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Vorrichtung zum Beschichten laufender
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Materialbahnen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum
Beschichten von über eine Stützwalze laufenden Materialbahnen mit regelbarer Auftragsstärke,
bei der das Beschichtungsmedium mit Hilfe einer sich über die Breite der Materialbahn
erstreckenden Schlitzdüse mit in der Breite einstellbarem Vordosierspalt, an den
eine Dosierlippe und eine Rücklauflippe derart angeschlossen sind, daß eine sich
über die Breite der Materialbahn erstreckende Dosierkammer gebildet ist, auf die
Materialbahn aufgebracht wird.
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Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE-PS 23 59
413 bekannt. Mit dieser bekannten Vorrichtung wird ein Uberschußauftrag durch einen
starr justierbaren Dosierspalt im Bereich der Dosierlippe erzielt. Der Dosierspalt
muß sehr fein justiert werden, wobei jeweils eine Anpassung an die Bahngeschwindigkeit
und die Rheologie des Beschichtungsmediums erforderlich ist.
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Bei einer anderen bekannten Vorrichtung wird eine Schlitz-
düse
im Abstand zur Warenbahn angeordnet und das Beschichtungsmedium von unten gegen
die Materialbahn gespritzt, ohne bereits feindosiert werden zu können. Viskosität
und Feststoffgehalt des Beschichtungsmediums sind hier begrenzt. Die Feineinstellung
des Schlitzes der Schlitzdüse ist kompliziert. Weiter ergibt sich immer eine ungleichmäßige
Oberfläche des Auftrags.
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Bei beiden bekannten Vorrichtungen wird die Feindosierung bahn aufwärts
durch eine getrennte Rakeleinrichtung vorgenommen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
beschriebenen Art zu schaffen, welche eine feinfühlige Änderung des Auftragsgewichts
bei höchster Qualität der Beschichtung mit einfachen Mitteln ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß a) die Dosierlippe
mit einer Rakelleiste ausgebildet ist, die mit geringer Reibung an wenigstens einer
ablaufseitigen ebenen Gleitfläche des die Dosierlippe bildenden Rakelbetts geführt
ist, b) die der zu beschichtenden Bahn zugekehrte, einen rechteckigen Umriß aufweisende
Stirnfläche der Rakelleiste mit der Bahn einen sich verengenden Keilspalt bildet,
dessen Geometrie unabhängig vom Anpreßdruck ist, c) die Ablaufkante der Stirnfläche
eine geradlinige und scharfkantige Abrißkante bildet, d) die Rakelleiste im Bereich
der Stirnfläche und Abrißkante biegeweich ist,
e) die Stirnfläche
eine große Verschleißfestigkeit aufweist, und f) ein Anpreßdruck der Rakelleiste
gegen die Bahn durch ein elastisches Druckmittel zwischen Rakelleiste und Rakelbett
aufgebracht wird.
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Die mit geringer Reibung im Rakelbett geführte Rakelleiste läßt eine
äußerst feinfühlige Regelung des Auftragsgewichtes der Beschichtung zu, wobei das
elastische Druckmittel unmittelbar auf die im Bereich ihrer Stirnfläche biegeweiche
Rakelleiste wirkt. Hierdurch ergibt sich eine äußerst gleichmäßige Beschichtung
der Materialbahn. In dem Keilspalt zwischen der geometrisch stabilen Stirnfläche
der Rakelleiste wird einhydrodynamischer Druck aufgebaut, der zu einem Gleichgewichtszustand
gegenüber dem Druck im elastischen Druckmittel führt. Durch die scharfkantige Abrißkante
an der Ablaufkante der Stirnfläche der Rakelleiste wird ein hoher Glättwert und
ein von sogenannten Spannungs linien freier Auftrag sichergestellt, während die
Ausbildung der Stirnfläche mit großer Verschleißfestigkeit, u.a. gekennzeichnet
durch eine große Vickershärte, eine hohe Standzeit bei konstanter Geometrie des
Keilspalts unabhängig vom Anpreßdruck sicherstellt. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung
und Anordnung der Rakelleiste an der Dosierlippe werden auch zusätzliche Einrichtungen
zum Anpassen des Profils der Rakelleiste an Ungleichmäßigkeiten der Stützwalze,
über welche die Materialbahn läuft, und der Materialbahn selbst, längs der Beschichtungsbreite
überflüssig.
