DE2611625B2 - Beschichtungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Beschickungsvorrichtung zum kontinuierlichen Beschichten von bewegten Materialbahnen wie z. B. Papier- oder Metallbahnen, vorzugsweise jedoch Folienbahnen aus Kunststoffen oder Zellglas, wobei Dispersionen, Emulsionen, Lösungen, Schmelzkleber u. dgl. eingesetzt werden.

In der Papier- und Folienveredelungsindustrie hat eine Vielzahl verschiedenartigster Technologien zum Beschichten laufender Materialbahnen Eingang gefunden. So bedient man sich z. B. eines sogenannten Rollrakelantrages, wie er in den DE-OSn 15 77 647 und 20 34 004 beschrieben ist. Die Fig. 2 der erstgenannten Offenlegungsschrift verdeutlicht sehr gut die Wirkungsweise solcher Verfahren. So wird zunächst über eine mit- oder gegenläufig rotierende Anschleppwalze, die: in eine mit Beschichtungssubstanz gefüllte Antragswanne eintaucht, im Überschuß Beschichtungsmittel an das zu beschichtende Substrat, z. B. eine Papier-, Folien- oder Metallbahn angetragen. Die noiwendige Dosierung auf das jeweilige gewünschte Antragsgewicht erfolgt dann unmittelbar danach durch ein nachgeschaltetes Rollrakel, üblicherweise ein rotierender glatter oder gegebenenfalls auch mit Drähten in den verschiedensten Stärken bewickelter Rundstab, im letzteren Falle in der Technik auch unter dem englischen Fachausdruck wire-bar bekannt.

Diese Vorrichtungen, z. B: verkörpert durch die DE-OS 15 77 647, die sich freigelagerter Stäbe, deren Durchmesser sich in etwa im Bereich von 40 mm bewegt, bedienen, haben jedoch Nachteile, vorwiegend aufgrund verarbeitungstechnischer Probleme. So ergeben sich z. B. Verschmutzung des Rakelstabes durch anhaftendes, antrocknendes Beschichtungsmittel, woraus Qualitätsbeeinträchtigungen der Beschichtung durch Ausbildung von Streifen und Strukturen resultieren.

Im Fortschreiten der Technik wurden die heute gängigen Vorrichtungen, wie sie in den DE-OSn 20 34 004 und 23 07 404 veranschaulicht sind, entwickelt Kennzeichnend für diese Systeme sind die erheblich reduzierten Rakelstabdurchmesser, die Lagerung des Rakelstabes in einem ihn auf der gesamten Länge unterstützenden und z.T. umschließenden Rakelbett sowie Einrichtungen zum Reinhalten des rotierenden Stabes in Gestalt von Abstreifkanten und Nuten zum Spülen.

Trotz dieser unbestreitbaren Verbesserungen weisen diese Vorrichtungen noch erhebliche, ihren universellen Einsatz behindernde Mängel auf. Ein Nachteil ist vor allen Dingen in der beibehaltenen Kombination der neuen Dosiereinrichtung mit dem konventionellen Anschleppsystem in Form von Tauch-, Obertragungs- und/oder Antragswalzen zu sehen. Dieser Umstand macht sich besonders bei der Hochgeschwindigkeitsbeschichtung mit gegen äußere Einflüsse anfälligen Beschichtungssubstanzen, z. B. scherempfindlichen, zur Koagulat- und Schaumbildung neigenden Polyvinyliden-Dispersionen, störend bemerkbar. Bei angestrebten Bahngeschwindigkeiten von 300 bis 400 m/min muß die von den Maschinenherstellern traditionsgemäß gern groß dimensionierte Anschleppwalze, z. B. mit Durchmessern von d = 200 mm und mehr, ja ebenfalls hochtourig laufen, um einen überschüssigen Antrag zu

is gewährleisten. Schaumberge in der Antragswanne sowie eine daraus resultierende minderwertige, blasige Beschichtung sind in kürzester Zeit die Folge.

