DE3336704C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rakel zum gesteuerten Auftragen und Glätten einer Streichmasse auf einer sich kontinuierlich bewegenden Papierbahn, bestehend aus einer dünnen flexiblen Stahlklinge in einer Stärke von bis zu 0,5 mm mit einer Schrägfläche, durch welche sie im Einlaufbereich der Papierbahn mit der die Streichmasse tragenden Seite dieser Papierbahn in Kontakt bringbar ist, wobei ein Auflaufbereich für die Papierbahn und zumindest ein Teil der an den Auflaufbereich in Laufrichtung anschließenden Schrägfläche sowie ein Teil der Auflaufseite der Stahlklinge mit einem im Metallspritzverfahren aufgetragenen verschleißfesten Überzug versehen ist.

Entwicklungen in der Papierbeschichtungs-Technologie führen zu Beschichtungsanlagen mit ständig ansteigenden Leistungen. Es gibt heutzutage Anlagen mit Geschwindigkeiten der Papierbahn von bis zu 1500 m/min und darüber, wobei die Breite der Papierbahn oftmals 8 m und mehr beträgt. Derartige Anlagen verlangen eine hohe Genauigkeit der Rakel, insbesondere da die Menge der aufgetragenen Streichmasse gewöhnlich nicht mehr als 5 bis 25 g/m² Papierfläche beträgt. Wichtig ist dabei, daß die Schicht der Streichmasse unbedingt gleichmäßig sein muß.

Das Beschichtungsresultat wird im starkem Maße durch die Länge der Rakel-Schrägfläche in Laufrichtung der Papierbahn bezüglich der auf die flexible Rakel ausgeübte Federkraft beeinflußt. Der ausgeübte Flächendruck, d. h. der Druck pro Flächeneinheit, der über die Schrägfläche auf die Papieroberfläche ausgeübt wird, der spezifische Oberflächendruck, hat entscheidende Bedeutung für die auf der Papierbahn verbleibende Menge an Streichmasse. Es besteht daher ein spezielles Verhältnis zwischen der Ausdehnung der Schrägfläche und den Elastizitätseigenschaften der Rakel. Um Veränderungen in der Ausdehnung der Schrägfläche infolge Verschleißes während des Beschichtens zu verhindern, werden die Rakel heutzutage normalerweise vorgeschliffen, um ein Ausmaß der Schrägfläche und einen Winkel derselben zu schaffen, welche den während des Beschichtungsverfahrens selbst herrschenden tatsächlichen Bedingungen möglichst genau entsprechen. Wichtig ist auch, daß die Flexibilität der Rakel auf die herrschende Federkraft eingestellt wird, so daß die Rakel sich auf jegliche Unebenheit in der Papierbahn einstellt und auch den Durchlauf von Fehlern wie Klumpen oder dickeren Knollen in der Papierbahn erlaubt.

Um den Verschleiß von Rakeln durch Schleifwirkung der üblicherweise aus Pigmentdispersionen von Ton oder Lehm im Wasser bestehenden Streichmasse zu mindern, sind gattungsgemäße Rakeln bekannt (GB-PS 9 78 988), deren Stahlklinge mit einem verschleißfesten Überzug versehen ist, der im Metallspritzverfahren aufgebracht wird. Bei der bekannten Ausführung wird der verschleißfeste Überzug in einem Arbeitsgang aufgebracht. Dabei wird jedoch die mit dem Überzug zu versehende Oberfläche durch die für das Aufbringen und die Haftung des Überzuges erforderliche Wärmeenergie stark beansprucht. Das ist unbedenklich, wenn von dem mit dem verschleißfesten Überzug zu versehenden Bauteil beim späteren Einsatz keine besonderen Eigenschaften gefordert werden. Bei Rakeln wirkt sich dies jedoch ungünstig aus.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rakel der eingangs beschriebenen Gattung so zu verbessern, daß neben einer guten Flexibilität des Klingenmaterials auch ein Minimum an Brüchigkeit in der Überzugsschicht selbst gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Überzug aus mehreren, übereinander im Metallspritzverfahren hergestellten Teilschichten mit einer jeweiligen Teilschichtdicke von 0,002 bis 0,030 mm aufgebaut ist.