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Vorteilhaft ist der Reibungskoeffizient zwischen Rakelleiste und Rakelbett
etwa µ # 0,1. Hierdurch wird die Reibung der Rakelleiste gegenüber dem Rakelhalter
verglichen mit dem Anpreßdruck der Rakelleiste gegen die beschichtete Bahn
vernachlässigbar
klein.
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Zweckmäßig ist die Rakelleiste bzw. das Rakelbett zumindest im Bereich
der Gleitfläche aus Stahl, Edelstahl oder beschichtetem Aluminium und das Rakelbett
bzw. die Rakelleiste zumindest im Bereich der Gleitfläche aus Rotguß, teflonbeschichtet,
hartnickelbeschichtet oder hartanodisch oxidiert. Durch derartige Materialpaarungen
läßt sich der gewünschte Reibungskoeffizient erreichen.
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Die Stirnfläche der Rakelleiste ist vorteilhaft ausgehend von der
Abrißkante zumindest in deren Bereich konkav gekrümmt mit einem Krümmungsradius
R> Stützwalzenradius ausgebildet. Eine derartige Ausbildung der Stirnfläche ist
insbesondere dann zweckmäßig, wenn mit Überschußauftrag mit anschließender Fertigdosierung
durch eine separate Einheit gearbeitet wird.
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Alternativ ist die Stirnfläche der Rakelleiste ausgehend von der Abrißkante
zumindest in deren Bereich konvex gekrümmt mit einem Krümmungsradius R von 4 mm
# R# #, vorzugsweise 5 mm # R # 250 mm, weiter vorzugsweise 20 mm R # 50 mm. Diese
Ausbildung der Stirnfläche wird vorgesehen für eine integrierte Einheit, bei welcher
die Dosierlippe bereits die Fertigdosierung erzeugt.
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Zur Annäherung des Krümmungsradius kann die Stirnfläche zweckmäßig
durch Facettenschliff geformt werden, was zu einer besonders einfachen Fertigung
von beliebig geformten Stirnflächen führt.
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Zweckmäßig weist die Stirnfläche eine Breite zwischen 8 mm und 60
mm auf. Die Breite der Stirnfläche bemißt sich danach, wie hoch das Auftragsgewicht
sein soll. Je höher das
Auftragsgewicht ist, desto geringer ist
der hydrodynamische Druck und desto breiter sollte die Stirnfläche und damit der
Keilspalt in seiner Länge sowie desto kleiner der Keilwinkel sein; um einen stabilen
Gleichgewichtszustand zu erreichen.
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Um auf einfache Weise Rakelleisten mit unterschiedlich breiten Stirnflächen
verwenden zu können, kann vorteilhaft zwischen anlaufseitiger Fläche der Rakelleiste
und Rakelbett ein Abstandhaltestück eingefügt werden.
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Zweckmäßig ist die Schlitzdüse um die Abrißkante der Rakelleiste verschwenkbar,
um den Keilwinkel verändern zu können.
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Die Abrißkante der Rakelleiste kann, um ihre Wirkung noch zu verbessern,
hinterschliffen sein.
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Um die erförderliche Biegeweichheit der Rakelleiste zu erreichen,
weist diese vorteilhaft entlang ihrer Länge äquidistante Einschnitte auf. Alternativ
kann die Rakelleiste ausPolytetrafluorethylen bestehen, was Einschnitte nicht erforderlich
macht. Weiter kann die Rakelleiste alternativ aus gummielastischem Material sein
und an der Stirnfläche einen verschleißfesten Ein- bzw. Aufsatz aufweisen.
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Um eine hohe Verschleißfestigkeit der Rakelleiste zu erhalten, weist
die Stirnfläche der Rakelleiste vorteilhaft eine Vickershärte größer als 600 HV
auf. Die Stirnfläche der Rakelleiste ist zweckmäßig verchromt, oberflächen-oder
einsatzgehärtet, nitriert, durch Aufspritzen von Oxidkeramik beschichtet, eloxiert,
bei Aluminium hartcoatiert oder hartvernickelt. Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform
der
Rakelleiste kann deren Stirnfläche auch von einem in die Rakelleiste eingesetzten
Einsatzstück hoher Verschleißfestigkeit gebildet sein.
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Das elastische Druckmittel, vorzugsweise ein Druckschlauch, wirkt
zweckmäßig zwischen einer zu der Gleitfläche im wesentlichen senkrechten Fläche
des Rakelbetts und einer zu dieser im wesentlichen parallelen Fläche der Rakelleiste.
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In einer bevorzugten Ausführungsform können das Druckmittel und die
Rakelleiste auch einstückig ausgebildet sein.
