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Verfahren und Vorrichtung zur blasenfreien
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Beschichtung von Bahnen mit Beschichtungsmassen.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschichten von
Bahnen mit lösungsmittelhaltigen Beschichtungsmassen und zum Trocknen der beschichteten
Bahnen, sowie auf eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
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Zur Beschichtung und Trocknung gehören im Sinne der folgenden Beschreibung
alle diejenigen Arbeit8vorgEnge, die notwendig sind, um auf einer Bahn eine relativ
dünne Schicht aus einer gelösten oder dispergierten Masse zu erzeugen und um das
Lösungsmittel aus der Masse zu entfernen. Hierbei ist es üblich, daß die Bahn mitmöglichst
großer Geschwindigkeit durch eine eschichtungs-Vorrichtung bewegt wird und dabei
die lösungsmittelhaltige Masse auf die Bahn aufgetragen wird und die aufgetragene
Masse wiederum von dem Lösungsmittel
durch Trocknen befreit wird.
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Beim Beschichten von Bahnen, insbesondere mit hochviskosen Beschichtungsmassen,
treten häufig blasenförmige Beschichtungsfehler auf, die aus verschiedenen Gründen
sehr unangenehm sind.
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Diese sind u.a.: 1. Die Kohäsivität der Beschichtungsmasse verringert
sich durch Blasen, dadurch kann es z.B. bei Selbstklebebändern zu sog.
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Umspulerscheinungen konmen.
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2. Die Beschichtungsmasse kann schaumig werden. Dadurch ergeben sich
Schwierigkeiten beim Schneiden der beschichteten Bahnen, weil die zum Schneiden
verwendeten Messer schnell verschmutzen.
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3. Sichtbare Blasen werden vom Verbraucher uer beschichteten Bahn
als Fehler empfunden, wobei insbesondere dann, wenn die Bahn selbst eine andere
Farbe als die seschichtungsmasse hat, die beschichtete Bahn als minderwertifr eingestuft
wird.
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4. In dem Fall, wo es sich bei der Beschichtungsmasse um eine Selbsklebemasse
handelt, wirken Blasen dem Klebeeffekt entgegen, weil durch die Blasen die klebende
E'läche verringert wird.
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Blasen in Beschichtungen von Bahnen sind auf verschiedene Ursachen
zurückzuführen, wie aus der nachfolgenden Aufstellung einiger besonders wichtiger
Arten von Blasen hervorgeht.
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1. Kochbläschen. Kochbläschen sind gelöste Gase oder mikrosin kopische
Gaseinschlüsse der Beschichtung, die sich bei der nachfolgenden Trocknung der beschichteten
Bahn stark vergrößern.
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2. Grenzflächenbläschen. Grenzflächenbläschen sind kleine unbenetzte
Stellen zwischen der Oberfläche der Bahn und der Beschichtungsmasse. Auch Grenzflächenbläschen
vergrößern sich beim nachfolgenden Trocknen und können dazu führen, daß die beschichtete
und getrocknete Bahn für den vorgesehenen Verwendungszweck nicht brauchbar ist.
Grenzflächenbläschen
treten regelmäßig bei der Beschichtung von
Gewebebahnen auf und sind bei Bahnen mit glatter Oberfläche seltener.
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3. Wasserbläschen. Wasserbläschen treten auf, wenn Bahnen aus hygroskopischen
Materialen, zum Beispiel Papier und Gewebe, beschichtet werden. Bei der Trocknung
der Beschichtungsmasse wird unbeabsichtigt teilweise das hygroskopisch gebundene
Wasser der Bahn verdampft und dringt in die teilweise getrocknete Beschichtungsmasse
ein. Der dort befindliche Wasserdampf kann aber nicht mehr aus der Beschichtungsmasse
austreten, weil sich an der Oberfläche der Beschichtungsmasse bereits eine Haut
gebildet hat} die filr den Wasserdampf undurchlässig geworden ist.
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Kochbläschen aus der Beschichtungsmasse einer Bahn können beseitigt
werden, indem die Beschichtungsmasse in einer zusätzlichen ;iiage vor dem Beschichtungsvorgang
entgast wird (DE-OS 26 22 189).
