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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum direkten Auftragen eines
flüssigen
oder pastösen Mediums
auf eine laufende Materialbahn, insbesondere eine Faserstoffbahn
aus Papier oder Karton, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Gattungsgemäße Vorrichtungen
werden üblicherweise
im Rahmen von Streichmaschinen eingesetzt, um die laufende Materialbahn
ein- oder beidseitig mit einem oder mehreren Auftragswerken und mit
einer oder mehreren Schichten des Auftragsmediums zu behandeln.
Als Auftragsmedium kommt dabei pigmenthaltige Streichfarbe, Leim,
Stärke
oder eine Imprägnierflüssigkeit
infrage.
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Beim
sogenannten direkten Auftrag wird das flüssige bis pastöse Medium
von einer Auftragseinrichtung direkt auf die Oberfläche der
laufenden Materialbahn aufgetragen. Die Materialbahn umschlingt während des
Auftrages eine umlaufende Gegenfläche, beispielsweise ein endloses
Stützband
oder eine Stützwalze
(auch als Gegenwalze bezeichnet) und wird dadurch geführt bzw.
gestützt.
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Während des
Betriebes einer solchen Vorrichtung treten an den bewegten Oberflächen, also der
laufenden Materialbahn und der Gegenfläche, die im Nachfolgenden als
Stützfläche bezeichnet wird,
Luftgrenzschichten auf, in denen die Luft mitgeschleppt wird. Bei
schnelllaufenden Papiermaschinen wächst der Einfluss dieser Schleppluft
enorm und es kommt vermehrt zu Lauf – und Auftrags – Problemen.
Die Luft kann dabei so stark zwischen die Materialbahn und die Stützfläche gezogen
werden, dass die Materialbahn den Kontakt zur Stützfläche teilweise oder gänzlich verliert.
Das führt
dazu, dass beispielsweise angetriebene Walzen das Antriebsmoment
nicht korrekt auf die Materialbahn übertragen.
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Außerdem lassen
sich eingestellte Bahnzüge
nicht richtig einstellen und konstant halten.
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Außerdem laufen
nicht angetriebene Walzen oder Stützbänder nicht korrekt mit, so
dass es zonenweise zu erhöhtem
Verschleiß oder
Ablagerungen auf den Stützflächen oder
auch zu Bahnabrissen kommt.
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Eine
besonders negative Auswirkung der Einfluss der Luftgrenzschicht
besteht darin, dass bei Nip-bildenden Konstellationen sowohl die
Materialbahn, als auch die Stützfläche Luft
einschleppen und sich beide Luftgrenzschichten ergänzen und
verstärken.
Sie wirken in der gleichen Richtung und verursachen im keilförmigen Einlaufnip
(Einlaufzwickel) einen erheblichen Druckaufbau.
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Ein
Teil der mitgeschleppten Luft weicht vor dem Nip seitlich nach außen aus.
Das funktioniert aber nur bei schmalen Maschinen. Aber mit steigenden
Maschinenbreiten, die 10m und mehr betragen können, ist dies kaum möglich. Deshalb
entstehen Lufttaschen, vorzugsweise in der Mitte der Auftragsvorrichtung
bzw. der Streichmaschine, die sehr instabil sind und von denen die
Luft wie gesagt, kaum entweichen kann.
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Derartige
Lufttaschen wirken sich vor allem an der Auftragsvorrrichtung sehr
ungünstig
aus, da die Materialbahn nicht über
ihre gesamte Breite hinweg gleichmäßig genug die Auftragsvorrichtung
passiert und dadurch die sich die Qualität des Auftrages auf die Materialbahn
verschlechtert. Diese negativen Auswirkungen versucht man zu vermeiden.
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Derartige
Lufttaschen bzw. Blasen konnten in der Vergangenheit durch Einstellung
von hohen Bahnzügen
etwas minimiert werden. Hohe Bahnzüge führen aber häufig zu Bahnabrissen, die ja
ebenfalls äußerst unerwünscht sind.
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In
der
US 5,506,005 ist
eine Lösung
angegeben, mit der das Problem durch Variation des Umschlingungswinkels
der Materialban um eine Stützwalze
gelöst
werden soll. Je größer dort
allerdings der Umschlingungswinkel gewählt ist, um so größer ist
die Gefahr, dass sich bis zur Erreichung der Auftragsvorrichtung
erneut Luftgrenzschichten ausbilden können. Je geringer der Umschlingungswinkel ist,
desto mehr Luft wird eingeschleppt.
