geschwindigkeiten ein unkontrolliertes Aufwirbeln und Austreten
des Vorbenetzungsmittels aus der Vorbenetzungskammer vermieden werden
können.
Es kann alternativ auch vorgesehen werden, dass das Vorbenetzungsmittel
in der Vorbenetzungskammer oder einem entsprechenden Bereich vor
der Druckkammerrakel auf die Oberfläche aufgesprüht wird.
Für eine
gleichmäßige Vorbenetzung
ist es günstig,
wenn dies in Form eines Benetzungs- oder Nebelvorhangs erfolgt,
der auf die Oberfläche
der Walze aufgelegt oder aufgesprüht wird.
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Grundsätzlich ist
es zweckmäßig, wenn
die Vorbenetzungskammer unmittelbar vor der Druckkammer angeordnet
ist. Die Vorbenetzungskammer kann dabei auf der Ablaufseite der
Oberfläche
aus der Vorbenetzungskammer durch die Rakel begrenzt werden, die
die Druckkammer einlaufseitig begrenzt. Hierdurch wird erreicht,
dass nach der Vorbenetzung ein Kontakt der vorbenetzten und somit
feuchten Oberfläche
mit der Umgebungsluft vermieden wird. Ein Lufteintrag kann somit
weiter verhindert beziehungsweise weiter minimiert werden.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Die
einzige Figur zeigt schematisch die Anordnung gemäß der Erfindung.
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Die
in der Zeichnung dargestellte Anordnung zum Aufbringen eines flüssigen Mediums
auf die Oberfläche 11 einer
sich in Bewegungsrichtung 12 rotierenden Walze 13 weist
eine Druckkammerrakel 14 auf, die bei dem Ausführungsbeispiel
in der sogenannten 6-Uhr-Position, also unterhalb der rotierenden
Walze angeordnet ist. Die Druckkammerrakel 14 umfasst eine
Druckkammer, die sich axial zur Walzenoberfläche erstreckt und ablaufseitig
durch eine Dosierrakel 15 und einlaufseitig durch eine
Dichtrakel 16 sowie durch den Rakelkopf 17 begrenzt
wird. Die Rakel sind bei der gezeigten Ausführungsform als Messerrakel
ausgebildet, wobei die Dosierrakel 15 negativ zur Drehrichtung 12 ausgerichtet
ist. Es ist aber auch eine positive Anstellung möglich. Entsprechendes gilt
für die
Dichtrakel.
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In
der Druckkammer ist ein Verdrängungskörper 18 angeordnet,
der einen Spalt 19 zu der Oberfläche 11 der rotierenden
Walze bildet. Im Betrieb fließt
durch diesen Spalt das aufzubringende Medium zur Benetzung der Oberfläche 11.
Durch den Verdrängungskörper 18 wird
die Druckkammer in einen Druckraum 20 und einen Ablaufraum 21 unterteilt,
so dass das Medium vom Druckraum 20 durch den Spalt 19 in
den Ablaufraum 21 fließt
und von dort durch nicht näher
dargestellte Ablaufkanäle
abgeführt
wird. Durch den ständig
anstehenden Überschuss
des Mediums am und im Spalt 19 wird die gleichmäßige Benetzung
der Oberfläche 11 bewirkt. Bei
dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel fließt das Medium
durch den Spalt 19 entgegen der Bewegungsrichtung 12.
Es ist aber auch möglich,
dass der Mediumstrom und die Bewegungsrichtung 12 gleichgerichtet
sind. In diesem Fall wäre der
Druckraum 20 in Bewegungsrichtung vor dem Ablaufraum 21 der
Druckkammerrakel angeordnet. Insoweit entspricht die Anordnung einer
herkömmlichen
Druckkammerrakel und bedarf daher keiner weiteren Erläuterung.
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Die
Oberfläche 11 der
Walze 13 kann insbesondere mit rasterförmigen Vertiefungen versehen sein,
die in der Druckkammerrakel 14 mit dem aufzubringenden
Medium gefüllt
werden. Die Oberfläche 11 der
Walze 13 steht entweder mittelbar oder unmittelbar in Kontakt
mit einer Materialbahn, deren Oberfläche mit dem Medium beschichtet
werden soll. Dies ist in der Zeichnung der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
Nach der Abgabe des Mediums auf die Materialbahn sind die Vertiefungen
der Oberfläche 11 zumindest
teilweise leer und laufen wieder in die Druckkammerrakel ein. Das
Dichtrakel 16 liegt somit auf der im allgemeinen metallischen
rauhen Oberfläche
der Walze 13 auf. Es sind daher zwangsläufig Öffnungen zwischen der Oberfläche 11 und
der Dichtrakel 16 vorhanden, durch die auch aufgrund der
Bewegung der Walzenoberfläche
Luft in die Druckkammer eingeführt
wird. Eingetragene Luft kann jedoch den gleichmäßigen Auftrag des Mediums auf
die Walze in Spalt 19 verhindern. Weiterhin wird durch das
unmittelbare Aufliegen der Dichtrakel 16 auf der rauhen
Oberfläche 11 ein
Schwingen der Dichtrakel bewirkt, so dass auch die Schaumbildung
unterstützt wird.
