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Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsvorrichtung gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Beim Auftragen einer Farbbeschichtung auf einen Körper
werden drehbare Beschichtungsauftrageinrichtungen in großem
Umfang verwendet. Beschichtung soll hier ganz allgemein jede
Flüssigkeitsüberführung aus einem Vorrat definieren. Bei
einem in der Praxis verwendbaren System ist ein Tiefdruck- oder
Aniloxzylinder bzw. eine solche Walze drehbar in der
Oberfläche des auf das Bahnmaterial zu übertragenden
Beschichtungsmaterials angebracht. Die Walzenoberfläche ist
mit kleinsten Ausnehmungen oder Zellen ausgebildet, um das
Beschichtungsmaterial zu tragen. Die Beschichtung wird auf
den Zylinder exakt aufgebracht, indem an der Abgabeseite des
Bads ein Rakelmesser bzw. eine Rakel angebracht ist. Die
Walze taucht in das Material unter Druckfüllung der Zellen,
und die Rakel entfernt Überschußmaterial von der Oberfläche
des Zylinders, so daß eine präzise und gleichmäßige Menge
des Materials in die Zellen gelangt. Die beschichtete
Oberfläche wird dann auf die bewegte Materialbahn entweder
direkt oder über einen Offsetzylinder zur anschließenden
Überführung auf die Materialbahn bewegt, was bekannten und
allgemein verwendeten Walzenauftrageinrichtungen entspricht.
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Bei einer solchen Vorrichtung tendiert die
Hochgeschwindigkeitsdrehung des Zylinders in dem Bad zur Ausbildung eines
Flusses des Materials innerhalb des Bads. Das Material
tendiert dazu, zur Abstromseite des Zylinders zu fließen, und
zwar unter Erzeugung eines statischen Drucks. Das flüssige
Material steigt an der Abstromseite nach oben und hat die
Tendenz, um die Enden des Zylinders zur Aufstromseite zu
zirkulieren, wobei sich eine Störung des Drucks zum Füllen
der Zellen einstellt. Außerdem wird häufig ein nachteiliges
Bewegen und Aufschäumen des Materials in dem Bad erzeugt.
Mit zunehmender Drehgeschwindigkeit wurde die Verwendung von
speziellen Aufzugswalzen zum Füllen der Zellen gelehrt.
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Eine gewisse Verbesserung kann mit der Konstruktion nach
US-A-4 497 250 erreicht werden, die zusätzlich zu einer
Rakel eine sogenannte Vorrakel aufweist, die zwischen dem
unteren Ende der Walze und der Rakel positioniert ist. Diese
Vorrakel kann Überschußmaterial von der Walzenoberfläche
entfernen, aber das entfernte Material fällt nur nach unten
in das Farbwerk. Dadurch und durch die Art der Konstruktion
der Vorrakeleinheit kann ein kontrolliertes Zurückfließen
des entfernten Materials, insbesondere in Gegenrichtung
durch das Bad, nicht erreicht werden. Somit liegt die
Oberfläche des Bads im wesentlichen unter der Vorrakeleinheit
und hat eine Abgabeleitung, die selektiv geöffnet und
geschlossen wird, um einen bevorzugten Badspiegel zu
unterhalten. Das bedeutet, daß das Bad in verschiedenen
Richtungen bewegt wird, was unerwünscht ist, wie bereits gesagt
wurde.
Zusammenfassung der Erfindung
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Im allgemeinen ist gemäß der vorliegenden Erfindung die
Beschichtungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß der
Rakel-Vorablenker mit einem oberen Rand im wesentlichen an
der Oberfläche des Bads positioniert ist, um einen Teil der
Flüssigkeit von der Walze zu entfernen, während die
Walzenoberfläche das Bad verläßt, und daß der Rakel-Vorablenker
ein Rücklaufelement aufweist, das positioniert ist, um einen
Rückfluß des flüssigen Beschichtungsmaterials direkt von dem
Rakel-Vorablenker zurück in das Bad zu erzeugen, wobei der
Rückfluß in eine entgegengesetzte Richtung zu derjenigen
geht, die von der Walze erzeugt wird, um das flüssige
Beschichtungsmaterial in dem Bad umzuwälzen.