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i'enzflächenbläschen und auch Wasserbläschen können auf diese Weise
jedoch nicht entfernt werden. Uberhaupt gibt es bislang keine Möglichkeit, Grenzflächenbläschen
und/oder Wasserbläschen aus der Bes:flichtungsmasse von Bahnen zu beseitigen. Man
behilft sich in der Praxis dadurch, daß die beschichtete Bahn sehr schonend, d.h.bei
niedriger Temperatur und geringem Temperaturanstieg, getrocknet wird.
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:itsählich kann dadurch die Zahl der Blasen in einer Beschichtung
nicnt verringert werden, wohl aber deren Größe, so daß bei schonender Trocknung
die Blasen klein bleiben. Diese kleinen Blasen werden wohl oder übel in Kauf genommen,
insbesondere wenn sie nicht oder nur mittels eines Vergrößerungsgerätes sichtbar
sind.
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bei niedrigen Temperaturen hingegen kann nur langsam getrocknet werden,
so daß lange Verweilzeiten zum Trocknen von beschichteten Bahnen und damit sehr
große langgestreckte Trocknungsanlagen erforderlich sind.
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Die Erfindung bezweckt, Bahnen bläschenfrei unter Anwendung eines
flüchtigen Lösungsmittels zu beschichten, und sie bezweckt weiterhin, Beschichtungsmassen
auf Bahnen sowohl von den Kochbläschen als auch von den Grenzflächenbläschen und
Wasserbläschen zu befreien bzw. freizuhalten.
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Dies wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
erreicht, daß die Bahn unmittelbar nach der Beschichtung durch einen besonderen
Entgasungsbereich über eine geheizte Walze geführt wird, in dem die Umgebungsluft
mit Lösungsmitteln gesättigt oder übersättigt ist, und daß daran anschließend die
Bahn durch einen vom Entgasungsbereich getrennten Trocknungsbereich hindurchgeführt
wird, aus welchem das gasförmige Lösungsmittel unter dem Einfluß der Schwerkraft
in einen Kondensationsbereich hineingeleitet wird.
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Nach der Erfindung wird zunächst nach dem Beschichten eine geheizte
Walze mit der Bahn in Berührung gebracht, d.h. es wird eine direkte Wärmeübertragung
von der geheizten Walze zur beschichteten Bahn durchgeführt, so daß bedingt durch
die hohe Temperatur der Walze die Beschichtungsmasse einem mehr oder weniger starken
Thermoschock ausgesetzt wird. Als günstigste Temperatur für die Walze erweist sich
dabei eine solche, die die Beschichtungsmasse annähernd auf die Siedetemperatur
des Lösungsmittels erwärmt.
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Im Zusammenhang mit dieser Verfahrensstufe nach der Erfindung ist
festzustellen, daß der Fachmann bisher meint, nur durch langsames schonendes Trocknen
können die Nachteile der unvermeidlichen Bläschenbildung, nämlich Unebenheiten der
getrockneten Klebeschicht eines Klebebandes, möglichst gering gehalten werden.
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Weiterhin wird nach der Erfindung die beschichtete Bahn durch einen
Entgasungsbereich geleitet, der mit Lösungsmitteldampf gesättigt oder übersättigt
ist. Unter diesen Bedingungen kann die Beschichtungsmasse jedoch nicht trocknen,
so daß sich an der Oberfläche der Beschichtungsmasse, wo naturgemäß der-Trocknungsvorgang
zuerst einsetzt, keine Haut bildet. Daher bleibt die Beschichtungimasse für alle
diejenigen Gase durchlässig, die sich unter dem Einfluß der relativ hohen Temperatur
der Bahn bilden bzw. vorhanden sind und entweichen wollen. Auf diese Art und Welse
kann
z.B.Wasserdampf, der aus Papieren oder Geweben stammt, entweichen. Aber nicht allein
diese Bläschen oder Grenzflächenbläschen können entweichen, sondern auch die Kochbläschen,
weil sie die noch flüssige Beschichtung im Entgasungsbereich verlassen können. Zwar
kann durch Austreten eines Gasbläschens aus der Beschichtung eine kraterförmige
Unebenheit in der Beschichtung entstehen,diese kann sich jedoch noch ausgleichen
bzw. die Oberfläche kann sich in diesem Bereich glätten, da sich die Beschichtung
selbst noch nicht im Trocknungsprozeß befindet.