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Aus
der
DE-A1 19702605 ist
eine Vorrichtung mit einer Luftgrenzschicht-Entfernungseinrichtung bekannt, mit
der sowohl die von der Materialbahn als auch von einer Stützwalze
mitgeschleppte Luftgrenzschicht vermieden werden soll. Die besagte Luftgrenzschicht-Entfernungseinrichtung
ist im Einlaufzwickel zwischen Materialbahn und Stützwalze angeordnet.
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Die
in der
DE-A1 19702605 beschriebene Luftgrenzschicht-Entfernungseinrichtung
umfasst unter anderem eine Luftgrenzschicht-Absaugeinrichtung. In
einer anderen Variante umfasst sie eine Blaseinrichtung, die ein
gasförmiges
Medium ausstößt. Die
Ausströmoffnung
ist dabei so gerichtet, dass das gasförmige Medium im wesentlichen
entgegen der Drehrichtung von Stützwalze
und Materialbahn bläst.
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In
einer weiteren Variante bläst
das gasförmige
Medium auch in entgegengesetzter Richtung (also in Drehrichtung
der Walze und der Materialbahn) in den Einlaufzwickel hinein.
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Zusätzlich ist
in einer Variante noch ein zur Zwickelspitze hin gekrümmtes Umlenkblech
vorhanden, welches die eingeblasene Gasmenge umlenkt und diese dadurch
entgegen der Drehrichtung der Stützwalze
und der Laufrichtung der Materialbahn aus dem Einlaufzwickel führt. Damit
soll eintretende Schleppluft abgedrängt werden.
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Es
ist aber zu befürchten,
dass sich trotz der genannten Maßnahmen die Luftgrenzschicht
sehr schnell wieder aufbaut. Dies geschieht besonders schnell bei
den bereits angesprochenen, heutigen hohen Laufgeschwindigkeiten
der Materialbahn und den großen
Dimensionen der Maschinen, in denen die Materialbahn hergestellt
und/oder veredelt wird.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung
weiter zu entwickeln, die mit nur geringem apparativem Aufwand den
Nachteilen des Standes der Technik entgegen wirkt.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im
Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Danach
weist die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine, bezogen auf die Drehrichtung des Stützgliedes vor dem Auftragswerk
angeordnete Einrichtung zur Entfernung, zumindest aber Schwächung einer
vom Stützglied
und/oder der Materialbahn mitgeführten
Luftgrenzschicht (Schleppluft) auf, wobei die Einrichtung als eine
den Einlaufzwickel in annähernd
radialer Richtung überspannende
Baugruppe ausgebildet ist.
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Erfindungsgemäß besteht
diese Baugruppe aus einer die Materialbahn berührenden Leiste und einem Klingenelement.
Die Leiste und das Klingenelement erstrecken sich quer zur Bahnlaufrichtung und
sind mindestens der Breite des Auftragswerkes angepasst. Das Klingenelement
ragt mit seiner stromabwärtigen
Seite bzw. Ende derart in den Einlaufzwickel hinein, dass zwischem
diesem Ende und der Stützfläche ein
Luftspalt verbleibt. Der Luftspalt ist allerdings nur so minimal,
dass Verschleißerscheinungen
an der Stützfläche (insbesondere
bei Ausbildung als Walze) sowie Ansammlungen von Fasern und dergleichen
vermieden werden.
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Somit
kann nur eine äußerst dünne, ungefährliche
Schleppluftschicht von der Stützfläche in den
Einlaufzwickel gelangen, wodurch eine erhebliche Druckreduzierung
im Einlaufzwickel stattfindet.
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Die
neben dem Klingenelement dem Einlaufzwickel zuströmende Schleppluft
wird gezwungen, auf derselben Seite des Klingenelementes zurückzuströmen. Dadurch
wird weiter zuströmende
Luft zusätzlich
abgebremst. Die erfindungsgemäße Einrichtung
fungiert damit als Luftabweiser.
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Außerdem wird
ein Aufschwimmen der Materialbahn auf der Stützfläche verhindert. Während des
gesamten Betriebes der Vorrichtung bleibt dadurch der Kontakt der
Materialbahn zur Stützfläche gewährleistet.
Dies wirkt sich hinsichtlich einer gewünschten gleichmäßigen Auftragsschicht über die gesamte
Breite und Länge
der Bahn äußerst positiv aus.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
erlaubt das Fahren höherer
Betriebsgeschwindigkeiten, größere Bahnbreiten
und erlaubt auch größere Freiheiten
bei der Wahl des Umschlingungswinkels der Materialbahn um die Stützfläche, was
als besonderer Vorteil der Erfindung angesehen wird.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungsmerkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
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Nachfolgend
soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
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Es
zeigen
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1: einen Querschnitt der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
in schematischer Darstellung
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2: ein Versuchsdiagramm,
in welchem Ergebnisse ohne und mit erfindungsgemäßer Vorrichtung dargestellt
sind
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In
der 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum
direkten Auftragen eines flüssigen
bis pastösen
Mediums M auf eine laufende Materialbahn 2 bestehend aus
Papier dargestellt.
