DE19814689B4

DE19814689B4 - Vorrichtung zum Auftragen eines flüssigen oder pastösen Auftragsmediums auf eine laufende Materialbahn, insbesondere aus Papier oder Karton

Info

Publication number: DE19814689B4
Application number: DE1998114689
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Kustermann
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 1998-04-01
Filing date: 1998-04-01
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2018-04-02
Also published as: DE19814689A1

Abstract

Vorrichtung (10) zum Auftragen eines flüssigen oder pastösen Auftragsmediums (20) auf eine laufende Materialbahn (16), insbesondere aus Papier oder Karton,
wobei das, Auftragsmedium (20) zunächst auf die Oberfläche (12a) eines mit einer Oberflächenbeschichtung (12b) versehenen Übertragselements (12), beispielsweise einer Übertragswalze, aufgebracht wird, welches das Auftragsmedium (20) auf die Materialbahn (16) aufträgt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (12a) eine anfängliche Rauheit aufweist, und dass in die Oberflächenbeschichtung (12b) Füllstoffe (24) oder Einlagerungen eingebettet sind, die während des Auftragsbetriebs herauslösbar sind, so daß von der Oberfläche (12a) vorstehende Füllstoffe (24) oder Einlagerungen und – nach Herauslösen von Füllstoffen (24) oder Einlagerungen aus der Oberflächenbeschichtung (12b) – Vertiefungen in der Oberfläche (12a) verbleiben, die zur Rauheit beitragen, insbesondere diese erhhalten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auftragen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise in 1 dargestellt. Die bekannte Auftragsvorrichtung 10 umfaßt eine Übertragswalze 12 und eine Stützwalze 14. Die beiden Walzen 12 und 14 begrenzen zwischen sich einen Auftragsspalt Sp, durch welchen eine Materialbahn 16 hindurchgeführt ist. Die Übertragswalze 12 ist um ihre Achse A in Richtung des Pfeils P drehangetrieben, und die Stützwalze 14 ist um ihre Achse B in Richtung des Pfeils P' drehangetrieben, d.h. gegensinnig zur Übertragswalze 12. Infolge des Eingriffs der Materialbahn 16 mit den beiden Walzen 12 und 14 bewegt sich die Materialbahn 16 in Laufrichtung L. Mittels eines Auftragswerks 18 wird Auftragsmedium 20 auf die Oberfläche 12a der Übertragswalze 12, genauer gesagt die Oberfläche 12a einer Oberflächenbeschichtung 12b der Übertragswalze, aufgebracht und infolge der, Drehung der Auftragswalze 12 um ihre Achse A zum Übertragsspalt Sp und somit zur Materialbahn 16 hin gefördert, wo das Auftragsmedium 20 als Auftragsschicht 22 auf die Materialbahn 16 übertragen wird.

Derartige bekannte Auftragsvorrichtungen werden von der Voith Sulzer Papiermaschinen GmbH beispielsweise unter den Bezeichnungen "SPEEDSIZER" und "SPEEDCOATER" vertrieben. Der Vollständigkeit halber sei ferner auf die DE 43 15 813 A1 verwiesen.

Bei bekannten Auftragsvorrichtungen der vorstehend geschilderten Art stellt man in der Praxis fest, daß sich in Laufrichtung L nach dem Auftragsspalt Sp, insbesondere dort, wo sich die Materialbahn 16 von der Oberfläche 12a der Übertragswalze 12 löst, bzw. gerade gelöst hat, also in dem in 1 mit N bezeichneten Bereich, ein Sprühnebel von Auftragsmedium 20 bildet, das durch Adhäsionskräfte von der Auftragswalze 12 wieder aus der aufgetragenen Schicht 22 herausgerissen wird. Dieser mit höherer Bahnlaufgeschwindigkeit (teilweise über 1000 m/min) zunehmende Sprüheffekt ist unerwünscht, da sich der Sprühnebel in unkontrollierbarer Weise wieder auf der beschichteten Materialbahn 16 niederschlägt und somit die Gleichmäßigkeit des Auftragsergebnisses beeinträchtigt. Auch wenn das Abreißen der adhäsionskraft-bedingt gebildeten Auftragsmediumfäden zwischen der Auftragsschicht 22 und der Oberfläche 12a der Übertragswalze 12 nicht zur Bildung von Sprühtröpfchen führen, kann es zur Beeinträchtigung der Auftragsqualität kommen. Lediglich beispielhaft sei hier der sogenannte "Orangenhaut-Effekt" angeführt.

