DE2246798C3 - Versuchsanlage zur Einzel- oder Mehrfachbeschichtung und Trocknung von Papier- oder Folienbahnen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Versuchsanlage zur Binzel- oder Mehrfachbeschichtung und anschließenden Trocknung von Papier- oder Folienbahnen mit viskosen Lösungen. Eine solche Anlage besteht aus mindestens einem Gießer und einem nachgeschalteten Düsentrockner.

Bei der Auslegung von Fabrikationsanlagen, z. B. zum Beschichten von Folien oder Platten und zum Trocknen dieser Güter ist es von großer Bedeutung, vor der Planung einer Anlage die Beschichtungs- und Trocknungsbedingungen zu kennen, bei denen optimale Ergebnisse für die Qualität des Produktes erwartet

werden können.

Ferner ist es von großem Wert, wenn ein im Labormaßstab ef&wiekeltes Produkt auch im kleinen Maßstab auf seiiFVerhalten unter später zu erwarten· den Fabrikationsbedingungen geprüft werden kann bzw. auf diese Bedingungen abgestimmt werden kann. Die genauen Kenntnisse solcher Kenndaten sind um so wichtiger, je mehr die Qualität eines Produktes oder einer Substanz von den Fabrikationsbedingungen, z. B.

ίο von den Temperaturen während der Trocknung, der

Feuchte, der Luftmenge usw. beeinflußt wird. Dies ist insbesondere bei photographischen Produkten in hohem Maße der Fall.

In der deutschen Auslegeschrift 19 62 089 ist eine Mehrfachbegießanlage beschrieben, die eine weitgehend variable Trockenluftführung besitzt. Diese Anlage ist für die Produktion bestimmt Wegen ihrer Größe wäre es unwirtschaftlich, wenn sie für Versuchszwecke benutzt würde. Einer Verkleinerung sind aber Grenzen gesetzt, weil für die Trockenabschnitte eine bestimmte Mindestlänge erforderlich ist. Daher sind die Anlagen auch dann noch relativ groß und kostspielig.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine einfach und kompakt aufgebaute Versuchsanlage für die Beschichtung und Trocknung von Folienbahnen zu konstruieren. Dabei sollen sowohl die Besehichtungsals auch die Trocknungsbedingungen entsprechend den Anforderungen in der Produktion möglichst vollständig so simuliert werden können, daß jedes Oberflächenteilchen in der Versuchsanlage den gleichen Prozeß durchläuft wie in der Fabrikationsanlage.

Diese Aufgabe wird erftndungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bahn als endlose Schleife geführt ist, längs welcher der bzw. die Gießer und der Düsentrockner angeordnet sind, und daß die Zustandsgrößen der Trockenluft im Düsentrockner praktisch trägheitslos einstellbar sind.

Für den Fachmann war es überraschend, daß mit einer kleinen Versuchsanlage, die eine umlaufende Bahn besitzt, übertragbare Ergebnisse fur die Filmbeschichtung auf einer großen Produktionsanlage, die im Durchlauf gefahren wird, zu erzielen sind. Denn für die einwandfreie Filmbeschichtung sind unbedingt stationäre Betriebszustände in den jeweiligen Prozeßabschnitten einzuhalten, was bei großen Begießmaschinen durch Aneinanderreihung von Aggregaten bewerkstelligt wird. Bei der Erfindung läuft dagegen der Prozeß in zeitlicher Folge in einem Aggregat ab, wobei für jeden der Schritte und unabhängig voneinander die Bahngeschwindigkeit sowie die Trocknung praktisch trägheitslos eingestellt werden kann. Auf diese Art und Weise ist es möglich, mit sehr geringer Filmlänge und Emulsionsmenge die notwendigen Parameter zur Optimierung einer Filmbegießung zu ermitteln. Das ist sowohl bei den oft stoffbedingt wechselnden Parametern während der Produktion zur Überwachung wie auch beim Auslegen von Anlagen für neue Produkte vorteilhaft.

In einer besonderen Ausführungsform sind untei einer als Gießwalze ausgebildeten Führungswalze dei Bahn auf einem Drehtisch oder Längstisch mehren Gießer unterschiedlichen Typs angebracht, die wahlwei se während des Betriebes der Versuchsanlage an dl Gießwalze herangebracht werden können.

Durch einfaches Verfahren von verschiedenartige oder gleichen Gießern mit unterschiedlichen ode gleichen Emulsionen ist es möglich, kurzfristig di gewünschten Gießbedingungen einzustellen, was bi einem Versuchsbetrieb sehr wichtig ist.