Bei dieser Rakel bleibt die Wärmebelastung auch während des Auftragens des Überzuges äußerst gering, und zwar sowohl im Material der Rakel als auch im Überzugsmaterial der bereits aufgetragenen Teilschichen. Die bei jedem Spritzvorgang übergebene Wärmemenge ist so klein oder kann so klein gehalten werden, daß eine Veränderung der Materialeigenschaften nicht zu befürchten ist. Dennoch ergibt sich eine feste Bindung des Überzugsmaterials an der Rakel, so daß die mit dem Überzug versehene Rakel nicht nur ihre Flexibilität behält, sondern auch der Überzug selbst nur ein Minimum an Brüchigkeit aufweist.

Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung soll der Überzug längs der Auflaufseite der Klinge einen Überzugsbereich in einer von der Spitze der Abschrägung des Überzuges gemessenen Breite von höchstens 20 mm, vorzugsweise nicht mehr als 10 mm, aufweisen. Als Überzugsmaterial eignet sich Aluminiumoxid, gegebenenfalls mit einem geringen Zusatz an Titanoxid.

Weitere Merkmale und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen, welche in den Fig. 1 bis 8 verschiedene Ausführungen der erfindungsgemäßen Rakel zeigen.

Die in den Figuren dargestellten Rakel sind für den Einsatz bei der Beschichtung von durchlaufenden Papierbahnen bestimmt. Bei derartigen Beschichtungsverfahren wird die Papierbahn zweckmäßigerweise derart geführt, daß sie eine in Laufrichtung der Papierbahn umlaufende, gummibekleidete Stützwalze teilweise umrundet. Mittels einer teilweise in einem Sumpf der Streichmasse eintauchende, sich drehende Auftragswalze wird auf eine Seite der Papierbahn die Streichmasse im Überfluß aufgetragen und eine im Prinzip in einem Rakelhalter herkömmlichen Ausbildung sitzende erfindungsgemäße Rakel wird mit geeignetem einstellbarem Druck gegen die auf diese Weise beschichtete Oberfläche der Bahn gepreßt, um die aufgetragene Schicht aus Steichmasse zu glätten. Eine geeignete Einstellung des Kontaktdruckes und des Kontaktwinkels der Rakel gegenüber der Papierbahn ermöglicht eine sehr genaue Bestimmung der auf der Papierbahn zurückbleibenden Menge an Streichmasse in der gleichen Weise wie mit normalen Rakeln.

