DE19848667C2 - Walzenantragsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Walzenantragsvorrichtung.

Walzenantragsvorrichtungen sind Beschichtungseinrichtungen, die wäßrige niedrig- und höherviskose Lösungen auf bewegte Bahnen antragen können, um z. B. fotografische Materialien herzustellen. Als Beschichtungsunterlagen eignen sich Folien, Papier- oder auch mit Polyethylen beschichtete Papierbahnen. Ein wesent­ liches Kennzeichen ist, daß mit einer Walzenantragsvorrichtung nur 1 Schicht ange­ tragen werden kann. Falls mehrere Schichten angetragen werden sollen, so sind entsprechend mehrere Beschichtungsstationen mit jeweiliger Trockenstrecke erfor­ derlich.

Walzenantragsvorrichtungen sind einfach im Aufbau, erfordern wenig Raum und sind sehr preiswert. Sie eignen sich besonders zum Antragen von sogenannten Hilfs­ schichten in der Fotoindustrie. Die Aufgabe von Hilfsschichten ist u. a., die Haftung von fotografischen Schichten auf der Bahn zu verbessern. Weiterhin werden Walzen­ antragsvorrichtungen zum Antragen von elektrisch leitfähigen Rückschichten ver­ wendet.

Walzenantragsvorrichtungen sind Vorrichtungen zur. Durchführung sogenannter "nicht-dosierender Verfahren". In Fig. 1 ist das Prinzip eines 2-Walzenantrags im Mittenschnitt schematisch dargestellt. Hier handelt es sich um eine sogenannte Umkehrwalzenbeschichtungsvorrichtung.

Die anzutragende Lösung wird zunächst einer Antragswanne zugeführt. Das Niveau der Lösung in der Antragswanne wird durch einen Überlauf oder einen Niveauregler konstant gehalten. Bei diesem 2-Walzenantrag taucht die untere motorisch ange­ triebene Walze - genannt Anspülwalze - teilweise in die Antragswanne ein und nimmt eine von der Drehzahl, dem Durchmesser und der Viskosität abhängige Menge Lösung an ihrem Umfang durch Haftung mit. Die von einer zweiten Walze - Führungswalze - gehaltenen Bahn kontaktiert die Lösung auf der Anspülwalze und entnimmt dieser zur Schichtbildung eine bestimmte Menge Lösung.

Die Dicke der so gebildeten Schicht und deren Qualität hängen im wesentlichen von der Spaltweite zwischen Anspülwalze und Bahnoberfläche, der Bahngeschwindig­ keit, der Schichtdicke auf der Anspülwalze, und der Viskosität ab.

Bei der Vorbereitung der Beschichtung oder zur Reinigung der Antragsvorrichtung befindet sich die Führungswalze in einer Reinigungsposition ca. 150 mm oberhalb der Anspülwalze, genannt Reinigungs- oder Servicestellung.

Nach dem herkömmlichen Verfahren wird zur Einleitung der Beschichtung die Führungswalze mit der Bahn zunächst mittels einer Spindel-Grobverstellung von Hand in die sogenannte Wartestellung (ca. 1 mm Abstand zur Oberfläche der An­ spülwalze) gebracht. Anschließend erfolgt mit einer weiteren Spindel-Feinver­ stellung der Begußbeginn. Dazu wird die Bahn bis dicht oberhalb der Anspülwalze verstellt. Der Abstand beträgt dann ca. 0,10 mm bis 0,15 mm. Dieser Vorgang wird Antauchvorgang genannt, und die Bahn befindet sich in der sogenannten Antauch­ stellung. Dieser kleine Abstand ist für eine gute Startbenetzung von Vorteil.

Nach Abschluß des Antauchvorganges wird mittels der Feinverstellung die Spalt­ weite wieder um ca. 0,05 mm bis 0,10 mm vergrößert und die endgültige sogenannte Gußstellung von ca. 0,15 mm bis 0,20 mm für die Produktion erreicht.

Bei Produktionsende bzw. zur Reinigung der Walzenantragsvorrichtung wird die Führungswalze mit der Feinverstellung in die Wartestellung und anschließend mit der Grobverstellung in die Reinigungs- oder Servicestellung gebracht.