In einer anderen Ausführungsfonn sind die Gießer auf nachgiebigen Elementen gelagert und ihre Positionierung relativ «ur Gießwalze ist nur durch Anschlage bestimmt Die nachgiebigen Elemente haben den Zweck, den Gießer während der GrobpositJonkrung zu halten. Die Fcinpo&itionierung erfolgt dann durch die Anschlage.

In einer weiteren Ausführungsform weisen die Gießer Volumendosiervorrichtungen nach Art einer Injektionsspritze auf.

Auf diese Weise ist es möglich, eine von der Viskosität und den übrigen Fticßetgenschaften der Beschichtungslosung unabhängige Dosierung zu erzielea

Die Aufbereitungsanlage fur die Trockenluft, beste-, hend aus einem Ventilator, einem Kühler, einer Luftentfeuchtungsanlagc einer Heizung, einer Dampf- einsprOhkammer und einer Mischkammer, weist eine sich an der Mischkammer anschließende Rohrverzweigung auf. deren einer Zweig mit dem Düsentrockner in Verbindung steht und deren anderer Zweig ins Freie führt, und in den beiden Zweigen Luftklappe zur Regelung der Trockenluftmenge.

Der Vorteil dieser Aufbereitungsanlage besteht darin, daß eine konstante Lufimenge mit einem bestimmten Ausgangzustand durch bekannte trag reagierende Aggregate erzeugt wird, die dann je nach Bedarf durch Einspritzen von Dampf oder durch Erhitzen mit einem Erhitzer geringer Wärmekapazität trägheitslos .juf die Versuchserfordernisse eingestellt wird. Dadurch ist es möglich, jederzeit die gewünschten Trockenbedingungen einzustellen.

In einer ergänzenden Ausführungsform sind zwei Luftaufbereitungsanlagen vorgesehen, die in eine gemeinsame Mischkammer münden, in welcher die beiden Luftströme unterschiedlicher Temperatur und Feuchte in einem wählbaren Verhältnis miteinander vermischt werden.

Durch rasche Änderung des Mischungsverhältnisses kann jeder Punkt auf der Verbindungsgraden der Zustandspunkte im / χ-Diagramm nach Mollier tragheitslos erreicht werden.

In einer speziellen Ausführungsform besteht die Heizung aus einem im Luftstrom angeordneten elektrischen Hei/drahtsystem geringer Wärmekapazität. Durch die geringe Wärmekapazität der Heizdrähte läßt sich schnell jede gewünschte Heiztemperatur einstellen.

Die Erfindung soll anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Es zeigen je

F i g. 1 schematisch den Aufbau der Versuchsanlage. Fig.2 die Positionierung der Gießer an der Gießwalze.

F i g. 3 die Aufbereitung der Trockenluft und F i g. 4 eine Programmtafel für ein Beschichlungs- und Trocknungsbeispiel.

Gemäß F i g. I läuft die zu einer endlosen Schleife zusammengeklebte Bahn 1 über eine Trommel Umlenkwalzen 3 und 6, die Gießwalze 5 und die Scheibenwalze 4. Die Scheibenwalze 4 besitzt an ihren Enden Scheiben, über die der unbeschichtete Rand der Bahn 1 geführt wird. Auf diese Weise wird eine Berührung der frisch aufgetragenen Schicht vermieden. Unter der Gießwalze 5 befindet sich ein Drehtisch 7. au! dem die Gießer 8 montiert sind Die Zudosierung der Gießlösung erfolgt mittels Injektionsspritzen 9. die über ein Spindelgetriebe 10 angetrieben »erden. Die aufgetragene Schichtdicke hängt dann von der zudosierten Menge pro Zeiteinheit an Gießtösung und der Bahngeschwindigkeit ab.

Zur Beschichtung werden Gießer verwendet, die entweder nach dem Prinzip der Benetzung oder nach dem Prinzip der Extrusion arbeiten. Geeignete Gießertypen sind z.RraderDT-PS1577 722gndder DT-OS 20 22 415 beschrieben.

Nach der Beschichtung HnA die Bahn in den ringförmigen Düsentrockner 15 em. Durch die Dösen 16 wird Trockenluft auf die Bahn geblasen. Zwischen den Dösen können zusätzliche Infrarot-Heizungen 17 eingebaut werden.