Naheliegende Gegenmaßnahmen in Form einer Reduzierung des Anschleppwalzendurchmessers bewirken aber wiederum gerade das Gegenteil. Kleinere Walzen muß man, da sie weniger Kontaktfläche besitzen, in\ Hinblick auf die durch eine große Walze einmal vorgegebenen vergleichbaren Antragsgewichte mit entsprechend höheren Drehzahlen betreiben.

Auch eine Modifizierung der Walzenoberfläche durch Nutung, Rasterung oder gleichwertige Methoden, die eine höhere Anschlepprate ei warten lassen, bringt nicht den erforderlichen Einfluß im Hinblick auf die Senkung der Walzendrehzahl.

jo Zur Umgehung der geschilderten Probleme ist man in den meisten Fällen zu einer Notlösung übergegangen, nämlich einem ständigen vielfachen Umpumpen der Beschichtungssubstanz. Jedoch stellt dieser Schritt, auch wenn das Umpumpen mit gpeigneten Förderaggregaten wie Membranpumpen, u. a. relativ schonend erfolgt, zweifellos noch eine zusätzliche schädigende Belastung für das Beschichtungsmittel dar.

Neben den geschilderten verfahrensbedingten Nachteilen weisen aber auch noch die eigentlichen Rollrakelsysteme technisch-apparativ bedingte Mängel auf. Dazu zählt u. a. die bevorzugte Verwendung von Rakelbetten aus Kunststoffen, wie z. B. Polyäthylen, Polypropylen, Polyamid, Polytetrafluorethylen u.a. oder auch kautschukähnlichen Materialien.

Die einem Verschleiß unterliegenden und damit nur zeitlich begrenzt einsatzfähigen Rakelbettprofile werden in separaten Fertigungsgängen entweder als Profil extrudiert, gegossen oder auch durch mechanische Bearbeitungsverfahren wie Fräsen, Hobeln, Bohren usw. aus vollen Materialien herausgearbeitet. Daß diese Fertigungsmethoden kostenintensiv sind, ist verständlich und in Anbetracht, daß die verbrauchten Rakel weggeworfen werden müssen, nicht ökonomisch, zumal hierdurch die laufenden Gesamtbetriebskosten für die Beschichtung beeinflußt und Stillstandszeiten in Kauf genommen werden müssen.

In nicht wenigen Fällen ist die Temperierung, d. h. sowohl Kühlung als auch Beheizung, der Beschichtungssubstanz sowie auch der Vorrichtung eine verfahrenstechnische Notwendigkeit. Die schlechten Wärmeleiteigenschaften der Kunststoff-Rakelbetten verhindern in dieser Situation aber die Einstellung optimaler Betriebstemperaturen, was als weiterer Nachteil der konventionellen Antragssysteme gewertet werden kann.

Ein weiterer Mangel der bekannten Vorrichtungen ist in den Spülkreisläufen zur Reinhaltung der Rakelstäbe zu sehen.
Da erfahrungsgemäß keine vollkommene Abdichtung

dieser Systeme zu erreichen ist, besteht durchaus die Möglichkeit, daß das Spülmedium mit der Beschichtungssubstanz in Berührung kommt Im Fall z. B. der Polyvinyliden-Beschichtung kann der Kontakt des bevorzugt angewendeten Spülmittels Wasser zur Ausfällung der Dispersion führen. Ähnliches ist selbstverständlich auch bei reaktionsfähigen Klebern nsätzen oder Lösungen nicht auszuschließen. Der dabei anfallende Koagulatschlamm verstopft einerseits die Spülkanäle und kann weiterhin sogar durch den to rotierenden Rakelstab in das Kunststoffbett eingetragen werden, wodurch letzteres unbrauchbar wird.

Es stellte sich somit die Aufgabe, eine technisch fortschrittliche Beschichtungseinrichtung zu entwickeln, die auch bei hohen Antragsgeschwindigkeiten eine Schaumbildung des Beschichtungsmittel vermeidet und bei der sich die Rakelstäbe ständig selbst reinigen.