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Der Rakel-Vorablenker hat die Funktion, das Volumen des
Farbvorrats mit einer Hochgeschwindigkeitswalze zu
begrenzen, und tendiert dazu, einen Flüssigkeitsstrom längs des
Oberflächenbereichs des Bads abwärts zu dem unteren Bereich
gleichmäßig zu leiten und auszubilden, wobei ein Rückfluß
sich zu dem entgegengesetzten Badende bewegt. Der
Rakel-Vorablenker hat außerdem die Funktion, eine Druckfüllung der
Zellen mit der Flüssigkeit zu bewirken.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein zweiter
Strömungsablenker mit der Rakel verbunden und unmittelbar
angrenzend an sie positioniert und dient dazu, den
Flüssigkeitsstrom von der Zylinderfläche der Walze unmittelbar
angrenzend nach unten und unter Rückfluß in einen Zwischenraum
zwischen dem ersten Ablenker und dem Boden des Farbwerks zu
leiten. Die drehende Walze hat die Tendenz, in dem oberen
Bereich des Bads eine relativ höhere Geschwindigkeit in
bezug auf eine Umkehrgeschwindigkeit in dem unteren Bereich
des Bads zu erzeugen. Der erste oder Rakel-Vorablenker hat
die Tendenz, die von der Walze getragene Flüssigkeit
umzuleiten. Der Rückfluß in Verbindung mit dem gewölbten
Ablenker scheint einen Düsen- und Venturi-Effekt am unteren
Ende der Rakel-Vorablenkeinrichtung zu erzeugen. Das
unterstützt die Erzeugung des reduzierten Drucks angrenzend an
den Ablenker und verbessert den Materialfluß. Das Ergebnis
ist eine signifikante Verbesserung einer gleichmäßigen und
ungestörten Zirkulation der Flüssigkeit mit nur minimaler
Tendenz der Flüssigkeit, ihren Pegel angrenzend an die
Abgabeseite der Walze zu erhöhen. Dadurch wird auch die Tendenz
minimiert, daß die Flüssigkeit seitlich zu den
entgegengesetzten Enden der Walze fließt.
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Das Resultat der vorliegenden Erfindung ist daher ein
relativ gleichmäßiger, ungestörter Vorratspegel, der wesentlich
zum Aufziehen einer gleichmäßigen Füllung der Walze mit
hoher Qualität sowie zu der resultierenden effektiven,
qualitativ hochwertigen Überführung der Flüssigkeit auf ein
Bahnmaterial beiträgt.
Beschreibung der Zeichnungen
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Die beigefügten Zeichnungen zeigen im allgemeinen die
derzeit beste Ausführungsart der Erfindung und werden
nachstehend beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 eine Seitenansicht einer
Tiefdruckwalzen-Beschichtungsvorrichtung, wobei Teile weggebrochen und im
Schnitt gezeigt sind, um eine Vorrakelanordnung
und eine Rakelanordnung zu veranschaulichen; und
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Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung, die im einzelnen die
Funktion der Rakelanordnung bei der Erfindung
veranschaulicht.
Beschreibung der gezeigten Ausführungsform
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Die Zeichnungen und insbesondere Fig. 1 zeigen eine
Tiefdruck-Rotationsbeschichtungsvorrichtung zum Aufbringen einer
Beschichtung auf eine Oberfläche eines Bahnmaterials, eines
Flächenkörpers oder irgendeines anderen Substrats (nicht
gezeigt), während es die Beschichtungsvorrichtung durchläuft.