Bei vielen Gießern ist eine genaue Positionierung relativ zur Gießwalze erforderlich. Auscnesetn Grund sind in F ig. 2 an beiden Seiten des Gießers 8 Anschläge It vorgesehen, die sich an die Anschlagringe 12 anlegen. Dk Anschlagringe 12 sind an beiden Seiten der Gießwalze 5 angebracht Diese vier Anschläge bestimmen den kritischen Abstand zwischen Gießer S und Gießwalze 5. Um mechanische Verspannungen bei der Positionierung zu vermeiden, ist der Gießer 8 auf Gummipuffern 13 gelagert (siehe Fig.2). Anstelle von Gummipuffern können selbstverständlich auch Eiastomer-Matenalien verwendet werden. Ohne diese eiasti sehe Lagerung müßten der Drehtisch und die Anschläge mit sehr engen Toleranzen gefenigi werden, da sonst kein einwandfreier Anschlag möglich wäre. Die Horizonialeinstellung eines Gießers 8 erfolgt mittels des Drehtisches 7. Durch die Pneumatik 14 wird der Gießer 8 angehoben, bis seine Anschläge 11 an den Anschlagnngen 12 anliegen. Der Bewegungsablauf wird von einer Programmsteuerung eingeleitet Selbstverständlich können die einzelnen Arbeitsschritte auch % on Hand durchgeführt werdea

Die Aufbereitungsanlage für die Trockenluft is! sn Fi g. 3 dargestellt. Mit dieser Anlage können die für die Trocknung entscheidenden Parameter Temperatur ■Feuchtigkeit und Menge der Trockenluft :n weiten Grenzen praktisch trägheusk» eingestellt »erden. Diese Parameter bestimmen die Bahntemperatur-Zeitkurve und die jeweilige Trocknungsgescrmmdigkeii (Trockencharaktenstik) während des Trockenvorg.inges. Es hat sich herausgestellt daß bei phoiographischen Materialien die Qualitai des Endproduktes \on oer Trockencharakteristik abhängt Die hier beschriebene Aufbereitungsanlage gestattet in idealer Weise de Ermiu'ung der optimalen Trockencharaktenstik.

Die \om Ventilator 18 durch das Vorfilter angesaugte Luft wird zunächst im Kühler 20 abgekühlt und in der Luftentfeuchtungsanlage 2t entfeuchtet Danach passten die Trockenluft einen »eiteren Kühler 22 und ein Filter 23 Anschließend wird sie durch die elektrische Heizung 24 wieder aufgeheizt Diese Heizung besteht ir. einfacher Weise aus elektrisch beheizter. Drähten. Die Heizleistung wird über die elektrische Leistung eingestellt und konstant geregelt Die aufgeheizte Luft »ird dann in eine Dampf einsprühkammer 25 geleitet und in der Mischkammer gründlich durchmischt Dz alle Elemente 19 bis 26 der Aufbereitungsanlage in Serie geschaltet sind ist die Luftmenge immer konstant Durch Änderung der elektrischen Heizung 24 oder der Dampfeinsprühung kann die Temperatur und die Feuchtigkeit der Trockenluft praktisch trägheitslos variiert werdea Die in den Düsentrockner 15 gelangende Trockenlufimenge wird mn Hilfe des Klappenpaares 27 eingestellt Der nicht benötigte Teil der Trockenluft entweicht durch das Rohr 28. Das Mengenverhältnis der beiden Luhströme

bestimmt die Luftaustrittsgeschwindigkeit aus den Düsen 16. Die Luftaufbereitungsanlage arbeitet also immer mit einer konstanten Luftmenge. Es wäre zunächst naheliegend gewesen, die in den Trockner einströmende Luftmenge über die Ventilatorleistung zu variieren. Da aber die Bauelemente zwischen Ventilator 18 und Filter 23 eine relativ hohe Wärmekapazität haben, wurden sich lange Einstellzeiten ergeben. Die Anlage würde dann bei einer Änderung nur träge reagieren. Da außerdem in der Dampfeinsprühkammer 25 eingesprühte Dampfmenge immer auf eine konstante Trockenluftmenge bezogen ist, läßt sich der Feuchtigkeitsgehalt der zum Trockner gelangenden Trockenluft leicht angeben. Mit einem Feuchtefühler und einer Regelschaltung kann die Dampfeinsprühung zusätzlich geregelt werden. Mit dieser Luftaufbereitungsanlage kann jeder beliebige Luftzustand zwischen 0⁰C und 7O⁰C bei Luftfeuchten zwischen Ar= 1 g pro kg bis χ= 16 g pro kg erzielt werden. Dabei erfolgen die Feuchtigkeitsänderungen schlagartig und die Temperaturänderungen innerhalb von wenigen Sekunden. Mittels einer hier nicht dargestellten Regelschaltung können die Zustandsgrößen der Trockenluft so gesteuert werden, daß die Bahntemperatur und die Trocknungsgeschwindigkeit zu jedem Zeitpunkt während des Trockenvorganges den gewünschten Wert hat. Im folgenden wird die Funktionsweise der Anlage anhand der Programmtafel gemäß Fig.4 am Beispiel einer Zweifachbeschichtung nochmals erklärt. Die Bahn 1 wird mit einem Gießer vom Typ 1 (Benetzungsgießer) längs einer Strecke von etwa 5 m bei einer Bahngeschwindigkeit von 25 m/min mit einer Schichtdicke von 40 g/m² beschichtet. Die beschichtete Bahn läuft dann in den Trockner 15 ein und wird hier unter drei verschiedenen Trocknungsbedingungen getrocknet. Die geschlossene Weglänge der Bahn beträgt hier etwa 5 m, ihre Breite ca. 16 cm. Der Durchmesser der Trommel 2 im Trockner liegt bei ca. 130 cm.