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Weiter ist vorteilhaft zwischen anlaufseitiger Fläche der Rakelleiste
und Rakelbett ein weiteres dichtendes elastisches Druckmittel, vorzugsweise ein
Druckschlauch, angeordnet: Dieses weitere dichtende elastische Druckmittel verhindert
zum einen das Eindringen von Beschichtungsmedium zwischen Rakelhalter und Rakelleiste.
Zum anderen ist es möglich, nach Einstellung des Gleichgewichts zwischen hydrodynamischem
Druck und Druck im ersten Druckmittel durch Erhöhung des Drucks im weiteren dichtenden
elastischen Druckmittel die so erreichte stabile Lage der Rakelleiste zu fixieren.
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Das weitere Druckmittel und die Rakelleiste können vorteilhaft einstückig
ausgebildet sein.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
besteht darin, daß der Vordosierspalt einen Abstand kleiner als 10 mm von der zu
beschichtenden Bahn hat.
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Hierdurch läßt sich das Beschichtungsmedium ähnlich einer Fontäne
in den Dosierspalt zwischen Dosierlippe und Bahn bringen.
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Die Stützwalze weist vorteilhaft eine gummielastische Oberfläche auf,
deren Härte vorzugsweise 60 # Shore A # 95 ist.
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Zum beidseitigen Beschichten von Materialbahnen können schließlich
zwei Schlitzdüsen mit einander zugekehrten Stirnflächen der Rakelleisten mit unterschiedlichen
Krümmungsradien bei unterschiedlicher Beschichtung angeordnet werden. Durch die
Wahl unterschiedlicher Radien der Stirnflächen kann dabei ein festes Verhältnis
für das Auftragsgewicht auf beiden Seiten eingestellt werden. Es versteht sich,
daß in diesem Falle keine Stützwalze zum Führen der beschichteten Materialbahn im
Beschichtungsbereich erforderlich und vorgesehen ist. Für gleiches Auftragsgewicht
auf beiden Seiten werden gleiche Radien gewählt.
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Schließlich können zur Kompensation von ungleichmäßiger Beschichtungsmediumaufnahme
der Materialbahn hinter dem ersten Druckmittel zusätzliche Andruckelemente zur lokalen
Erhöhung der Anpreßkraft angeordnet sein.
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Die Erfindung ist im folgenden an Ausführungsheispielen anhand der
Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 eine schematische
Teilansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, teilweise im Schnitt, Fig. 2 eine
Teilseitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 1 mit abgeschwenkter Dosierlippe, Fig.
3 eine schematische Teilansicht einer modifizierten erfindungsgemäßen Vorrichtung,
teilweise im Schnitt, Fig. 4 eine Teilschnittansicht einer Dosierlippe in einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 5 eine Draufsicht, teilweise
im Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 4,der Dosierlippe, und Fig. 6 eine schematische
Darstellung einer Anordnung zum beidseitigen Beschichten einer Materialbahn mit
erfindungsgemäßen Vorrichtungen.
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Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Vorrichtung zum Dosieren von
Beschichtungsmedium auf eine in Richtung des Pfeiles A über eine Stützwalze 2 laufenden
Materialbahn 1 weist eine sich über die Breite der Materialbahn 1 erstrekkende Schlitzdüse
21 auf. Die Schlitzdüse 21 besteht aus einem Verteilerrohr 22, einem langgezogenen,
in der Breite einstellbaren Vordosierspalt 23,einer an den Vordosierspalt 23 anschließenden,
als Rakelbett 3 ausgebildeten Dosierlippe und einer an den Vordosierspalt 23 ebenfalls
anschließenden Rücklauflippe 24. Dosierlippe und Rücklauflippe bilden eine Dosierkammer
25. Durch die Rücklauflippe 24 am Bahneinlauf der Schlitzdüse 21 wird ein Eindringen
der Luftgrenzschicht verhindert.
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Das Rakelbett 3 weist eine Anschlagleiste 26 mit einer ebenen Gleitfläche
4 auf, an der eine Rakelleiste 6 anliegt und gleitend geführt ist. Die Rakelleiste
6 weist eine gegen die beschichtete Bahn 1 gedrückte Stirnfläche 7 mit einer scharfkantigen
Abrißkante 8 auf. Mit Hilfe eines Druckmittels in Form eines Druckschlauches 9 zwischen
Rakelbett 3 und Rakelleiste 6 wird die Rakelleiste 6 feinfühlig variabel gegen die
zu beschichtende Materialbahn 1 gedrückt.