Aus der US 4,195,570 ist eine Elastomer-Übertragungsrolle zur Übertragung von Druckfarbe auf ein Druckrad bekannt. In der Rolle sind Hohlräume und Durchgänge ausgebildet, indem aus der Elastomerrolle wasserlösliche Salze durch Auswaschen gelöst werden. Diese Hohlräume und Durchgänge nehmen Tinte auf, welche auf ein Druckrad oder eine Übertragungsrolle abgegeben wird. Zur Vermeidung von Sprühnebel wird einerseits eine spezielle Tinte verwendet und andererseits weisen die Hohlräume und Durchgänge eine aus einem thermisch reagierenden Verdickungsmittel gebildete Beschichtung auf, so dass bei steigender Temperatur eine Flussbegrenzung der Tinte erfolgt.

Es wird ferner auf die US 4,967,663 hingewiesen, welche eine poröse, keramische Druckrolle beispielsweise zum Beschichten von Metalldosen offenbart. Die Porosität und somit die Oberflächenrauheit erhält die Druckrolle durch das Ausbrennen von organischen Füllstoffen während eines Sinterprozesses. Um eine entsprechende Oberflächenrauheit und Porosität der Druckrolle beizubehalten wird die Rolle bei Bedarf abgeschliffen.

Schließlich wird der Vollständigkeit halber auf die US 2,804,678 verwiesen, in der eine Rolle zum Schlichten von Garnsträngen offenbart ist, wobei die Rolle eine Beschichtung aufweist, in der zerbrechliche Partikel wie beispielsweise Sand, Glas oder gebrochener Stein enthalten sind. Diese Partikel werden durch Schleifvorgänge gebrochen bzw. herausgelöst.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Auftragsvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei der der vorstehend geschilderte Sprüheffekt nicht oder nur noch in – verglichen mit dem Stand der Technik – zumindest deutlich reduziertem Maße auftritt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Auftragsvorrichtung gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Die Füllstoffe bzw. Einlagerungen verleihen der Oberfläche des Übertragselements ausgehend von einer anfänglichen Rauhheit eine vorbestimmte Mindestrauheit, was insofern im Widerspruch zur herrschenden Auffassung über die Ausbildung der Oberfläche eines Übertragselements steht, als bislang davon ausgegangen wurde, daß diese Oberfläche möglichst glatt ausgebildet sein sollte, um negative Einflüsse auf die Qualität und insbesondere die Glätte der beschichteten Materialbahnoberfläche ausschließen zu können. Überraschenderweise hat sich jedoch gezeigt, daß sich die Strichqualität durch das Vorsehen einer anfänglichen Rauhheit bzw. einer vorbestimmten Mindestrauhigkeit im Gegenteil sogar verbessern läßt.

Dies könnte möglicherweise daran liegen, daß im Auslauf der Materialbahn aus dem Auftragsspalt die Luft aufgrund der erfindungsgemäßen Rauhigkeit leichter zwischen die sich voneinander weg bewegenden Oberflächen der beschichteten Materialbahn einerseits und des Übertragselements andererseits eindringen kann und somit der Bildung von Auftragsmediumfäden zwischen diesen beiden Oberflächen vorbeugen, wenn nicht gar vollständig diese verhindern kann.

Da die Füllstoffe bzw. Einlagerungen aus der Oberflächenbeschichtung unter Zurücklassung von Vertiefungen herauslösbar sind, insbesondere beispielsweise aufgrund der Wechselwirkung von Oberflächenbeschichtung und Materialbahn bzw. Auftragsschicht, bleibt die Rauhigkeit der Oberflächenbeschichtung auch bei deren Abnutzung erhalten. Da die Oberflächenbeschichtung im Hinblick auf die in der Praxis geforderte Lebendauer sehr verschleißfest ist, schwächen sich einmal entstandene Unebenheiten bzw. Ausbruchsvertiefungen nur sehr langsam ab. Daraus folgt, daß nur sehr selten ein Partikel aus der Oberflächenbeschichtung herausgelöst wird, so daß für die Qualität der beschichteten Materialbahn keine Gefahr besteht.