Dieses Verfahren hat erhebliche Nachteile, die im folgenden einzeln angeführt werden:

• - Die Spaltweite wird visuell eingestellt, ist daher nicht ausreichend reprodu­ zierbar und führt zu undefinierten Schichtdicken. Eine zu geringe Schicht­ dicke kann z. B. die Haftung der Fotoschichten verschlechtern oder eine zu ge­ ringe Leitfähigkeit der Antistatikschicht ergeben. Eine zu große Schichtdicke führt zu einem unnötig hohen Verbrauch.
• - Führungswalze und Anspülwalze können visuell nicht ausreichend parallel eingestellt werden, so daß ein Schichtdickenquerprofil entsteht, und von einer Seite her leicht Gußabrisse entstehen.
• - Zur Erkennung von Gußabrissen sind aufwendige optische Leerstellener­ kenungseinrichtungen erforderlich.
• - Durch die visuelle Spalteinstellung kann die richtige Spaltweite für einen stabilen und qualitativ hochwertigen Beguß nicht exakt und reproduzierbar erreicht werden.
• - Die Einstellung mittels Spindeln ist nicht spielfrei; Versetzungen während der Produktion sind möglich.
• - Mit der Spindelfeinverstellung kann eine ausreichend dünne Antauchstelle nicht realisiert werden. Die Verstellung durch die Spindel-Feinverstellung erfolgt zu langsam und es entstehen dicke Antauchstellen. Diese trocknen nicht schnell genug und verschmutzen anschließend die Walzen. Außerdem sind die Antauchstellen sehr lang. Bei unsymmetrischen Antauchstellen entstehen leicht Längsfalten, die zu Bahnrissen führen können.
• - Der Zeitaufwand zur Verstellung der Führungswalze ist sehr hoch und die Bedienung umständlich.
• - Beim manuellen Verstellen der Spindeln können Verletzungen der Hände oder Arme auftreten, weil unter bestimmten Bedingungen eine Verstellung der Spaltweite bei laufender Maschine vorgenommen werden muß.

Mit steigender Begießgeschwindigkeit werden die obengenannten Probleme größer und die Verluste erhöhen sich.

Aufgabe der Erfindung war es, eine Vorrichtung zu finden, die die genannten Nach­ teile eliminiert.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Es ist vorgesehen, daß die Führungswalze an 2 Schwenkarmen befestigt wird und die Spaltgeometrie durch seitlich angeordnete feste Anschläge in Form von Kurvenscheiben und sog. Kurvenrollen exakt und reprodu­ zierbar eingestellt wird. Die Kurvenrollen haben dabei einen festen Radius, während die Kurvenscheiben einen variablen Radius aufweisen.

Vorzugsweise werden die Kurvenrollen an den Schwenkarmen und die Kurven­ scheiben am Gestell der Anspülwalze drehbar befestigt. Die links und rechts an den Schwenkarmen befestigten Kurvenrollen und die jeweils entsprechend am Gestell der Anspülwalze befestigten Kurvenscheiben ermöglichen vorteilhafterweise eine exakte Paralleleinstellung der Spaltweite. Dazu werden die Kurvenrollen an den Schwenk­ armen verstellbar angeordnet. Durch einen Kalibriervorgang mit Endmaßen zwischen den Walzen wird eine genaue Parallelstellung der Walzen gewährleistet.

Der Radius der Kurvenscheiben wird für die 3 Spaltabstände (Wartestellung, Antauchstellung und Gußstellung) entsprechend unterschiedlich über drei Bereiche des Scheibenumfanges hergestellt. Die Übergänge zwischen den 3 Bereichen werden so gewählt, daß vorteilhafterweise ein schneller Antauchvorgang ermöglicht wird.

Der Radius der Kurvenscheiben wird den hohen Anforderungen der Spaltweitenein­ stellung im µm-Bereich entsprechend ausgelegt.