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Der Fachmann dachte bislang im Zusammenhang mit der Erzeugung von
Beschichtungen auf Bahnen, daß unmittelbar an den eigentlichen Beschichtungs3rorgang
der Trocknungsvorgang stattfinden muß. Nach der Erfindung wird jedoch zwischen Beschichtung
und Trocknung ein Entgasungsvorgang eingeschoben, der sich bei genauer Kenntnis
der Wärmeübergangswiderstände, der Stoffübergangswiderstände und der Diffusionskonstanten
in der Beschichtungsmasse und in der Gasphase als vorteilhaft herausgestellt hat.
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Schließlich wird nach der Erfindung das Lösungsmittel in einen Kondensationsbereich
geleitet, d.h. das Lösungsmittel wird vom gasförmigen Zustand in den flüssigen Zustand
überführt und kann in dieser Form erneut zum Lösen der Beschichtungamasse eingesetzt
werden. Hierbei besteht eine besondere Schwierigkeit darin, daß während des Verfahrens
gemäß der Erfindung oberhalb der oberen Explosionsgrenze des Lösungsmitt.ls gearbeitet
wird.
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Seitens des Fachmanns könnten Bedenken bestehen einen frocknunge-Vorgang
oberhalb der oberen Explosionsgrenze eines Lösungsuittele durchzuführen, weil sich
dadurch nämlich das treibende Partialdruckgefälle verringert und unter sonst gleichen
Bedingungen, die zam Trocknen nötige Verweilzeit und damit die Länge einer Trooknungsvorrichtung
erh5ht..Tatsächlich hat sichJedoch bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der
vorliegenden Erfindung herausgestellt, dab Bit Hilfe dieses Verfahrens
eine
rasche Trocknung einer beschichteten Bahn möglich ist, wobei hinzukommt, daß diese
Bahn blasenfrei ist, was im Vergleich mit auf andere Art und Weise getrockneten
beschichteten Bahnen nicht erreicht werden kann.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise
erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß
der Erfindung.
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Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen Teilquerschnittsansichten der Vorrichtung
gemäß der Erfindung, und zwar besondere Ausführungsformen des Rakelauftragswerkes.
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Die Bahn 1 wird von der Abrollung 2 über Umlenkwalzen 3,4 und 5 zu
einem Rakelauftragswerk 6 geführt. Das Rakelauftragswerk besteht aus der Streichrakel
6a, an der eine SelbstkleLemasse 7 auf die Bahn aufgetragen wird, und der Streichwalze
6b.
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Die Selbstklebemasse 7 übernimmt auch eine Abdichtungsfunktion an
einem Einlauf 8. Ein enger Spalt 9 dichtet die Streichwalze ob ab. Die beschichtete
Bahn wird anschließend über eine heizbare Walze 10 mit relativ großem Durchmesser
umgelenkt, so daß die beschichtete Seite der Bahn 1 nach außen bzw. unten weist.
Schließlich wird die Bahn 1 über Umlenkwalzen 11, 12 , 13 und 14 zur Aufrollung
15 geführt, und dort aufgewickelt.
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Wenn die Bahn 1 mit der lösungsmittelhaltigen Selbstklebemasse beschichtet
und anschließend erwärmt wird, entstehen Lösungsmitteldämpfe. Diese Dämpfe sind
schwerer als Luft (z.B. ist Dampf von Butanon rund 2 1/2 mal so schwer wie Luft).
Die Dämpfe fallen deshalb schnell nach unten. Diese Eigenschaft von Lösungsmitteldämpfen
wird genutzt, um den Transport der Lösungsmitteldämpfe durch die verschiedenen Zonen
der Anlage zu bewirken.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung weist zu oberst eine Entgasungszone
oder einen Entgasungsbereich auf, die bzw. der in Fig. 1 mit E bezeichnet ist. Darunter
folgt ein Trocknungsbereich T, ein Strömungsgleichrichterbereich G und schließlich
ein Kondensationsbereich K. Schließlich gibt es zwischen den Umlenkwalzen 13 und
14 einen Abkühlbereich A.