Wie in der Programmtafel angekreuzt, wird die Bahn 1 zuerst 30 Sekunden lang bei 25°C (16 + 8+ 1⁰C) einer Luftfeuchtigkeit von 5 g pro kg Luft, mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 10 m/Sekunde, an den

ίο Düsen 16 getrocknet. Anschließend durchläuft die Bahn 1 15 Sekunden lang eine Zone mit einer Temperatur von 40⁰C, *= 10 g pro kg Luftfeuchtigkeit und einer Strömungsgeschwindigkeit von 20 m/Sekunde. Schließlich gelangt sie in die dritte Zone, in der 20 Sekunden lang mit 20°C, x= 10 g pro kg Luftfeuchtigkeit und einer Strömungsgeschwindigkeit von 5 m/Sekunde getrocknet wird.

Danach wird mit einem Gießer vom Typ 3 (Extrudergießer) die zweite Schicht bei einer Bahnge-

jo schwindigkeit von 40 m/min aufgebracht. Die zweite Schicht (Schichtdicke 50 μ) wird dann bei 3O⁰C, x*= 7 g pro kg Luftfeuchtigkeit und einer Strömungsgeschwindigkeit von 20 m/Sekunde 80 Sekunden lang getrocknet. Allein dieser letzte Trockenvorgang würde bei einer konventionellen Durchlaufmaschine ca. 53 m Trockenstrecke beanspruchen. Bei der beispielhaft beschriebenen Anlage liegt die maximale Bahngeschwindigkeit bei 50 m/min und die maximale Verarbeitungszeit bei 160 min (10 mal 16 min). Würde man dieselben Grenzwerte bei einer konventionellen Durchlaufmaschine zugrunde legen, so müßte sie eine Länge von 50 mal 160-8000 m haben. Ein derartiger Aufwand ist aber in keinem Fall vertretbar.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   t. Versuchsanlage zur Einzel- oder Mehrfachbeschlcbtung und anschließenden Trocknung von Papier- oder Folienbahnen mit viskosen Flüssigkeiten» bestehend aus mindestens einem Gießer und einem nachgeschalteten Düsentrockner, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn als endlose Schleife geführt ist, längs welcher der bzw. die Gießer (8) und der Düsentroqkner (15) angeordnet sind, und daß die Zustandsgrößen der Trockenluft im Düsentrockner (15) praktisch trägheitsloi einstellbar sind.
2. 2. Versuchsanlage nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß unter einer als Gießwalze (5) ausgebildeten Führungswalze der Bahn (1) auf einem Drehtisch (7) oder Längstisch mehrere Gießer (8) unterschiedlichen Typs angebracht sind, die wahlweise während des Betriebes der Versuchsanlage an die Gießwalze (5) herangebracht werden können.
3. 3. Versuchsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießer (8) auf nachgiebigen Elementen (13) gelagert sind und daß ihre Positionierung relativ zur Gießwalze (5) nur durch Anschläge (11,12) bestimmt ist.
4. 4. Versuchsanlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießer (8) Volumendosiervorrichtungen nach Art einer Injektionsspritze (9) aufweisen.
5. 5. Versuchsanlage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbereitungsanlage für die Trockenluft, bestehend aus einem Ventilator (18), einem Kühler (22), einer Luftentfeuchtungsanlage (21), einer Heizung (24), einer Dampfeinsprühkammer (25) und einer Mischkammer (26). eine sich an die Mischkammer anschließende Rohrverzweigung aufweist, deren einer Zweig mit dem Düsentrockner (15) in Verbindung steht und deren anderer Zweig ins Freie führt, und daß in den beider. Zweigen Luftklappen (27) zur Regelung der Trockenluftmenge vorgesehen sind.
6. 6. Versuchsanlage nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Luftaufbereitungsanlagen vorgesehen sind, die in eine gemeinsame Mischkammer münden, in welcher die beiden Luftströme unterschiedlicher Temperatur und Feuchte in einem wählbaren Verhältnis miteinander vermischt werden.
7. 7. Versuchsanlage nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung (24) aus einem im Luftstrom angeordneten elektrischen Heizdrahtsystem geringer Wärmekapazität besteht.