Die Kurvenscheiben haben wenigstens einen größten Radius (R_max) und einen kleinsten Radius (R_min). Zwischen R_max und R_min können die Übergänge stufenlos oder stufig gestaltet sein. Bevorzugt sind R_min und R_max im gleichen Quadranten realisiert. Der sich daraus ergebende größere Übergang wird stufenlos gestaltet, um beliebige Radiuswerte einstellen zu können. Der sich ergebende kleinere Übergang gestattet den schnellen Wechsel von R_min zu R_max und umgekehrt.

Der Unterschied zwischen R_max und R_min ist verglichen mit dem Radius der Kurvenscheibe sehr klein, so daß er bei der Bestimmung des Durchmessers (= 2R) vernachlässigt werden kann.

Die Verstellung der Führungswalze an den Schwenkarmen erfolgt mittels eines motorisch oder von Hand betätigten Getriebes. Die Verdrehung der Kurvenscheiben wird ebenfalls motorisch oder von Hand mit einem Getriebe durchgeführt.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung werden erhebliche Fortschritte erzielt:

• - Eine exakte Spaltweiteneinstellung wurde erzielt. Einstellfehler werden ver­ mieden.
• - Gußabrisse durch nicht parallele Spaltweiten treten nicht mehr auf.
• - Die Spalteinstellung ist spielfrei, da durch Gewichtsbelastung alle Lagerspiele beseitigt werden.
• - Die Gußqualität wurde verbessert, eine gleichmäßige Schichtdicke liegt vor.
• - Beschichtungsmaterial wird eingespart, da unkontrolliert höhere Schicht­ dicken durch fehlerhafte Spaltweiten nicht mehr auftreten.
• - Die Antauchstellen wurden erheblich verbessert, Verluste wurden reduziert.
• - Eine Unfallgefahr durch Einklemmungen besteht nicht mehr, da sich die Ver­ stellgetriebe für die Spaltweite außerhalb der laufenden Maschine befinden.
• - Die Handhabung wurde verbessert und vereinfacht.

Mit Hilfe der folgenden Figuren wird die erfindungsgemäße Vorrichtung näher, erläutert.

Fig. 1 zeigt das bekannte Verfahrensprinzip eines Walzenantragsverfahrens im Mittenschnitt.

Fig. 2 zeigt eine herkömmliche 2-Walzenantragsvorrichtung in Gußstellung.

Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in Seitenansicht.

Fig. 4 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Draufsicht.

Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Darstellung von Kurvenrolle und Kurvenscheibe.

Fig. 1 zeigt eine 2-Walzenantragsvorrichtung im Gegenlaufprinzip. 8 ist die An­ tragswanne. Die Lösung 9 wird durch die Öffnung 10 mit Hilfe einer Zufuhrein­ richtung (nicht dargestellt) zugeführt und das Niveau in der Antragswanne 8 durch den Überlauf 11 konstant gehalten. Die Anspülwalze 2 taucht in die Lösung 9 ein und dreht sich in Pfeilrichtung. Dabei nimmt sie eine bestimmte Menge in Form der Schicht 5 an ihrem Umfang mit. Im Antragsmeniskus 4 erfolgt die Übertragung eines Teiles der Lösung auf die Bahn 3, die von der Führungswalze 1 geführt wird und sich gegen die Bewegungsrichtung der Anspülwalze dreht. Die übertragene Menge ist auf der Bahn als Schicht 6 dargestellt. Eine Restmenge 7 wird in die Antragswanne zurückgeführt. Die auf die Bahn 3 übertragene Lösungsmenge 6 ist von mehreren Parametern abhängig. Dieses sind im wesentlichen neben der Spaltweite S die Ge­ schwindigkeiten der Anspülwalze und der Bahn sowie die Viskosität der Lösung. Eine Gleichung zur Berechnung der Schichtdicke 6 auf der Bahn 3 in Abhängigkeit der geometrischen und rheologischen Parameter sowie der Geschwindigkeiten der Walzen besteht nicht. Dagegen ist bei einer Änderung eines bestimmten Parameters eine Abschätzung der Änderung der Schichtdicke näherungsweise möglich. Eine Spaltverengung z. B. bewirkt einen geringeren Auftrag und umgekehrt. Eine homo­ gene, reproduzierbare Beschichtung wird nur erreicht, wenn alle Einflußgrößen auf die Schichtdicke konstant gehalten werden.