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Die
Vorrichtung 1 umfasst eine von der Materialbahn bzw. Papierbahn 2 teilweise umschlungene Stützfläche, die
im Beispiel eine Walze 3 ist, aber auch ein Stützband sein
könnte.
Die hier vorgesehene Stützwalze 3 stützt also
die Papierbahn 2 an ihrer Bahnseite 2a bzw. wird
von dieser teilweise umschlungen.
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Die
hier vorgesehene Stützwalze 3 bildet
mit ihrer Stützwalzenoberfläche 3a und
der Materialbahnseite 2a einen sich keilförmig verjüngenden
Einlaufzwickel 4 und einen Auslaufzwickel 5.
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Die
Drehrichtung der Walze 3 ist in der 1 durch einen Pfeil P angedeutet. Ferner
umfasst die Vorrichtung 1 ein der Stützwalze 3 zugeordnetes
Auftragswerk 6 zum Beschichten der von der Stützwalze 3 abgewandten
Bahnseite 2b mit Streichmedium M. Dem Auftragswerk 6 kann
in Laufrichtung L der Materialbahn 2 eine Rakeleinrichtung
nachgeordnet sein (nicht in der 1 dargestellt),
mit der das zuvor im Überschuss
aufgebrachte Medium M auf das gewünschte Strichgewicht gebracht
wird. Im Fall eines 1:1-Auftrages, wo jene Streichmenge aufgebracht wird,
die auch auf der Materialbahn 2 verbleiben soll, würde die
Rakeleinrichtung nur der Vergleichmäßigung der aufgebrachten Schicht
dienen, brauchte beim 1:1-Auftrag aber auch gar nicht vorhanden
zu sein.
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Im
vorliegenden Beispiel ist als Auftragswerk 6 eine Freistrahldüsenseinrichtung
beispielhaft dargestellt, könnte
aber auch ein beliebig anderes Auftragswerk sein.
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Bezogen
auf die Drehrichtung der Stützwalze 3 ist
vor dem Auftragswerk 6 eine sich über die gesamte Maschinenbreite
erstreckende und den Einlaufzwickel 4 in annähernd radialer
Richtung zur Stützwalze 3 überspannende
Einrichtung 7 vorgesehen. Die Einrichtung dient der Schwächung bzw.
Verhinderung von mit der Materialbahn 2 und der Stützwalze 3 eingeschleppten
Luftgrenzschicht LG, die auch als Schleppluft 10 bezeichnet
wird. Eine solch störende
Luftgrenzschicht wäre
bei einer hohen Bahngeschwindigkeit, z.B. bei ca. 2000m/min, ohne Einrichtung 7 mehrere
cm dick, so dass auch hohe Drücke
vorhanden wären.
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Die,
eine solch starke Grenzschicht verhindernde Einrichtung 7 umfasst
als Baugruppe bzw. Baueinheit eine maschinenbreite, d.h. eine annähernd der
Breite der Auftragsvorrichtung 1 angepasste kastenartige
Leiste 8 und ein ebenso breites mit diesem verbundenes
flexibles Klingenelement 11.
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Die
Leiste 8 ist im Beispiel an eine Unterdruckquelle P-angeschlossen,
wozu die Stirnseiten der kastenartigen Leiste 8 mit Seitenwänden 9 verschlossen
sind. Dadurch kann die Leiste 8 als Saugkasten, d.h. als
sogenannte Foilleiste dienen, mit der zusätzlich Schleppluft 10 abgesaugt
wird. Dabei berührt
die Foilleiste 8 an ihrer Saugseite die Materialbahnseite 2a.
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Als
Verlängerung
der Foilleiste 8 ragt das Klingenelement 11 mit
seiner stromabwärtigen
Seite 11a in den Einlaufzwickel 4 hinein und bildet
dabei mit der Stützfläche, d.h.
alze 3 einen Spalt 12. Der Spalt ist ca. 0,5 bis
1 mm breit, wodurch nur noch in dieser Größenordnung auftretende Luftgrenzschichten
zum Einlaufzwickel 4 gelangen können. Das ist eine enorme Verringerung
gegenüber
einer mehrere cm – dicken
Schicht ohne die Einrichtung 7.
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Die übrigen Luftmassen
werden bei schmaleren Maschinen seitlich nach außen abgedrängt oder lassen sich bei extrem
breiten Maschinen zusätzlich
nach außen
absaugen in eine Richtung, die mit starken Pfeilen in der 1 gekennzeichnet ist.