Gelöst wird die vorstehend genannte Aufgabe durch eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Beschichtung laufender Materialbahnen mit fließfähigen Beschichtungsmitteln, wobei eine Antragswanne und ein Rakelstab vorhanden ist, deren kennzeichnendes Merkmal darin besteht, daß, in Bahnlaufrichtung gesehen, je ein Kanal parallel vor und hinter mit der an den Seitenwänden verschlossenen Antragswanne in Verbindung steht, wobei die Seitenwände der Kanäle dem Radius der von ihnen geführten Rakelstäbe angepaßt sind und die Kanäle in ihrer Breite schmäler sind als der Durchmesser der über die Seitenwände der Kanäle hinausragenden Rakelstäbe.

In der Praxis hat sich eine Vorrichtung bewährt, bei der die Kanäle gegenüber der Antragswanne eine Schrägstellung aufweisen. Hierbei ist bevorzugt, daß die Kanäle gegenüber der Antragswanne derart angeordnet sind, daß die Resultierende des Kräfteparallelogrammes, das sich aus der Größe und Richtung der an den Rakelstäben angreifenden Kräfte, die sich aus der Führung der Bahn ergeben, wenigstens nahezu in das Zentrum der Kanäle gerichtet sind.

Die Kräfte ergeben sich aus der Zugspannung und dem eingestellten Umschlingungswinkel der Materialbahn (F i g. 2 und 3). Die Schrägstellung bewirkt, daß bei sehr schnell ablaufenden Beschichtungsvorgängen, bei Verwendung sehr zäher Beschichtungsmittel oder Rakelstäben mit größerem Durchmesser ein Herausspringen der Rakelstäbe aus den Führungen auf jeden Fall verhindert wird.

Wenn auch die Kanäle jegliche Formgebung aufweisen können, solange die Forderung zur Fülirung der Rakelstäbe gegeben ist, so haben sich in der Praxis rechteckige oder quadratische Querschnitte der Kanäle besonders bewährt, da diese relativ einfach zu- fertigen sind.

Wenn auch schon durch die Kanten der Kanäle ein Abstreifeffekt erzielt wird, so ist es doch zweckmäßig in die Kanäle Rakelblechstreifen, bevorzugt aus federndem Material, einzulegen, wobei die Streifen bevorzugt zwischen 0,1 und 3,0 mm über die Oberkante der Kanäle hinausragen.

Vorteilhafterweise werden die Rakelblechstreifen beidseitig über die gesamte Längserstreckung der Kanäle angebracht, wobei sie entweder als gebogene Profile dem Kanalquerschnitt entsprechend angepaßt sind oder, wenn sie als Einzelbleche Verwendung finden, durch eiie Klemmleiste gegen die Wandungen der Kanäle gedrückt werden.

Die Rakelbleche können auch mehrfach nebeneinanderliegend verwendet werden und haben bevorzugt Stärken von 0,02 bis 03 mm. Durch die Rakelbleche wird sichergestellt, daß die Kanten der Kanäle durch die Reibewirkung mit den Rakelstäben nicht abgenutzt werden, wodurch die Standzeit der Apparatur vermindert würde. Wenn die Bleche bis auf die Höhe der Oberkante der Kanäle abgenutzt sind, könnein sie leicht ausgewechselt werden, wobei nur gering? Materialkosven anfallen. Durch die federnde Wirkung der Rakelbleche wird außerdem ein guter und gleichbleibender Reinigungseffekt der Rakelstäbe erzielt

Um einen guten Lauf der Rakelstäbe zu erreichen, werden diese bevorzugt angetrieben, wobei einem gegenläufigen Antrieb der Vorzug zu geben ist, damit eventuell anhaftender Schmutz am Rakelstab auf jeden Fall nach außen abgeschabt wird und nicht in die Antragswanne gelangen kann.

Die Rakelstäbe weisen im allgemeinen einen Durchmesser von 5 bis 50 mm, bevorzugt jedoch von 10 bis 25 mm, auf. Zu einer besonders guten Steuerung des Antrages hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Rakelstäbe in ihrem Durchmesser ungleichmäßig zu halten, wobei der Rakelstab, der in Bahnlaufrichtung gesehen hinter der Antragswanne liegt den größeren Durchmesser aufweist

Es hat sich in der Praxis bewährt, Antragswanne und Kanäle in einem Grundkörper unterzubringen, wodurch die Stabilität der Apparatur erhöht wird und weitere technische Maßnahmen durchgeführt werden können.