Die in Fig. 1 dargestellte Rakel besitzt ein Oberteil 1. Die in diesem Fall parallelen, einander gegenüberliegenden Seiten der Rakel tragen das Bezugszeichen 2 bzw. 3 und die Schrägfläche das Bezugszeichen 4. Der Verlauf der Schrägfläche 4 ist in den Figuren durch eine strichpunktierte Linie 8 dargestellt und enthält außerdem einen durch eine dicke durchgehende Linie angegebenen Teil des Auflaufbereiches 9 einer Seite einer in Richtung des Pfeiles 6 durchlaufenden Papierbahn 7. Die andere Seite der Papierbahn liegt zweckmäßigerweise an einer nicht dargestellten Stützwalze an, welche sich in Richtung des Pfeiles 6 dreht. Der der Papierbahn 7 zugewandte Teil der glatten Rakelseite 2 ist mit einem dünnen Überzug 5 aus verschleißfesterem Material als das Klingenmaterial 1 überzogen. Die Zusammensetzung und der Aufbau dieses Überzuges 5 wird nachstehend im einzelnen erläutert. Die Schrägfläche der Rakel 1 soll daher mit der Papierbahn über eine Streichmassenschicht zwischen der Bahn und der Schrägfläche, welche aus Gründen der Einfachheit nicht dargestellt wurde, zusammenwirken. Der Überzug 5 ist daher auf der glatten Fläche 2 der Rakel 1 angeordnet, welche zuerst auf die Papierbahn trifft und der Walze gegenüberliegt. Die glatte Fläche 2 wird nachstehend auch als Auflaufseite der Rakel, gesehen in Laufrichtung 6 der Papierbahn 7, bezeichnet, und der Überzug 5 ist in einem Überzugsbereich 5 a, dessen Breite längs der Auflaufseite 2 vorzugsweise höchstens 20 mm beträgt, angeordnet. Die gesamte Schrägfläche umfaßt daher den vom Überzug 5 abzweigenden Schrägflächenteil 4 a und die Schrägfläche 4. Das Schrägflächenteil 4 a befindet sich daher in der gleichen Ebene wie die Schrägfläche 4 und umfaßt den Auflaufbereich 9 und die Schrägflächenspitze 5 b. 5 c bezeichnet die ebene Fläche des Überzuges 5 nahe dem Auflaufbereich 9.

Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführung der in Fig. 1 dargestellten Rakel, bei welcher der Überzug 5 vor und/oder innerhalb des Auflaufbereiches 9 in geeigneter Weise abgerundet ist. Dieses Abrunden kann beispielsweise durch geeignetes Nachschleifen des Überzuges erreicht werden.

Den in den Fig. 3 bis 7 dargestellten Ausführungen der Erfindung ist gemeinsam, daß die gesamte Schrägfläche der Rakel aus dem verschleißfesten Überzug besteht bzw. diesen verschleißfesten Überzug aufweist.

Dabei zeigt Fig. 3 eine sogenannte Schlepprakel 1, deren Auflaufbereich 9 und die gesamte anschließende Schrägfläche 4 aus dem verschleißfesten Überzug 5 bestehen.

Fig. 4 zeigt eine Variante der in Fig. 3 dargestellten Rakel, wobei der Auflaufbereich 9 und die anschließende Schrägfläche 4 in einem winklig geschliffenen Abschnitt des Überzuges 5 liegen. Der Übergang im Überzug von der Auflaufseite 5 c zum Auflaufbereich 9 kann vorzugsweise abgerundet werden.

In den Fig. 5, 6 und 7 ist der verschleißfeste Überzug 5 an der Auflaufseite 2 der Rakel auf einem abgeschrägten Abschnitt 10 des Trägermaterials angeordnet.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 6 hat die glatte Fläche 5 c des Überzuges 5 vor dem Übergang in den Auflaufbereich 9 eine geeignete konvexe Form durch Nachschleifen des Überzuges erhalten.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 hat die insgesamt aus dem Überzug 5 gebildete Schrägfläche 4 im wesentlichen abgerundete Form durch stufenweises Schleifen erhalten. Im Rahmen der Erfindung kann daher die Schrägfläche 4 nachgeschliffen werden, um eine für irgendwelche speziellen Zwecke geeignete Oberfläche zu erhalten.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 besteht die Schrägfläche 4 aus einem Auflaufteil 4 a, einem Auslaufteil 4 c und einem zwischen diesen beiden Teilen liegenden Mittelteil 4 b. Das Auflaufteil 4 a und das Auslaufteil 4 c bestehen erfindungsgemäß aus dem verschleißfesten Material, während das Mittelteil 4 c aus dem unbeschichteten Trägermaterial der Rakel besteht.

Die Rakel gemäß Fig. 8 wird vorzugsweise derart hergestellt, daß der erfindungsgemäße verschleißfeste Überzug auf einander gegenüberliegende ebene Flächen des nichtabgeschrägten bandförmigen Trägermaterials aufgetragen wird, woraufhin die Schrägfläche 4 durch Schleifen gebildet wird.