Ein Tiefdruckzylinder bzw. eine Tiefdruckwalze 2 ist in dem
unteren Bereich drehbar angebracht und durchläuft ein
Farbwerk 3, das die Druckfarbe oder ein anderes
Beschichtungsmaterial 4 enthält. Der Tiefdruckzylinder 2 gemäß der
herkömmlichen Konstruktion ist mit einem Muster von
aneinandergrenzenden kleinsten Vertiefungen (nicht gezeigt)
ausgebildet, in denen das Beschichtungsmaterial 4 getragen wird.
Nachdem das Material auf die Walze aufgebracht ist, kann es
direkt von der Tiefdruckwalze auf das Substrat oder über ein
oder mehr zusätzliche Überführungswalzen darauf überführt
werden. Eine Überführungswalze 5 ist gezeigt, die über der
Tiefdruckwalze 2 drehbar angebracht ist. Die Farbe 4 wird
von der Walze 2 aufgenommen und von der Walze 2 auf die
Walze 5 überführt. Das nicht gezeigte Substrat kann
beispielsweise zwischen den Walzen 2 und 5, zwischen der Walze
5 und einer weiteren Walze (nicht gezeigt) durchlaufen,
direkt über die Tiefdruckwalze 2 oder dergleichen laufen, um
die Beschichtung auf das Substrat zu überführen. Es ist
jedoch wichtig, das Material so aufzuziehen, daß es die
Vertiefungen vollständig ausfüllt, ohne daß überschüssiges
Beschichtungsmaterial an der Walzenoberfläche mitgeführt
wird, um eine geeignete gleichmäßige Überführung von der
Tiefdruckwalze mit hoher Qualität durchzuführen. Eine
Rakelanordnung bzw. -einheit 6 ist an der Abgabeseite des
Farbwerks 3 angebracht und umfaßt ein Rakelmesser bzw. eine
Rakel 7, die in bezug auf die Walze 2 positioniert ist, um
überschüssigen Auftrag etwa bei 8 abzurakeln. Die
Drehbewegung der Walze 2 durch das Farbwerk erzeugt Kräfte in und
an dem Beschichtungsmaterial 4 in dem Farbwerk, und das
Material tendiert dazu, in Drehrichtung zu fließen. Die auf
das Material wirkenden Kräfte haben daher die Tendenz, das
Material in dem Farbwerk vorwärtszubewegen. Die Kräfte in
dem Beschichtungsmaterial tendieren außerdem dazu, das
Material zu veranlassen, seitlich in Richtung zu den Enden
der Rakelanordnung 6 und der Walze 2 zu fließen. Bisher hat
eine solche Bewegung zu erheblichen Schwierigkeiten in bezug
auf die Unterhaltung einer ordnungsgemäßen Zuführung und
Überführung der Beschichtung auf den Zylinder geführt.
Ferner hat es bisher eine gewisse Bewegung des Bads und eine
erhebliche Änderung des Badspiegels gegeben, was zu einer
ineffizienten Überführung des Beschichtungsmaterials auf die
Oberfläche der Walze 2 geführt hat. Das
Beschichtungsmaterial hat die Tendenz, um das Ende der Walze 2 herum zu
steigen und sich längs der Endflächen der Walze 2 aufwärts
zubewegen.
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Die vorliegende Erfindung richtet sich insbesondere auf die
Ausbildung des Farbwerks 3 und speziell der Rakelanordnung 6
in Verbindung mit einer speziellen Vorrakeleinheit 9, die
als Druckfülleinrichtung sowie als
Badspiegel-Stabilisiervorrichtung wirkt. Die Beschichtungsvorrichtung kann im
übrigen jede geeignete oder gewünschte Konstruktion haben,
und sie wird nur insoweit beschrieben, wie das zum klaren
und vollständigen Beschreiben der gezeigten Ausführungsform
der Erfindung erforderlich ist.