So hat es sich bei dem Einsatz von zähen Beschichtungsmitteln gezeigt, daß eine Temperierung vorteilhaft ist. Zu diesem Zweck sind in den Grundkörper Bohrungen eingearbeitet, durch die ein Temperierungsmittel, z. B. heißes Wasser, geleitet werden kann. Hierdurch wird das Beschichtungsmittel erwärmt und es erfolgt ein Viskositätsabfall, der zur Verbesserung der Beschichtung beiträgt. Ebenfalls können die Rakelstäbe mit Bohrungen versehen werden, um ein Temperierungsmittel hindurchleiten zu können. Zweckmäßigerweise werden die Rakelstäbe dann als Rohre ausgebildet.

Die Zuführung des Beschichtungsmittels in die Antragswanne kann z. B. von oben durch Zugießen oder kontinuierliches Zulaufenlassen erfolgen.

In besonderer Ausführung wird das Beschichtungsmittel jedoch von unten zugeführt, und zwar über in den Grundkörper eingelassene Bohrungen, die in der Antragswanne enden.

In der Antragswanne ist die Zuführung bevorzugt dann zu einem längs über die Antragswanne verlaufenden Schlitz ausgebildet.

Um in diesem Fall eine besonders gleichmäßige Zufuhr des Beschichtungsmittels über die gesamte Länge der Antragswanne zu gewährleisten, ist in dem Grundkörper bevorzugt noch ein Druckausgleichskanal eingearbeitet, der mit dem von unten einmündenden Zuführkanal in Verbindung steht.

Da normalerweise die Walzen, über die die Bahn vor und hinter der Beschichtungseinrichtung geführt wird, nur unter großem Aufwand in der Höhe verstellbar sind, so hat es sich in der Praxis bewährt, den Grundkörper mit einer Einrichtung zur Höhenverstellung zu versehen. Hierdurch können die Spannungsverhältnisse zwischen den Rakelstäben und der Bahnführung optimal eingestellt werden bzw. kann die gesamte Einrichtung von der Bahn weggefahren werden, um z. B. Reparaturen an der Beschichtungseinrichtung, wie Ersatz der Rakelbleche, vorzunehmen.

Für spezielle Zwecke hat es sich als zweckmäßig

erwiesen, die Rakelstäbe mit Drähten zu umwickeln, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.

Je nach Zusammensetzung der Beschichtungsmittel ist es notwendig, die gesamte Apparatur oder Teile hiervon aus Materialien zu schaffen, die keine Korrosion durch das Beschichtungsmittel erleiden. Hierfür haben sich vor allem Kunststoffe oder rostfreie Stähle besonders bewährt. Dies trifft insbesondere auf die Antragswanne sowie die Rakelstäbe und -bleche zu.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat sich ausgezeichnet zur Beschichtung, insbesondere schneilaufender Materialbahnen bis zu etwa 300 bis 400 m/min bewährt. Es können hiermit alle beschichtbaren Materiaibahnen, z. B. aus Papier, Metall, insbesondere jedoch solche aus Kunststoffen oder Zellglas beschichtet werden.

Die Beschichtungsvorrichtung und deren Wirkungsweise wird numehr anhand der folgenden Figuren näher erläutert, wobei jedoch eine Einschränkung auf die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht besteht.

F i g. 1 zeigt in Seitenansicht im Querschnitt die einfachste Ausführungsform der Vorrichtung.

Fig.2 zeigt in Seitenansicht im Querschnitt eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung sowie deren Arbeitsweise.

F i g. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung gemäß F i g. 2.

In Fig. 1 läuft die Bahn 15 über die im Winkel zur Beschichtungseinrichtung eingestellte Niederhalterwalze 13 und anschließend über die Rakelstäbe 5, die in den Kanälen 2 gehaltert sind und die mit der Antragswanne 7 in direkter Verbindung stehen. Die Niederhalterwalze 13 am Ablauf ist ebenfalls im Winkel zur Beschichtung einrichtung eingestellt. Das Beschichtungsmittel befindet sich in der Antragswanne 7, und zwar bevorzugt bis zu dessen Oberkante.