Das Trägermaterial der Rakel besteht zweckmäßigerweise aus einer in Glättschaber-Streichanlagen verwendeten Stahlklinge mit einer Stärke von 0,10 bis 7,0 mm und einer Härte von mindestens 22 Rockwell C. Als Trägermaterial wird gewöhnlich ein oberflächengetemperter Kohlenstoffstahl oder Federstahl in beispielsweise nachstehender Zusammenfassung verwendet:

C1,02% Si0,20% Mn0,40% P _max 0,03% S _max 0,025%.

Das verwendete Trägermaterial wird daher aus dem vorgenannten kaltgewalzten, gehärteten Stahlband hergestellt und ist heutzutage allgemein in Standardabmessungen wie beispielsweise 0,254, 0,305 oder 0,381 mm erhältlich.

Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Überzug 5 besitzt z. B. eine Gesamtdicke von maximal 0,25 mm und eine Mindestdicke von 0,02 mm und kann aus mehreren übereinander im Metallspritzverfahren hergestellten Teilschichten aufgebaut sein. In diesem Fall hat jede Teilschicht beispielsweise eine Dicke von 0,002 bis 0,030 mm. Wenn die Breite der Überzugsschicht 5 nicht zu groß ist, so kann auch mit einer Schichtdicke von 0,35 mm gearbeitet werden.

Das bei dem erfindungsgemäßen Überzug verwendete verschleißfeste Material kann aus Kerametallen, Metalloxiden oder Metallkarbiden bestehen. Die für diesen speziellen Zweck geeignetsten verschleißfesten Überzüge können jedoch unter Berücksichtigung von beispielsweise der in jedem Einzelfall gewünschten Qualität des Papierüberzuges ausgewählt werden. Wenn auch gewisse Überzugsstoffe wie beispielsweise Chromoxid gute Verschleißfestigkeit bieten, so wurde doch festgestellt, daß ein derartiger Überzug nach einiger Betriebszeit eine leichte Verschlechterung der Papierbeschichtung ergibt. Diese Verschlechterung ist jedoch für die meisten kommerziellen Zwecke vernachlässigbar gering.

Überraschenderweise haben sich Rakelüberzüge, welche hauptsächlich aus Aluminiumoxid bestehen, als besonders geeignet für die Papierbeschichtungen hoher Qualität erwiesen, wie sie für gewisse Zwecke gefordert werden. Besonders gute Resultate wurden mit Rakelüberzügen aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) und einer geringen Menge eines anderen Metalloxids wie beispielsweise Titanoxid (TiO₂) erreicht.

Die nachstehenden Versuche mit erfindungsgemäß hergestellten Rakeln bestätigen die durch die Erfindung erzielte gewünschte Verbesserung herkömmlicher Rakel.

Versuch 1

Eine erfindungsgemäß hergestellte Rakel mit einem verschleißfesten Überzug aus Aluminiumoxid und Titanoxid wurde zur Beschichtung eines holzfreien Druckpapiers eingesetzt. Die Durchlaufgeschwindigkeit der Papierbahn betrug 500 m/min und als Streichmasse wurde eine wäßrige Dispersion von 20% Kaolin und 80% Kalziumkarbonat verwendet.

Die Rakel konnte bei einwandfreiem Beschichtungsresultat 30 h lang verwendet werden.

Eine unter gleichen Bedingungen verwendete herkömmliche Rakel ohne den erfindungsgemäßen Überzug mußte nach einer Laufzeit von 4 h ausgetauscht werden.

Versuch 2

Eine erfindungsgemäß hergestellte Rakel mit einem verschleißfesten Überzug aus Aluminiumoxid wurde zur Beschichtung eines holzfreien Papiers mit einer Streichmasse auf der Basis einer wäßrigen Dispersion von Pigment eingesetzt. Die Durchlaufgeschwindigkeit der Papierbahn betrug 400 m/min. Die Rakel lieferte ein perfekt zufriedenstellendes Beschichtungsresultat bei einer Laufzeit von 60 h.