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Insbesondere gemäß den Fig. 1 und 2 umfaßt die
Rakelanordnung 6 einen Strömungsablenker 10, und die Vorrakeleinheit 9
umfaßt einen Strömungsablenker 11. Die Ablenker 10 und 11
sind speziell ausgebildet und angeordnet, um gemeinsam
wirksam zu sein, um einen kontinuierlichen und gleichmäßigen
Fluß des abgerakelten Beschichtungsmaterials 8 von der
Einheit 6 und von der Oberfläche des Bads von der Einheit 9
weg, etwa bei 12, auszubilden. Das abgerakelte Material
fließt nach unten und rückwärts in den hinteren Bereich des
Bads in einer gleichmäßigen Laminarströmung als Resultat der
Ablenker 10 und 11. Die Strömungscharakteristik ist derart,
daß sie die Tendenz des Rotationszylinders, das Material zu
veranlassen, in den vorderen Bereich des Beschichtungsbads
zu fließen und sich dort aufzubauen, wirksam ausgleicht. Die
Ablenkplatten sind im allgemeinen einfache gewölbte
Elemente, die an dem Farbwerk befestigt sind. Der Ablenker 10 der
Anordnung 6 ist über dem Pegel des Bads 4 positioniert und
verläuft nach unten und hinten zu der Vorrakeleinheit 9. Der
Ablenker 11 der Vorrakeleinheit 9 ist in dem Bad 4
positioniert und ist nach unten und hinten gewölbt. Der Ablenker 11
endet im Abstand von der Bodenwand 13 des Farbwerkkastens
14. Der obere Endrand 16 des Ablenkers 11 ist an dem oberen
Arbeitspegel des Bads 4 im Abstand angeordnet und wirkt als
Vorrakel, die eine Überschußbeschichtung mit Material auf
der Walze 2 bewirkt, um das Ausfüllen der Tiefdruckwalze 2
zu gewährleisten. Der unmittelbar angrenzend an die Rakel 7
positionierte Ablenker 10 lenkt das abgerakelte Material 8
in das Bad und zu dem Zwischenraum 15 zwischen dem Ablenker
11 und der Bodenwand 13 des Kastens 14 ab. Die
Wechselwirkung des Rücklaufstroms erzeugt eine Druckverteilung mit der
Tendenz, eine gleichmäßige Strömungscharakteristik
auszubilden. Daher erzeugt die sich schnell bewegende Flüssigkeit
12, die nach unten und durch den Rakel-Vorablenker 11
gepreßt wird, einen Druck in dem Zwischenraum 15 und hat die
Tendenz, eine Venturi-Wirkung zu erzeugen, was eine
signifikante Verbesserung des gleichmäßigen Fließens des
abgerakelten Materials 8 in das Bad auf solche Weise ergibt, daß ein
im wesentlichen konstanter Flüssigkeitsspiegel unterhalten
wird. Der Hochgeschwindigkeitsstrom 12 erzeugt einen
negativen Druck am unteren Rand des Ablenkers 11, wodurch eine
Saugkraft auf die Flüssigkeit an der Außenseite des
Ablenkers 11 aufgebracht wird.
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Insbesondere ist der Farbwerkkasten 14 ein geeigneter, an
der Oberseite offener Behälter mit flachen Endwänden und
schräger Vorder- und Rückwand, die mit einer flachen
Bodenwand 13 verbunden sind. Bei einer praktisch verwendeten
Konstruktion können Abstützarme (nicht gezeigt) an der
Unterseite des Farbwerks befestigt und geeignete hydraulisch
angetriebene Einrichtungen vorgesehen sein, um den
Farbwerkkasten relativ zu dem Tiefdruckzylinder bzw. der -walze 2
abzustützen. Die Rakelanordnung 6 ist an der Abstromseite
des Farbwerkkastens 14 angebracht und ragt über den Rand des
Farbwerks nach innen, um die Rakel 7 in Wirkeingriff mit dem
Zylinder zu positionieren. Die Rakelanordnung ist gemäß der
bevorzugten Praxis an der Rahmenkonstruktion lösbar
angebracht, um ein Anbringen an der einen oder anderen Seite des
Farbwerks zu ermöglichen. Je nach dem jeweiligen
Druckverfahren kann also die Drehung der Tiefdruckwalze 2 in
Verbindung mit einer umgekehrten Positionierung der
Rakelanordnung und des Farbwerks umgesteuert werden.