Wie der Fig.2 zu entnehmen ist, besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung in bevorzugter Ausführung aus einem prismenförmigen Grundkörper 1, der zwecks Vermeidung von Korrosion bevorzugt aus nichtrostenden Edelstahlen gefertigt ist. In den Grundkörper 1 sind unter einem bestimmten Winkel zur Senkrechten zwei Kanäle 2 mit Rechteckquerschnitt eingearbeitet. Die Schrägstellung der Kanäle ergibt sich aus der Forderung nach einer exakten Zentrierung des Stabes in seinem Auflager. Demnach muß die Resultierende des aus Größe und Richtung der am Stab angreifenden Kräfte gebildeten Kräfteparallelogrammes in das Zentrum der Kanäle gerichtet sein. Durch Klemmleisten 3, die sowohl aus Stahl als auch aus Kunststoff hergestellt sein können, werden in den Kanälen 2 schmale, dünne Rakelblechstreifen 4 gehalten. Im Hinblick auf nicht auszuschließende Korrosion sowie eventuell katalytische Reaktionen mit dem Beschichtungsmittel empfiehlt sich auch hier die Verwendung insbesondere von Edelstahlblechen. Den Rakelblechen 4 kommt die Erfüllung zweier Funktionen zu. So müssen sie einerseits den rotierenden Rakelstab S in seiner gesamten Länge stützen- und in seiner vorgegebenen Position halten sowie von jeglichen Feststoffpartikeln freihalten. Zwecks Intensivierung des Reinigungsprozesses der Rakelstäbe werden letztere zusätzlich noch äußerlich gespült Hierzu wird als Spül- und Benetzungsmittel die eigentliche Beschichtungssubstanz, z.B. eine Polyvinyliden-Dispersion, verwendet Diese gelangt auf der durch die Rakelstäbe 5 sowie die an die Beschichtungsbreite anzupassenden Seitenabdekkungen 6 abgegrenzten Antragswanne 7 über Verbindungsbohrungen 8 in die Kanäle 2, die sie in Richtung der zwei seitlichen Austrittsöffnungen axial durchströmt. Dabei wird nicht nur der Rakelstab benetzt und u. U. auch temperiert, sondern es werden gezielt die durch die messerartig wirkenden Rakelbleche vom Stab abgeschabten Feststoff- und Schmutzpartikel fortgespült. Die Beschickung der Vorrichtung mit Beschichtungssubstanz erfolgt hier über eine Bohrung 9, die wiederum in einem sich über die gesamte Breite des

ίο Grundkörpers 1 erstreckenden Druckausgleichskanal 10 mündet. Dieser steht über einen schmalen Schlitz 11 mit der Antragswanne 7 in Verbindung. Über die Bohrungen 12 ist eine Temperierung, d. h. Heizung oder Kühlung, der gesamten Vorrichtung gegeben.

v, Die vertikal verfahrbaren Niederhalterwalzen 13 dienen der Regulierung des Umschlingungswinkels an den Rakelstäben 5. Selbstverständlich ist dieses im Falle festpositionierter Walzen 13 auch durch Verstellung der auf der Höhenverstelleinrichtung 14 montierten gesamten Beschichtungseinheit möglich.

In Fig.3 sind zusätzlich die Seitenabdeckungen 6 sowie die Antriebe 16 für die Rakelstäbe 5 zu erkennen. Ansonsten bedeuten gleiche Ziffern gleiche Bauteile.
Der Beschichtungsvorgang mit der anhand der F i g. 2 und 3 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung verläuft folgendermaßen:

Die Beschichtungssubstanz wird mittels eines in der Förderleistung regulierbaren Aggregates, z. B. einer geeigneten Pumpe oder auch eines Standbehälters, über

jo die Zuführbohrungen 9 in den Druckausgleichskanal 10 eingespeist. Von hier aus füllt sie über den Schlitz 11 gleichmäßig die Antragswanne 7, aus der ein unkontrolliertes seitliches Abströmen des Beschichtungsmittels durch Seitenabdeckungen 6 verhindert wird. Durch Absenken der Walzen 13 in die gezeigte Arbeitsposition verschließt die nunmehr über die Rakelstäbe 5 laufende, zu beschichtende Bahn 15, die Antragswanne 7 allseitig. Die auf diese Weise an die Bahn angespülte Beschichtungssubstanz wird unmittelbar am durch das Regelgetriebe 16 wahlweise mit- oder gegenläufig rotierend bewegten Auslaufrakelstab 5 auf das gewünschte Maß abdosiert. Ein nur geringer Teil der Beschichtungssubstanz gelangt aus der Antragswanne 7 über die Bohrungen 8 in die Kanäle 2 der Rakelstablagerung. Beim Durchströmen der Kanäle 2 werden einerseits die Rakelstäbe 5 benetzt, wodurch die Anlagerung von Feststoffpartikeln oder Schmutzteilchen vermieden wird und andererseits spült das Beschichtungsmittel die von den Stäben durch die Rakelbleche 4 abgeschabten Fremdkörper aus den Kanälen fort. Die Überlaufmenge wird aufgefangen und erneut dem Beschichtungsprozeß zugeführt. Da die Beschichtungssubstanz absolut blasen- und schaumfrei anfällt die Substanz wird ja selbst bei höchsten Maschinengeschwindigkeiten durch keinerlei im Antragssystem befindliche rotierende Teile aufgewirbelt kann man auf sonst notwendige Hflfsaggregate, wie die z. B. in der Polyvinyliden-Beschichtung üblichen Schaumabsetzbehälter oder dgL prinzipiell verzichten.

Obwohl der erste Rakelstab 5 so gut wie keinen Einfluß auf die Dosierung der angetragenen Substanz ausübt man also durchaus dazu geneigt sein könnte, ihn durch eine starre Kante zu ersetzen, hat es sich dorch als zwingend notwendig herausgestellt ihn ebenfalls rotieren zu lassen. Auf diese Weise wird im Gegensatz zu der in der DE-AS 1652 402 beschriebenen Apparatur, bei der die zu beschichtende Warenbahn über eine feststehende gekrümmte Fläche läuft die

Ansammlung von der laufenden Materialbahn stammenden Schmutzes und Staubes sowie Kratzer vermieden.

Für den Antrieb der Rakelstäbe empfehlen sich Regelgetriebe mit umschaltbarer Drehrichtung. Um eine Beeinflussung des erforderlich exakten Rundlaufes der Rakelstäbe und den Antriebsaggregaten auszuschließen, ist die Verwendung elastischer Verbindungselemente wie Kupplungen, Kardan- oder Kreuzgelenken zu bevorzugen.

Die mit der geschilderten Arbeitsweise der Vorrichtung erzielbaren Antragsgewichte sind neben vielen anderen Faktoren auch von der Größe der eingesetzten Dosierstäbe abhängig. Übliche Schichtgewichte in der

Größenordnung von 3 bis 6 g/m² können z. B. mit Dosierstäben von 8 bis 12 mm Durchmesser gut realisiert werden. Im Falle höherer Antragsmengen werden dann Stäbe mit Durchmessern bis zu 50 mm notwendig.

Der besondere technische Vorteil der beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Art des Antrages des Beschichtungsmittels ohne jegliche bewegte Übertragungselemente, wie Walzen usw., und der unmittelbar darauf folgenden Dosierung zu sehen. Somit sind die Voraussetzungen für die Verarbeitung besonders problematischer flüssiger Beschichtungssubstanzen jeglicher Art geschaffen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zur kontinuierlichen Beschichtung bewegter Materialbahnen mit fließfähigen Beschichtungsmittel, wobei eine Antragswanne und ein Rakelstab vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß, in Bahnlaufrichtung gesehen, je ein Kanal (2) parallel vor und hinter mit der an den Seitenwänden (6) verschlossenen Antragswanne (7) in Verbindung steht, wobei die Seitenwände der Kanäle (2) dem Radius der von ihnen geführten Rakelstäbe (5) angepaßt sind und die Kanäle (2) in ihrer Breite schmäler sind als der Durchmesser der über die Seitenwände der Kanäle hinausragenden Rakelstäbe.