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In dem Entgasungsbereich wird die beschichtete Bahn 1 von der beheizten
Walze 10 erwärmt. Gegenüber der beheizten Walze 10 ist das MaschinengehRus 4welches
gegebenenfatsPbehelzbar sein kann, und das durch eine Isolierschicht isoliert ist,
so daß praktisch keine Wärme nach außen abgeführt werden kann. Wird z.. die Bahn
1 auf 352 X aufgeheizt, so belädt sich die Luft bis in den Sättigungsbereich. Eine
Trocknung der Beschichtungsmasse ist unter diesen Bedingungen nicht möglich. Für
eine Entgasung herrschen dagegen ideale Voraussetzungen. Unterhalb des Entgasungsbereiches
ist eine Drosselklappe 17 angeordnet.
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Sie wird so eingestellt, daß im Entgasungsbereich möglichst wenig
Lösungsmitteldampf nach unten entweichen kann, nach oben hin ist der Entgasungsbereich
durch den Streichrakel 6a und die Beschichtungsmasse 7, zu den Seiten durch das
isolierte Maschinengehäuse und nachhinten durch die heizbare Walze 10 abgedichtet.
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Eine gleichmäßige Erwärmung der Bahn 1 im Entgasungsbereich ist auch
dann gewährleistet, wenn die Bahn 1 nicht besonders gut mit der Walze 10 in Kontakt
gebracht werden kann, da auch diejenigen Teile der Bahn, die die Walze nicht berühren,
schnell durch kondensierende Lösungsmitteldämpfe aufgewärmt werden.
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Im Entgasungsbereicht beträgt die Sättigungsbeladung der Atmosphäre
je nach Temperatur und Lösungsmittel zwischen 2 und 10 kg Lösungsmittel je m3.
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Es ist weder notwendig noch möglich, zu verhindern, daß geringe Mengen
des Lösungsmitteldampfes von der Bahn 1 aus dem Entgasungsbereich heraus mitgeschleppt
werden. Andererseits kann die Bahn 1 aus dem Entgasungsbereich nicht sofort ins
Freie geführt werden, weil die mitgeschleppten Lösungsmitteldämpffesofort eine explosible
Gaswolke bilden würden. Deswegen ist es notwendig
daß die beschichtete
und entgaste Bahn 1 in einem sich dem Entgasungsbereich anschließenden Teil der
Anlage getrocknet wird.
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Die zum Trocknen notwendige Wärme wird durch Wärmestrahlung von oben
her in Richtung der unbeschichteten Seite der Bahn 1 eingebracht. Zur Erzeugung
der Wärmestrahlung sind am Maschinengehäuse Halbrohre 18 angebracht, die von einem
Wärmeträger (z.B. Wärmeträgeröl, Dampf, Wasser) durchströmt werden. Eine Wärmezufuhr
durch Kontakbeheizung ist nicht empfehlenswert, weil die in Frage kommenden Bahnen
oft uneben sind (z.B. ungleichmäßig gereckte Folien), so daß zwischen einer ebenen
oder einer gewölbten Fläche und einer unebenen Bahn nicht überall ein ausreichender
Kontakt erzeugt werden kann.
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Zum Trocknen ist weiterhin zwischen der beschichteten Bahn 1 und
der Umgebung ein ausreichendes Partialdruckgefälle erforderlich, das sich ohne weiteres
bei Stillstand der Bahn 1 oder sehr geringen Produktionsgeschwindigkeiten von selbst
einstellt, weil dann die Lsungsmitteldämpfe ungestört nach unten fallen. Das gilt
nicht für hõhere Produktionsgeschwindigkeiten.
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Wird eine Bahn 1 in gasförmiger Umgebung bewegt, so schlepp sie Gase
dieser Umgebung, wie Luft oder Lösungsmitteldämpfe, mit sich. Diese Schleppströmung
stört den freien Fall der Lösungsmitteldämpfe solange nicht, wie die Strömung laminar
bleibt. Bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten, Jedenfalls bei Bahngeschwindigkeiten
von 10 m/iin und mehr wird die Strömung turbulent. LösungsMitteldämpfe werden durch
die Turbulenzen in unerwünschter Weise gegen die Bahn 1 geschleudert, wo sie das
Partialdruckgefälle und damit die Trocknungeieistung verringern.