In Fig. 2 ist das herkömmliche Antragssystem mit den beiden Spindelverstellungen schematisch dargestellt. Die Antragswanne 8 mit der Lösung 9 befindet sich auf einem vertikal verstellbaren Tisch 30. Die Anspülwalze 2 wird von einem Elektro­ motor 18 über die Kupplung 19 angetrieben. Die Anspülwalze ist nur in axialer Richtung zur seitlichen Begußeinstellung verschiebbar.

Zur Einstellung der Spaltweite S müssen die Spindeln 14 entsprechend gedreht werden. Die Spindeln 11 sind drehbar gelagert und werden durch das Handrad 13 mit den Kegelrädern 12 gemeinsam gedreht. Die Verbindungselemente 16 können somit aufwärts oder abwärts bewegt werden. Diese Verschiebung überträgt sich über die Verbindungselemente 16, die Spindeln 14 und die Führungs­ walzenlagerungen 17 auf die Führungswalze 1. Damit kann die Führungswalze 1 in die obere Reinigungs-/Servicestellung oder in die untere Wartestellung gebracht werden. Diese sogenannte Grobverstellung ist sehr umständlich zu bedienen und nicht spielfrei.

Die Wartestellung wird visuell mit ca. 1 mm Spaltweite eingestellt. Hier kann es leicht zu einer ungewollten Vorbenetzung der Bahn kommen.

Zur Einleitung des Begusses wird die Führungswalze 1 mit der sogenannten Feinver­ stellung mittels den Handrädern 15 über die Spindeln 14 in die Antauchstellung ver­ schoben. Der Spalt S wird in dieser Position visuell auf ca. 0,1 mm eingestellt.

Anschließend wird die Führungswalze 1 in die Gußstellung zurückgedreht und der Spalt visuell auf ca. 0,15 bis 0,20 mm vergrößert.

Bei diesen Einstellvorgängen können leicht Fehler unterlaufen, die zur Produktions­ unterbrechung führen. Außerdem ist es praktisch nicht möglich, einen parallelen Spalt mit definierter Weite einzustellen. Das kann zu Gußabrissen und schlechter Be­ gußqualität führen.

In den Fig. 3 und 4 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt. Die Führungswalze 1 mit der Bahn 3 ist auf 2 Schwenkarmen 22 mit den Lagern 26 montiert. Die Schwenkarme 22 sind auf einer Drehachse 28 drehbar gelagert. Die Drehachse 28 ist über eine Lagerung A mit dem Maschinengestell 27 verbunden. Auf einer Seite befindet sich das Schwenkgetriebe 24 zum Ab- und Anschwenken der Führungswalze 1. Das erforderliche Drehmoment wird über die mit der Drehachse 28 fest verbundenen Hebel 25 auf die Schwenkarme übertragen. Das Schwenkgetriebe 24 kann manuell oder auch motorisch betätigt werden. Damit ist es möglich die Führungswalze von der oberen Reinigungs-/Servicestellung in die untere Warte­ stellung zu verstellen.

Die definierte Auflage des Schwenkarmes und damit der Führungswalze 1 in die Wartestellung wird durch die an den Schwenkarmen befestigten Kurvenrollen 20 und die am Gestell der Anspülwalze 2 befestigten Kurvenscheiben 21 erzielt. Die Kurvenscheiben 21, die durch eine Drehachse 29 fest verbunden sind, werden durch das Getriebe 23 betätigt. In der Wartestellung hat der Spalt den größten Abstand, z. B. 1 mm. Ein Beguß findet nicht statt, da die Lösung 5 auf der Anspülwalze 2 die Bahn 3 nicht kontaktiert. Die Kurvenrollen liegen in dieser Position auf dem größten Radius R der Kurvenscheiben. Zur schnellen und sauberen Benetzung der Bahn werden die Kurvenscheiben über eine kurze Rampe auf den Kurvenscheiben auf den kleinsten Radius durch entsprechende Betätigung des Getriebes 23 verdreht. Die Lö­ sung 5 auf der Anspülwalze 2 kontaktiert über die gesamte Bahnbreite gleichzeitig in Form einer geschlossenen Linie die Bahn, so daß eine homogene, dünne Antauch­ stelle realisiert wird. In dieser Position befindet sich die Bahn in der Antauchstellung.