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Die Rakelleiste 6 ist entlang der Gleitfläche 4 des Rakelbetts 3 bzw.
der Anschlagleiste 26 in wählbaren Grenzen frei verschieblich, d.h. ungehindert
dehnfähig. Die Rakelleiste 6 weist im Bereich der Stirnfläche 7 und Abrißkante 8
bezogen auf eine Achse senkrecht zur Abrißkante 8 und parallel zur beschichteten
Bahn 1 ein relativ geringes Flächenträgheitsmoment I auf, welches vorzugsweise im
Bereich zwischen 200 mm 4 und 7000 mm 4 liegt. Ein derartiges Flächenträgheitsmoment
I läßt sich beispielsweise dadurch erreichen, daß, wie aus Fig. 5 ersichtlich, äquidistante
Einschnitte 10 entlang der Länge der Rakelleiste 6 vorgesehen sind, wobei der Leistenquerschnitt
bis zu einem geringen Abstand von der Abrißkante 8 aus gemessen über die gesamte
Länge der Rakelleiste 6 konstant bleibt. Die hierdurch erzielte Biegeweichheit der
Rakelleiste 6 kann alternativ durch geeignete Materialauswahl oder durch eine entsprechend
geringe Höhe der Rakelleiste 6 erreicht werden.
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Die Stirnfläche 7 der Rakelleiste 6 verläuft ausgehend von der Abrißkante
8 konvex oder konkav gekrümmt. In den dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen
weist die Stirnfläche 7 entweder eine konkave Kontur mit einem Krümmungsradius R
größer dem Stützwalzenradius (vorzugsweise für Überschußauftrag mit anschließender
Fertigdosierung in separater Einheit) oder eine konvexe Krümmung mit einem Krümmungsradius
R von 4 mm # R # on, vorzugsweise 5 mm # R = 250 mm, weiter vorzugsweise 20 mm =
R =50 mm auf (vorzugsweise für Fertigdosierung in einer integrierten Einheit).
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Die Krümmung R wird abhängig von dem angestrebten Auftragsgewichtsbereich
und den rheologischen Eigenschaften des Auftragmediums gewählt.
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Die Rakelleiste 6 weist weiter zumindest im Bereich der ge-
krümmten
Stirnfläche 7 eine Oberfläche mit einer Vickershärte größer als 600 HV auf, um eine
hohe Verschleißfestigkeit der Stirnfläche 7 zu erhalten. Zu diesem Zweck kann die
Stirnfläche 7 der Rakelleiste 6 verchromt, oberflächen-oder einsatzgehärtet, nitriert,
durch Aufspritzen von Oxidkeramik beschichtet, eloxiert, bei Aluminium hartcoatiert
oder hartvernickelt sein.
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Die Abrißkante 8 der Rakelleiste 6 ist absolut geradlinig und scharfkantig
ausgeführt, wodurch eine außerordentlich gute Oberflächenglätte des Strichauftrags
erzielt wird.
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Eine weitere Verbesserung des Abrißverhaltens kann beispielsweise
durch Hinterschleifen der Abrißkante 8 erreicht werden.
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Eine weitere Möglichkeit, die Verschleißfestigkeit der Stirnfläche
7 der Rakelleiste 6 zu verbessern, besteht auch darin, daß die Stirnfläche 7 von
einem Einsatzstück hoher Verschleißfestigkeit gebildet wird.
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Zwischen dem Rakelbett 3 und einer anlaufseitigen Fläche 27 der Rakelleiste
6 ist ein weiteres dichtendes elastisches Druckmittel in Form eines Druckschlauches
28 angeordnet, das zum einen Rakelbett 3 und Rakelleiste 6 gegeneinander abdichtet
und zum anderen zum Fixieren einer erreichten stabilen Stellung der Rakelleiste
6 durch Druckerhöhung verwendet werden kann.
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Die Geometrie der Stirnfläche 7 der Rakelleiste 6 bleibt mit der beschriebenen
Ausführung der Rakelleiste 6 unabhängig vom jeweiligen Anpreßdruck immer konstant.
Da der Anpreßdruck neben der Ausbildung der Stirnfläche 7, d.h. der Größe der Krümmung
R, der Bahngeschwindigkeit, der Rheologie
des Beschichtungsmediums
und den physikalischen Eigenschaften der Materialbahn 1 ein wesentlicher Parameter
ist, und dieser Anpreßdruck andererseits die Geometrie der Stirnflä-7 nicht verändert,
kann die Qualität der Beschichtung bei unterschiedlichen Anpreßdrücken völlig konstant
gehalten werden.