Anzumerken ist noch, daß das Übertragselement üblicherweise eine Übertragswalze sein wird. Es sind im Stand der Technik aber auch von einem Anpreßschuh gestützte Endlosbänder bekannt (s. beispielsweise DE 44 46 308 A1 ).

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der arithmetische Mittenrauhwert (gemäß DIN 4768) der Oberflächenbeschichtung mindestens 1,7 μm beträgt, vorzugsweise aber weniger als 17 μm. Noch bevorzugter sollte der arithmetische Mittenrauhwert mindestens 2,5 μm betragen. Insbesondere handelt es sich bei diesen Werten um erfindungsgemäß aufrechterhaltene, insoweit "immer" geltende Rauheitswerte.

Bei bestimmten Verfahren zur Oberflächenbeschichtung des Übertragselements kann es einfacher sein, diese Oberflächenbeschichtung zunächst mit einer glatten Oberfläche auszubilden. Um dennoch nicht erst nach einer gewissen Abnutzung der Oberflächenbeschichtung die vorteilhaften Wirkungen einer anfänglichen Rauhigkeit der Oberflächenbeschichtung wirksam werden zu lassen, wird vorgeschlagen, daß die Oberflächenbeschichtung des Übertragselements geschliffen ist. Im Hinblick auf den erleichterten Eintritt von Luft ist es dabei ferner bevorzugt, wenn die Schleifstruktur überwiegend in Laufrichtung der Materialbahn ausgerichtet ist, d.h. in Umfangsrichtung der Übertragswalze. Es versteht sich, daß daran gedacht werden kann, die Oberflächenbeschichtung auch nach Abnutzung in bestimmten Zeitintervallen nachzuschleifen.

Die Oberflächenbeschichtung kann beispielsweise aus Polyurethan oder/und Gummi oder/und einem gummiartigem Material gebildet sein, was im Hinblick auf eine möglichst schonende Wechselwirkung mit der Materialbahn, insbesondere im Auftrags- bzw. Übertragsspalt, von Vorteil sein kann. Grundsätzlich kann trotz der schlechteren Filmbildungseigenschaften auch an eine Oberflächenbeschichtung aus Teflon gedacht werden.

Als Füllstoffe bzw. Einlagerungen kommen beispielsweise Körner, vorzugsweise Bimsmehl- oder/und Kalk-Körner, oder/und Fasern, vorzugsweise Polyester-Fasern, in Frage. Diese Stoffe sind zum einen kostengünstig und in definierten Abmessungen erhältlich und lösen sich zum anderen relativ leicht aus der Oberflächenbeschichtung, so daß es zu keinen die Qualität der Beschichtung der Materialbahn negativ beeinflußenden "Rupfeffekten" kommt. Darüber hinaus haben diese Stoffe den Vorteil inert zu sein, d.h. mit dem Auftragsmedium, beispielsweise Farbe oder Leim, keine chemischen Reaktionen einzugehen.

Die Körner können beispielsweise einen Äquivalent-Durchmesser von zwischen etwa 1 μm und etwa 25 μm aufweisen. Der Begriff "Äquivalent-Durchmesser" wird dabei wie folgt verstanden: Körner haben eine unregelmäßige Struktur, wobei jedoch typischerweise die Abmessungen in den drei Raumrichtungen in etwa in der gleichen Größenordnung liegen. Sie unterscheiden sich somit zum einen deutlich von faserartigen Gebilden, bei denen die Abmessungen in einer der Raumrichtungen wesentlich größer ist als die Abmessung in den beiden anderen Raumrichtungen. Sie unterscheiden sich aber auch deutlich von scheibenartigen Gebilden, bei denen die Abmessung in einer der Raumrichtungen wesentlich kleiner ist als die Abmessung in den beiden anderen Raumrichtungen. Bei Körnern gemäß der vorstehenden Erläuterung wird unter dem Äquivalent-Durchmesser der Durchmesser einer Kugel verstanden, deren Volumen gleich dem Volumen des jeweils betrachteten Korns ist.