Ein Kontrollversuch unter Verwendung einer herkömmlichen Rakel ohne verschleißfesten Überzug zeigte, daß diese herkömmliche Rakel nach einer Laufzeit von 8 h ausgetauscht werden mußte.

Versuch 3

Der Versuch 2 wurde mit einer erfindungsgemäß hergestellten Rakel wiederholt, welche einen Überzug aus Chromoxid besaß. Im Hinblick auf den Verschleiß konnte diese Rakel für eine wesentlich längere Zeit als 60 h verwendet werden. Allerdings war nach nur wenigen Stunden Laufzeit das Beschichtungsresultat etwas schlechter, jedoch wahrscheinlich für die meisten Zwecke unbedingt akzeptabel.

Der verschleißfeste Überzug wird vorzugsweise folgendermaßen aufgebaut: Bevor die erste Teilschicht auf das Trägermaterial aufgebracht wird, sollte das Trägermaterial innerhalb des zu überziehenden Bereiches einer geeigneten vorarbeitenden Oberflächenbehandlung unterworfen werden, wie beispielsweise einer schwachen Sandblasbehandlung mit Karborund, und zwar vorzugsweise unmittelbar vor dem Aufbringen der ersten Teilschicht. In einigen Fällen kann es zweckmäßig sein, eine Binderschicht, bespielsweise eine Nickellegierung oder dgl. zwischen die vorbehandelte Oberfläche des Trägermaterials und die erste Teilschicht aufzubringen. Die verschiedenen Teilschichten werden dann in einer Weise aufgebracht, welche die ursprüngliche Flexibilität und Glätte nicht beeinflußt.

Schließlich kann der fertige Überzug falls gewünscht geschliffen werden, um einen Fertigschliff mit weniger als 3,0 µR _a zu erhalten.

Wie bereits erwähnt, sollte der verschleißfeste Überzug nicht breiter als 20 mm sein. In der Praxis sollte der Überzug so schmal wie möglich sein, um den gewünschten sehr geringen Materialverbrauch zu erreichen und um die Gefahr von Rissen im Überzug auszuschalten, wenn sich das Trägermaterial bewegt. In der Praxis ist daher ein verschleißfester Überzug in einer Breite von weniger als 10 mm vorzuziehen.

Claims (4)

1. Rakel zum gesteuerten Auftragen und Glätten einer Streichmasse auf einer sich kontinuierlich bewegenden Papierbahn, bestehend aus einer dünnen flexiblen Stahlklinge in einer Stärke von bis zu 0,5 mm mit einer Schrägfläche, durch welche sie im Einlaufbereich der Papierbahn mit der die Streichmasse tragenden Seite dieser Papierbahn in Kontakt bringbar ist, wobei ein Auflaufbereich für die Papierbahn und zumindest ein Teil der an den Anlaufbereich in Laufrichtung anschließenden Schrägfläche sowie ein Teil der Auflaufseite der Stahlklinge mit einem im Metallspritzverfahren aufgetragenen verschleißfesten Überzug versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (5) aus mehreren übereinander im Metallspritzverfahren hergestellten Teilschichten mit einer jeweiligen Teilschichtdicke von 0,002 bis 0,030 mm aufgebaut ist.

2. Rakel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (5) längs der Auflaufseite (2) der Klinge (1) einen Überzugsbereich (5 a) in einer von der Spitze (5 b) der Abschrägung des Überzuges (5) gemessenen Breite von höchstens 20 mm, vorzugsweise nicht mehr als 10 mm, aufweist.

3. Rakel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (5) im wesentlichen als Al₂O₃ besteht.

4. Rakel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (5) zu ca. 97% Al₂O₃ und zu ca. 3% aus TiO₂ besteht.