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Als elastisches Druckmittel zum Aufbringen des Anpreßdruckes wird
bei der beschriebenen Vorrichtung ein mit Luft beaufschlagter Druckschlauch 9 verwendet.
Der Druckschlauch sorgt durch seine Flexibilität für eine über die Arbeitsbreite
gleichmäßige Andrückung der Rakelleiste 6 gegen die auf der Stützwalze 2 laufende
Materialbahn 1. Die über den Schlauchdruck aufgebrachte Linienpressung hält dem
hydrodynamischen Druck unter der Stirnfläche 7 der Rakelleiste 6 in dem Keilspalt
das Gleichgewicht. Durch Variation des Schlauchdrucks läßt sich somit sehr feinfühlig,
gleichmäßig und stufenlos das Auftragsgewicht variieren, wobei sich ohne zusätzliche
Profilierungseinrichtung an jeder Stelle der Arbeitsbreite der gleiche Gleichgewichtszustand
zwischen hydrodynamischem Druck und Rakelanpressung einstellt. Dies ist die Voraussetzung
für ein gleichmäßiges Strichprofil. Der Druckschlauch 9 ist so ausgebildet, daß
sich seine Kräfte nur. gegen die rückseitige Fläche 15 der Rakelleiste 6 und eine
zu dieser im wesentlichen parallelen Abdruckfläche 16 im Rakelbett 3 abstützen können.
Der Druckschlauch 28 preßt gegen die Fläche 27 der Rakelleiste 6 und kann bei entsprechend
hohem Druck die Rakelleiste 6 in einer einmal eingestellten stabilen Lage halten.
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Die Druckschläuche 9 und 28 sowie gegebenenfalls auch die Rakelleiste
6 können einstückig ausgebildet werden, wobei sichergestellt sein muß, daß diese
Einheit einerseits die er-
forderliche Biegeweichheit und andererseits
die Stirnfläche 7 eine ausreichende Verschleißfestigkeit aufweist.
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Die Materialpaarung zwischen Rakelbett 3 bzw. Anschlagleiste 26 und
Rakelleiste 6 ist so zu wählen, daß sich möglichst geringe Reibkräfte bei der Verschiebung
der Rakelleiste 6 aufbauen, die dem Anpreßdruck des Druckschlauches 9 entgegenwirken
und somit zu einem Hysteresis-Verhalten bei der Regelung des Auftragsgewichtes führen
könnten. Durch den unvermeidlichen Schubspannungszustand im Auftragsspalt entstehen
Normalkräfte auf die Rakelleiste 6, denen der Luftdruck im Druckschlauch 9 das Gleichgewicht
hält. Wenn der Reibungskoeffizient µ zwischen Rakelleiste 6 und Rakelbett 3 bzw.
Anschlagleiste 26 kleiner oder gleich 0,1 gewählt wird, sind die auftretenden Reibungskräfte
verglichen mit der Anpreßkraft vernachlässigbar klein.
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Die Schlitzdüse 21 ist, um den Keilspalt zwischen Stirnfläche 7 und
Materialbahn 1 verstellen zu können, zweckmäßig um die Abrißkante 8 schwenkbar.
Weiter ist die vom Rakelbett 3 gebildetet Dosierlippe zweckmäßig als ganzes abschwenkbar.
Die abgeschwenkte Stellung ist in Fig. 2 dargestellt.
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Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
bei welcher eine relativ schmale Rakelleiste 6 Verwendung findet. Um diese schmale
Rakelleiste 6 gegen eine breitere Rakelleiste austauschen zu können, ist ein zusätzliches
Abstandhaltestück 29 vorgesehen.
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Bei der in Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsform einer Dosierlippe
bzw. eines Rakelhalters 3 ist nur die Möglichkeit einer schmalen Rakelleiste 6 vorgesehen.
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Fig. 6 zeigt eine Anordnung zum beidseitigen Beschichten einer Materialbahn
1. Hier ist statt der Stützwalze 2 eine weitere Schlitzdüse 21 gegenüber der ersten
Schlitzdüse 21 derart angeordnet, daß die Stirnflächen 7 beider Rakelleisten 6 einander
zugekehrt sind und die Rakelleisten 6 die Materialbahn 1 auf gleicher Höhe mit ihren
Abrißkanten 8 berühren. Durch Ausbildung unterschiedlicher Krümmungsradien der Stirnflächen
7 beider Rakelleisten 6 können unterschiedliche Auftragsgewichte eingestellt werden.
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