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Insbesondere ist die Rakel 7 ein Messer, das sich im
wesentlichen über die Länge der Walze 2 erstreckt. Das Messer 7
ist in einer Schwenkhalterung 17, die in geeigneter Weise in
einer nicht gezeigten Lagerung angebracht ist, lösbar
eingespannt oder anderweitig befestigt. Während die
Tiefdruckwalze
dreht, wird durch die hydraulische Wirkung des
Beschichtungsfluids auf das Messer dieses gegen die Walze
ausgelenkt.
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Der Rakelablenker 10 ist an der Unterseite der
Schwenkhalterung 17 auf irgendeine geeignete Weise befestigt. Der
Ablenker 10 ist ein kontinuierliches, ununterbrochenes
Element, das eine fortlaufende Wand definiert, um das Material
4 über die Gesamtbreite der Walze 2 abzulenken. Der
Querschnitt des Ablenkers ist, wie die Fig. 1 und 2 deutlich
zeigen, eine im allgemeinen spiralenähnliche Konfiguration
und weist einen oberen, im wesentlichen geraden Bereich 22
auf, der an der Unterseite der Schwenkhalterung 17 befestigt
ist. Der gewölbte Bereich des Ablenkers öffnet sich in
Richtung zum entgegengesetzten Ende des Kastens und endet in
einer Bahn, die zu der Vorrakelanordnung 9 gerichtet ist,
wobei Ziellinien zu dem Zwischenraum 15 verlaufen. Das
abgerakelte Material wird gleichmäßig in den oberen Bereich des
Ablenkers und dann abwärts in den Kasten gelenkt, wo es sich
mit dem Material im Kasten vermischt. Das abgerakelte
Material 8 fließt gleichmäßig und unter nur minimaler
Schaumbildung des Materials.
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Der Spiegel 23 des Materials 4 in dem Kasten 14 befindet
sich im allgemeinen auf dem Niveau des Oberendes des Rakel-
Vorablenkers 11 zur Abstromseite des Ablenkers 11. Der Pegel
24 zur Aufstromseite zwischen Ablenker 11 und Rakelanordnung
6 liegt erheblich tiefer, und der Pegel ist durch die
Drehkräfte der Walze 2 einstellbar. Der Pegel ist mit der
Walzengeschwindigkeit und der Viskosität des Materials
veränderlich. Die Konstruktion ist bevorzugt so ausgelegt, daß
der Pegel 24 nicht unter das untere Ende des Ablenkers 11
absinkt.
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Der Rakel-Vorablenker 11 ist als ein halbkreisförmiges
Element gezeigt, das gemeinsam mit dem Kasten 14 montiert ist.
Der Ablenker 11 ist, was eine zweckmäßige Anbringung
darstellt,
an den entgegengesetzten Endwänden des Kastens
befestigt und definiert somit eine Teilgehäusewand zur
Einschließung des Materials 4. Die Kante 16 ist abgeschrägt, um
einen präzisen Winkel mit der Tangente des damit
ausgerichteten Bereichs der Walze 2 zu definieren, wie bei 26 gezeigt
ist. Der Winkel bildet einen Spalt für das
Beschichtungsmaterial, um das Aufziehen der Beschichtung zum
vollständigen Ausfüllen der Oberfläche der Tiefdruckwalze
sicherzustellen. Die drehende Walze erzeugt hydraulische Kräfte
innerhalb des keilförmigen Spalts 26, um die Flüssigkeit
positiv in die Walzenzellen zu pressen. Der Ablenker 11 ist
an der Abstromseite des Zylinders positioniert und verläuft
nach unten, wobei der untere Rand oder der Radiuspunkt 27
des Ablenkers 11 geringfügig über dem Boden des Kastens 14
liegt. Somit verläuft der Ablenker nach unten und wölbt sich
zurück zu der entgegengesetzten Seite des Zylinders, um
einen Rückfluß des Fluids zu definieren, wie bei 12 gezeigt
ist. Das untere Ende des Ablenkers 11 ist nach oben von dem
Kastenboden 13 beabstandet und definiert einen engen
Durchgang 15 zwischen seinem unteren Bereich und der Bodenwand.