Diese Effekte führen
grundsätzlich
zu Problemen bei der Benetzung der Oberfläche 11 mit dem Medium.
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Bei
der in der Zeichnung dargestellten Anordnung ist in Bewegungsrichtung 12 der
Oberfläche 11 vor
der Druckkammerrakel eine Vorbenetzungskammer 22 angeordnet,
die mit einem Vorbenetzungsmittel gefüllt oder beaufschlagt werden
kann. Hierzu kann vorgesehen werden, dass das Vorbenetzungsmittel über eine
Pumpe 23 in die Vorbenetzungskammer 22 eingeführt und über einen Überlauf aus
der Vorbenetzungskammer in einen Vorratbehälter 25 geführt wird,
aus dem die Pumpe 23 das Vorbenetzungsmittel ansaugt. Das
Vorbenetzungsmittel kann somit im Kreislauf geführt werden. Die Vorbenetzung
der Oberfläche 11 der
Walze 13 vor dem Eintritt in die Druckkammerrakel 14 hat
zum einen den Effekt, dass die Rastervertiefungen mit der Flüssigkeit
gefüllt
sind, so dass ein Mitschleppen von Luft in die Druckkammer vermieden
wird. Zum anderen wird ein direkter Kontakt der Dosierrakel 16 mit
der Oberfläche 11 vermieden,
und es wird eine Art Schmierung erreicht, so dass ein Schwingen
der Dosierrakel 16 unterdrückt werden kann. Durch die
vorherige Vorbenetzung wird somit nicht nur ein Lufteintrag verhindert,
sondern auch die Schwingung der Dosierrakel. Eine Schaumbildung
des Mediums in der Druckkammer wird somit zuverlässig vermieden.
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Die
Vorbenetzungskammer 22 ist vorzugsweise so an dem Druckkammerkopf 17 angeordnet, dass
sie auf der Ablaufseite der Oberfläche aus der Vorbenetzungskammer
durch das Dichtrakel 16 der Druckkammerrakel begrenzt wird.
Das Dichtrakel 16 ist demnach von der einen Seite durch
das aufzubringende Medium begrenzt, während auf der anderen Seite
das Vorbenetzungsmittel ansteht. Dadurch wird ein besonders luftdichter
Abschluss erreicht.
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Die
Vorbenetzungskammer 22 kann einlaufseitig offen ausgebildet
sein und eine Art Tauchbecken bilden, durch die die Oberfläche 11 läuft. In der
Vorbenetzungskammer können
auch Sprüheinrichtungen
vorhanden sein, um das Vorbenetzungsmittel auf die Oberfläche aufzusprühen. Es
kann aber auch vorgesehen werden, dass die Vorbenetzungskammer 22 durch
eine weitere Rakel 24 einlaufseitig begrenzt wird, um ein
unkontrolliertes Austreten des Vorbenetzungsmittels insbesondere
bei hohen Geschwindigkeiten der Walze 13 zu verhindern.
Diese Rakel 24 kann relativ locker an der Oberfläche 11 anliegen.
Der Einsatz einer weiteren Rakel 24 hat zudem den Vorteil,
dass das Vorbenetzungsmittel unter leichtem Überdruck, der geringer ist
als der Druck in der Druckkammerrakel sein kann, zugeführt wird,
um eine gleichmäßige Vorbenetzung
der Oberfläche 11 zu
bewirken.
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Es
kann bei einer negativen Anstellung der Dichtrakel 16,
also in einem spitzen Winkel entgegen der Drehrichtung 12 durch
eine Vorbenetzung unter Druck erreicht werden, dass die Dichtrakel 16 verstärkt gegen
die Oberfläche
gedrückt
wird. Damit wird die Druckkammer nach außen besser abgedichtet.
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Es
ist offensichtlich, dass mit einer derartigen Anordnung ein Lufteintrag,
der zwangsläufig
zur Schaumbildung führt,
in die Druckkammerrakel vermieden werden kann. Durch die Schmierung
zwischen Dichtrakel 16 und Oberfläche 11 durch das Vorbenetzungsmittel
werden unerwünschte
Schwingungseffekte vermieden. Diese Maßnahmen führen dazu, dass die Umlaufgeschwindigkeit
der Walze 13 und somit die Auftragsgeschwindigkeit des
Mediums auf die Materialbahn weiter erhöht werden können, ohne dass die Gleichmäßigkeit
des Auftrages verringert wird.