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Aufgabe des Strömungsgleichrichterbereiches Q ist es, die turbulente
Strömung des Trocknungsbereiches in eine laminare Stz..-tng su verwandeln, die nach
unten gerichtet ist. flachder Erfindung besteht der Strömungsgleichrichterbereich
aus einem
Plattenpaket, wobei die einzelnen Platten 19 im Abstand
von wenigen Zentimetern voneinander angeordnet sind. Unter den Umlenkwalzen 11,
12 und 13 sind Staubleche 20, 21 und 22 angeordnet. Sie bewirken, daßdaß Schleppströmung
in den einzelnen Abschnitten des Trocknungsbereiches umgelenkt wird.
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Die Lösungsmitteldämpfe verlassen den Strömungsgleichrichterbereich
als laminare Strömung. Die Dämpfe sind schwerer als Luft.
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Sie fallen deshalb nach unten und bewirken eine Strömung in Richtung
auf Kondensatoren.
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Diese Gasströmung wird durch die Sogwirkung der Kondensatoren unterstützt.
Sie erklärt sich dadurch, daß mit der Verflüssigung der Lösungsrnitteldämpfe eine
starke Volumenreduktion verknpft ist.
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Die Gaaströmung wird durch schräg angeordnete Umlenkbleche 23 und
Stutzen 24 geleitet und anschließend den wassergekühlten Röhrenbündelkühlern 25
zugeführt. Dort kondensieren die Lõsungsmitteldämpfe . Das Kondensat verläßt den
Kondensationsbereich durch Stutzen 26 und gelangt in eine Kondensat-Sammelleitung
27 mit einem Auslaß 28.
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Der Wärmeübergang bei Kondensation wird stark von der Lösungsmitteldampfkonzentration
beeinflußt. Bei reinen Dämpfen ist die Wärmeübergangszahl 1-2- Zehnerpotenzen höher
als bei Dampf-Luftgemischen. Schwerkraft und Sogwirkung der Kondensatoren bewirken,
daß an den tiefsten Teilen der Anlage, wo die Kondensatoren angeordnet sind, eine
hohe Lösungsmitteldampfkonzentration herrscht. Dadurch ergeben sich hohe Wärmeübergangsziffern
und kleine Kondensatorflächen.
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Zwischen den Umlenkwalzen 13 und 14 wird die Bahn gekühlt.
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Deshalb werden Halbrohre 29 des Maschinengehäuses in diesemBereich
von Kühlwasser durchströmt. Bei der Umlenkwalze 14 verläßt die Bahn das Maschinengehäuse
durch einen Spalt 30, der etwa die Höhe des Einlaufes 8 hat.
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Die hohen Temperaturen und Lösungsmitteldampfkonzentrationen im Entgasungsbereich
führen dazu, daß Lösungsmittel auch am Auftragswerk kondensieren kann und daß sich
das Auftragswerk erwärmt. Bei ungleichmäßiger Erwärmung kann sich das Auftragswerk
verziehen, so daß ungleichmäßige Beschichtungsdicken die Folge sind.
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In Fig. 2 ist ein Rakelauftragswerk gezeigt. Als Werkstoff für den
Streichrakel 6a und die Streichwalze 6b wird ein Material mit einer relativ geringen
Wärmeleitfähigkeit eingesetzt, z.B. austenitischer Stahl. Sowohl der Streichrakel
6a als auch die Streichwalze 6b sind hohl ausgeführt. Innen sind sie zur Isolierung
mit Schaum 31 ausgefüllt.
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Fig. 3 zeigt Hohlräume 32 und 33 von Streichrakel 6a und Streichwalze
6b, die nicht ausgeschäumt sind, sondern mittels eines Wärmeträgers (z.B. Wasser)
beheizt sind.
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Fig. 4 zeigt eine Breitschlitzdüse 7 als Auftragswerk.
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In diesem Fall ist die Streichwalze 6b isoliert, nicht jedoch die
Breitschlitzdüse 7, die im Gegenteil sogar durch die Beschichtungsmasse gekühlt
wird. Die Kühlung führt dazu, daß an der Seite der Breitschlitzdüse, die dem Entgasungsbereich
zugewandt ist, sich ein Lösunsmittelfilm 35 kondensiert. Dieser Film legt sich auf
die Beschichtung, was in Fällen, wo die Beschichtungsmasse besonders stark zur bereits
beschriebenen Hautbildung neigt, vorteilhaft ist.