Entsprechend können die Fasern eine Länge von zwischen etwa 1 μm und etwa 200 μm sowie einen Faserdurchmesser von zwischen etwa 0,5 μm und etwa 20 μm aufweisen. Dabei wird unter dem Faserdurchmesser eine dem vorstehend diskutierten Äquivalent-Durchmesser der Körner entsprechende Größe bei Betrachtung des Faserquerschnitts anstelle des Körnervolumens verstanden. Insgesamt kann das Füllmaterial bzw. können die Einlagerungen etwa 0,2 % bis 15 %, vorzugsweise etwa 1 % bis 5 %, des Gesamtvolumens der Oberflächenbeschichtung einnehmen.

Die Eigenschaften der Oberflächenbeschichtung können sich, insbesondere was die Art und Größe der Füllstoffe bzw. Einlagerungen sowie deren Anteil am Gesamtvolumen der Oberflächenbeschichtung anbelangt, in Querrichtung der Materialbahn, d.h. bei einer Übertragswalze in Achsrichtung dieser Walze, ändern. Hierdurch kann beispielsweise den den Seitenrändern der Materialbahn zugeordneten Oberflächenbereichen des Übertragselements eine andere Oberflächenrauhigkeit zugeordnet werden als dem mittleren Bereich der Materialbahn. Somit kann bereits durch die Ausgestaltung der Oberflächenbeschichtung des Übertragselements eine gewisse Querprofilierung der Beschichtung der Materialbahn erzielt werden.

Wie bereits erwähnt, kann die Erfindung sowohl bei den Auftragsvorrichtungen des Typs "SPEEDSIZER" und "SPEEDCOATER" eingesetzt werden als auch bei jeder anderen Auftragsvorrichtung bei welcher ein Übertragselement zum Aufbringen des flüssigen oder pastösen Auftragsmediums auf die Materialbahn vorgesehen ist.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es stellt dar
1 eine grob schematische Seitenansicht einer Auftragsvorrichtung, bei welcher die Übertragswalze mit einer Oberflächenbeschichtung versehen ist;
2 eine vergrößerte Darstellung des Details D in 1 in einer Schnittdarstellung längs der Linie II-II in 1 einer mit einer erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung versehenen Übertragswalze; und
3 eine Ansicht ähnlich 1 einer Auftragsvorrichtung mit Schöpfwalze.
Die erfindungsgemäße Auftragsvorrichtung unterscheidet sich von der eingangs mit Bezug auf 1 erläuterten Auftragsvorrichtung lediglich durch den Aufbau und die Beschaffenheit der Oberflächenbeschichtung 12b der Übertragswalze 12. Somit kann die vorstehende Beschreibung der Auftragsvorrichtung gemäß 1 voll inhaltlich auch als Beschreibung einer erfindungsgemäßen Auftragsvorrichtung angesehen werden, auf welche hiermit verwiesen sein.
Obgleich die Auftragsvorrichtung gemäß 1 eine Vorrichtung zum einseitigen Auftragen von flüssigem oder pastösem Auftragsmedium 20 auf die Materialbahn 16 ist, versteht es sich, daß sie auch zum beidseitigen Bestreichen der Materialbahn eingesetzt werden kann, wenn auch die Walze 14 als Übertragswalze mit zugeordnetem Auftragswerk ausgebildet ist.
In 2 ist ein Ausschnitt aus der Übertragswalze 12 und deren Oberflächenbeschichtung 12b in vergrößertem Maßstab perspektivisch dargestellt. Die Orientierung des dargestellten Teils ist dabei so gewählt, daß die Querrichtung der Zeichenebene mit der Arbeitsbreite der Auftragsvorrichtung 10, d.h. der Querrichtung Q der Materialbahn 16 bzw. der Richtung der Rotationsachse A der Übertragswalze 12, zusammenfällt, während die Umfangsrichtung U der Walze 12 in der Perspektive nach hinten, d.h. in Zeichenebene nach rechts oben verläuft.
In das Material der Oberflächenbeschichtung 12b eingebettet erkennt man in 2 eine Mehrzahl von Körnern 24 eines Füllstoffs, beispielsweise Bimssteinmehl. Ein Teil diese Körner, beispielsweise das Korn 24' ragt aus der Oberfläche 12a der Oberflächenbeschichtung 12b der Übertragswalze 12 heraus und erhebt sich über diese Oberfläche je nach der Größe (= Äquivalentdurchmesser d) des Korn und dem noch in der Oberflächenbeschichtung 12b eingebetteten Bruchteils des Korns mehr oder weniger über die Oberfläche 12a. Darüber hinaus weist die Oberfläche 12a auch Vertiefungen 26 und 28 auf. Dabei rühren die Vertiefungen 26 von Körnern 24 her, welche aufgrund der Wechselwirkung mit der Materialbahn 16 bzw. dem Auftragsmedium 20 aus der Oberflächenbeschichtung 12b herausgelöst worden sind. Die länglichen Vertiefungen 28, welche sich hauptsächlich in Umfangsrichtung U erstrecken, wurden in die Oberflächenbeschichtung 12b an deren Oberfläche 12a durch Schleifen oder dergleichen eingebracht, beispielsweise unmittelbar im Anschluß an die Herstellung der Oberflächenbeschichtung oder im Zuge eines Nachschleifens der Oberflächenbeschichtung nach einer vorbestimmten Betriebszeit der Übertragswalze 12.
Die Auftragsvorrichtung 110 gemäß 3 unterscheidet sich von der Auftragsvorrichtung 10 gemäß 1 lediglich dadurch, daß die Walze 112 als Schöpfwalze ausgebildet ist, welche das Auftragsmedium 120 mit ihrer Oberfläche 112a aus einem Trog 130 schöpft und zur Materialbahn 116 transportiert. Hinsichtlich des Aufbaus der Walze 112, insbesondere deren Oberflächenbeschichtung 112b, und der sonstigen Funktion der Auftragsvorrichtung sei auf die vorstehende Beschreibung der 1 und 2 verwiesen.