Der Ablenker 11 verläuft über den untersten Punkt 27 hinaus
und ist daher leicht nach oben gewölbt. Beispielsweise kann
die Verlängerung ca. 10º über die Vertikalebene hinaus durch
den Mittelpunkt des Ablenkers gehen. Der Spalt 15 ist daher
im allgemeinen düsenförmig in der Rücklaufrichtung des
Fluids zur Abstromseite des Ablenkers 11 in dem Bereich des
Pegels 24.
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Die Wirkung des Durchflusses und des Düseneffekts ist
derart, daß auf die abgerakelte Flüssigkeit 8 im Bereich des
Pegels 24 eine Zugkraft aufgebracht wird, um die Flüssigkeit
zwangsläufig in den Kasten zurückzuziehen.
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Der Grundpegel des Fluidmaterials 4 kann auf jede geeignete
Weise eingestellt sein, und ein Überlauf- oder Standrohr 30
im Vorderende des Kastens gegenüber den Messern der Rakel
und der Vorrakel ist zum Zweck der Erläuterung gezeigt. Der
Pegel ist geringfügig unter dem oberen Rand des Ablenkers 11
eingestellt, und der Unterschied liegt im allgemeinen in der
Größenordnung der Dicke des Ablenkers. Die präzisen
relativen Pegel sind mit der Geschwindigkeit und der
Fluidviskosität leicht veränderlich, aber das spielt im Vergleich mit
den üblichen Kasten- und Rakeleinheiten, die beim Tiefdruck
und dergleichen verwendet werden, keine Rolle.
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Die Ablenker 10 und 11 sind speziell aufgebaut und
angeordnet, um zusammenzuwirken. Die von den beiden Ablenkern
erzeugte Strömungscharakteristik ist derart, daß dadurch die
Tendenz der drehenden Tiefdruckwalze ausgeglichen wird, das
Material zu veranlassen, zu fließen und sich im vorderen
Bereich der Beschichtungsbahn aufzubauen. Die Wechselwirkung
des Rückflusses erzeugt eine Druckverteilung mit der
Tendenz, eine gleichmäßige Strömungscharakteristik
auszubilden. So hat die sich rasch bewegende Flüssigkeit,
die in dem Rakel-Vorablenker nach unten gedrückt wird, die
Tendenz, eine Venturi-Wirkung zu erzeugen, und zwar mit
einer sehr wesentlichen Verbesserung des gleichmäßigen
Flusses des Beschichtungsmaterials innerhalb der Bahn und
auf solche Weise, daß ein im wesentlichen konstanter
Flüssigkeitsspiegel aufrechterhalten wird.
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Insgesamt dient der Ablenker 11 dazu, die rotationsbedingte
Verformung des Bads zu begrenzen und gleichzeitig ein
vollständiges Ausfüllen der Walzenoberfläche mit dem Material
sicherzustellen. Außerdem sorgt der Rakel-Vorablenker 11 für
eine gleichmäßige erneute Umwälzung innerhalb des
Hauptkörpers der Flüssigkeit und bewirkt einen gleichmäßigen,
schaumfreien Rücklauf der abgerakelten Flüssigkeit in den
Kasten.
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Die vorliegende Erfindung gibt somit eine einfache,
zuverlässige Stabilisierungsvorrichtung für die Druckfarbe oder
sonstige Flüssigkeit für Aufbringvorrichtungen von
Tiefdruckeinrichtungen und dergleichen an, wobei eine
signifikante
Verbesserung der Beschichtungscharakteristiken der
Vorrichtung erreicht und Wartungs- und Abschaltzeiten der
Vorrichtung minimiert werden.