Ein anschließendes Weiterdrehen auf einen größeren Radius der Kurvenscheibe vergrößert den Spalt auf den gewünschten Wert S der Gußstellung. Bei einem von Hand betätigten Getriebe 23 werden zur reproduzierbaren Spalteinstellung Markie­ rungen M auf den Kurvenscheiben angebracht.

Mit dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung werden definierte, reproduzierbare Spaltweiten S erreicht. Die Genauigkeit der Spalteinstellung erreicht ±1 µm. Dazu sind die Kurvenscheiben 21 und das Getriebe 23 entsprechend auszulegen.

In Fig. 5 sind Kurvenrolle 20 und Kurvenscheibe 21 vergrößert dargestellt. Während die Kurvenrolle 20 einen festen Radius r besitzt, hat die Kurvenscheibe den größeren Radius R_max und den kleineren Radius R_min. Beide Radien sind im gleichen Quadranten realisiert, damit einerseits der kontinuierliche Übergang von R_max nach R_min auf dem größeren Teil des Umfangs eine Vielzahl von Einstel­ lungspositionen ermöglicht, andererseits der Übergang von R_max nach R_min einen schnellen Wechsel von der Wartestellung zur Antauchstellung erlaubt.

Beispiel

Abstand L zwischen Punkt 26 und 28 = 350 mm
Abstand I zwischen Punkt 29 und 28 = 260 mm
Durchmesser 2R der Kurvenscheibe = 150 mm
Maximale Radiusvergrößerung ΔR der Kurvenscheiben 21 auf 360° = 0,71 mm
Kurvenlänge k in mm auf der Kurvenscheibe = 2πR, d. h. R_max fällt nach einer Seite praktisch senkrecht zu R_min ab.

Die Spaltweitenänderung ΔS in µm kann mit folgender Grundformel berechnet werden.

ΔS = k(L/1)1000 ΔR/(π(2R + ΔR))

Um die Spaltweite S um ΔS = 1 µm zu verstellen, muß die Kurvenscheibe von R_max nach R_min um eine Kurvenlänge von 0,5 mm gedreht werden.

Die maximale Spaltänderung ΔS_max wird durch eine volle Drehung der Kurven­ scheiben (360°) erreicht und beträgt

ΔS_max = 951 µm.

Aus der obigen Gleichung ist zu erkennen, daß die maximale Radiusvergrößerung und der Kurvenscheibendurchmesser die Empfindlichkeit der Spalteinstellung stark beeinflussen.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich hohe Spaltgenauigkeiten und gleichmäßige Schichtdicken auf der Bahn erzielen.

Claims (3)

1. Walzenantragsvorrichtung mit einer Vorrichtung zum Einstellen der Spaltweite zwischen einer an einem Gestell befestigten Anspülwalze (2) und einer Führungswalze (1) umfassend zwei Schwenkarme (22), an denen die Führungswalze drehbar gelagert ist, wenigstens eine Kurvenrolle (20) und wenigstens eine mit der Kurvenrolle in Eingriff befindliche, fest gelagerte, drehbare Kurvenscheibe (21), wobei die Kurvenrolle(n) am Schwenkarm (an den beiden Schwenkarmen) angebracht ist (sind), die Kurvenscheiben am Gestell der Anspülwalze befestigt sind, die Kurvenrolle einen festen Radius und die Kurvenscheibe einen variablen Radius aufweist.

2. Walzenantragsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Kurvenscheibe wenigstens einen größten Radius R_max und einen kleinsten Radius R_min besitzt.

3. Walzenantragsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei sich R_max und R_min im gleichen Quadranten der Kurvenscheibe befinden und die Übergänge zwischen R_max und R_min stufenlos oder stufig gestaltet sind.