Claims

Vorrichtung (10) zum Auftragen eines flüssigen oder pastösen Auftragsmediums (20) auf eine laufende Materialbahn (16), insbesondere aus Papier oder Karton, wobei das, Auftragsmedium (20) zunächst auf die Oberfläche (12a) eines mit einer Oberflächenbeschichtung (12b) versehenen Übertragselements (12), beispielsweise einer Übertragswalze, aufgebracht wird, welches das Auftragsmedium (20) auf die Materialbahn (16) aufträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (12a) eine anfängliche Rauheit aufweist, und dass in die Oberflächenbeschichtung (12b) Füllstoffe (24) oder Einlagerungen eingebettet sind, die während des Auftragsbetriebs herauslösbar sind, so daß von der Oberfläche (12a) vorstehende Füllstoffe (24) oder Einlagerungen und – nach Herauslösen von Füllstoffen (24) oder Einlagerungen aus der Oberflächenbeschichtung (12b) – Vertiefungen in der Oberfläche (12a) verbleiben, die zur Rauheit beitragen, insbesondere diese erhhalten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der arithmetische Mittenrauhwert der Oberflächenbeschichtung (12b) immer mindestens 1,7 μm beträgt, vorzugsweise aber weniger als 17 μm.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der arithmetische Mittenrauhwert immer mindestens 2,5 μm beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenbeschichtung (12b) des Übertragselements (12) zur Ausbildung einer anfänglichen Mindestrauheit geschliffen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifstruktur (28) überwiegend in Laufrichtung (L) der Materialbahn (16) ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenbeschichtung (12b) aus Polyurethan oder/und Gummi oder/und gummi-artigem Material gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffe (24) bzw. Einlagerungen Körner, vorzugsweise Bimsmehl- oder/und Kalk-Körner umfassen, oder/und dass die Füllstoffe (24) bzw. Einlagerungen Fasern, vorzugsweise Polyester-Fasern, umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner einen Äquivalent-Durchmesser (d) von zwischen 1 μm und 25 μm aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern eine Länge von zwischen 1 μm und 200 μm und einen Durchmesser von zwischen 0,5 μm und 20 μm aufweisen.