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Aus 1 ist entnehmbar, dass das
Klingenelement 11 in seinem mittigen Bereich 11c in
einem Winkel α von
gleich/größer 90 ° nach außen abgewinkelt
ist. Das Klingenelement 11 ist als sogenanntes „Stiff
blade", also steife
Klinge, ausgeführt
und ist an seiner stromaufwärtigen
Seite 11b mit der Foilleiste 8 verbunden. Selbst
im Fall eines Einwickelns der Walze 3 (nach z.B. einem
Bahnabriss) kann sich dieses steife Klingenelement 11 unbeschadet
bis zu ca. 20 mm durchbiegen. Im Übrigen weist das Klingenelement 11 eine
konstante und geringe Dicke von ca. 0,2 bis 0,4 mm auf. Das ist
dann der Fall, wenn das Klingenelement aus Metall besteht. In Kunststoff- oder
plattierter Ausführung
kann die Dicke auch bis zu 5mm betragen.
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Die
Leiste bzw. Foilleiste 8 ist aus Gründen hoher Steifigkeit der
gesamten Baugruppe 7 gegenüber dem Einlaufzwickel 4 in
einem Abstand a von ca. 500 mm zu jenem Punkt A angeordnet, an dem
die Materialbahn 2 auf die Stützfläche 4 aufläuft.
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Außerdem ist
die gesamte Einrichtung 7 schwenkbar gelagert. Damit ist
es möglich,
die Einrichtung 7 besser zu reinigen oder einen Klingenwechsel
durchzuführen.
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Es
soll noch erwähnt
sein, dass das Klingenelement 11 mit ihrer stromaufwärtigen Seite
11b klemmend an der Leiste 8 befestigt ist.
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Das
kann derart erfolgen, indem das Klingenelement 11 in die
Leiste 8 mittels einer Reihe von Noppen oder einer durchgängigen Nut
(beides nicht dargestellt) eingehängt wird und dadurch ein rasches Auswechseln
erfolgen kann. Die Verbindung kann allerdings auch durch Verschraubung
oder anderweitig erfolgen.
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Im Übrigen ist
das Klingenelement 11 aus Metall, vorzugsweise Edelstahl,
oder aus Kunststoff, vorzugsweise faserverstärktem Material und die Leiste 8 mit
Kantenlängen
von ca. 50 × 50
mm aus Stahl, Kunststoff oder Keramik oder einer Kombination aus
den genannten Werkstoffen gefertigt.
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Das
gesamte Klingenelement 11, zumindest aber dessen stromabwärtiges Ende 11a sollte
aus verschleißfestem
Material und/oder Material mit geringem Reibfaktor, wie PTFE bestehen
oder damit beschichtet sein.
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Nachzutragen
ist, dass auch andere Formen von Klingenelementen 11 denkbar
sind. Dazu kämen beispielsweise
sogenannte „Bent
blades" in Betracht. Das
Klingenelement 11 lässt
sich mit einer nach außen
gebogenen Kurve, aber auch in gerader Form und in nahezu radialer
Ausrichtung zur Stützwalze 3 einsetzen.
In Versuchen hat sich allerdings die in 1 dargestellte Ausführung als besonders geeignet
erwiesen.
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2 veranschaulicht in einem
Diagramm Ergebnisse aus Versuchen, die mit der erfindungsgemäßen Einrichtung 7 und
ohne diese erzielt wurden.
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Waagerecht
ist die Maschinen- bzw. Bahngeschwindigkeit in m/min und senkrecht
der Luftdruck im Einlaufzwickel 4 in mbar aufgetragen.
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Die
Messstelle befand sich ca. 50 mm entfernt vom Bahnauflaufpunkt A
in der Bahnmitte. Die Versuche erfolgten mit einer Papierbahn, die
ein Flächengewicht
von 63 g/m2 aufwies. Der Bahnzug wurde mit
0,4 kN/m eingestellt.
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Aus
dem Diagramm ist aus Linie I entnehmbar, dass bei einer Geschwindigkeit
von ca. 2000 m/min (das ist jene Geschwindigkeit, mit der moderne
Maschinen gefahren werden) mit der erfindungsgemäßen Einrichtung unter Anwendung
einer Foilleiste 8 mit gering eingestelltem Unterdruck
und einem nicht die Walze 3 berührendem Klingenelement 11,
im Einlaufzwickel 4 annähernd
0 mbar gemessen wurden. Ohne erfindungsgemäße Einrichtung, wie in Linie
II eingetragen, beträgt
dagegen der Druck im Einlaufzwickel 4 etwas über 10 mbar.
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Die
Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung
konnte damit eindrucksvoll unter Beweis gestellt werden.