DE3906070A1 - Verfahren und vorrichtung zum beschichten eines bahnmaterials mit einer klebstoffloesung und anwendung - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum beschichten eines bahnmaterials mit einer klebstoffloesung und anwendungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum vollflächigen
kontinuierlichen Beschichten eines Bahnmaterials, insbesondere
einer Folien-, Papier-, Gewebe- oder Vliesbahn, mit einer Kleb
stofflösung mittels eines Abstandsrakels gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Die Erfindung befaßt sich auch mit einer Vor
richtung zum Ausführen des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 4 sowie einer bevorzugten Anwendung nach Anspruch 11.
Die Erfindung bezieht sich dabei insbesondere auf Merk
male eines Abstandsrakelwerks zum vollflächigen, kontinuierli
chen Beschichten schnellaufender Folien-, Papier-, Gewebe- oder
Vliesbahnen mit hochviskosen Klebstofflösungen.
Zum vollflächigen, kontinuierlichen Beschichten von Folien-,
Papier-, Gewebe- oder Vlies-Bahnen mit Klebstofflösungen wird seit
Jahrzehnten vorwiegend das Abstandsrakel benutzt. Ein typischer
Produktionsvorgang, bei dem das Abstandsrakel zur Anwendung ge
langt, ist beispielsweise die Herstellung von Selbstklebebändern,
wofür auch die Erfindung vorzugsweise zur Anwendung kommt.
Hierbei geht es darum, eine Lösung von Haftklebstoff in möglichst
gleichmäßiger Menge und möglichst glattflächig auf einer kon
tinuierlich durchlaufenden Kunststoffolienbahn zu verteilen.
Der Festkörper der Klebstofflösung besteht zumeist aus einer
Nuturkautschuk/Harz-Mischung oder aus synthetischen Polymer
substanzen mit klebrigen Eigenschaften; als flüssiger Anteil
werden verdunstbare organische Lösungsmittel verwendet. Letztere
werden anschließend an den Beschichtungvorgang in einem Durch
lauftrockner verflüchtigt, so daß als Endprodukt das mit fester
Klebemasse beschichtete Trägermaterial übrigbleibt.
Kennzeichnend für Beschichtungsvorgänge, bei denen das Ab
standsrakel eingesetzt werden kann, sind folgende Sachverhalte:
- - Aus wirtschaftlichen Gründen wird ein hoher Feststoffgehalt der Lösung angestrebt. Neuzeitliche Klebstofflösungen weisen ein Verhältnis zwischen Trockenmasse und Lösungs-Gesamtmasse auf, das meist über 0,3 liegt. Daraus resultiert eine sehr hohe Viskosität der zu verstreichenden Lösung; typisch sind Zähigkeitswerte zwischen 10 000 und 100 000 mPa · s.
- - Die Dicke der aufgetragenen Klebstoffschicht liegt gewöhn lich in derselben Größenordnung wie die des Trägermaterials. Diese Tatsache begründet den begrifflichen und technologischen Unterschied zwischen dem Vorgang des "Beschichtens" und ähnlichen, aber physikalisch andersartigen Vorgängen, wie z. B. dem "Grundieren" oder "Lackieren", bei denen die Aufstrichdicke im allgemeinen wesentlich geringer ist. So beträgt beispielsweise die Dicke der trockenen Klebstoff schicht bei normalen Verpackungs-Selbstklebebändern ca. 25 µm bei einer Foliendicke von ebenfalls ca.25 µm.
Die beiden genannten Kriterien (hohe Viskosität der Lösung und
relativ große Aufstrichdicke) bestimmen das Funktionsprinzip
des Abstandsrakels. Fig. 1 verdeutlicht dessen grundsätzlichen
Aufbau:
Die Trägerbahn 1 läuft kontinuierlich über eine genau rund
laufende Tragwalze 2. Über der Tragwalze ist ein im Abstand
zu ihr stufenlos und präzise verstellbares Dosierwerkzeug 3
angeordnet. Eine Rückwand 4 sowie ein Paar Seitenmasken 5
bilden einen trogartigen, nach oben offenen Behälter, in
welchen die Klebstofflösung 6 aus der Zuführleitung 7 hinein
fließt. Die zulaufende Bahn ist im Bereich 8 unbeschichtet,
im Bereich 9, d. h. nach Verlassen des Rakels, mit Kleb
stofflösung belegt. Von dort aus läuft sie in den Trocken
ofen, wo das Lösungsmittel verdunstet wird. Durch geeignete
Regulierung des aus der Zuführleitung 7 zufließenden Kleb
stoffstromes, was beispielsweise durch Drosseln der in der Lei
tung enthaltenen Absperrventile oder durch Beeinflussung des
Förderstromes einer etwa vorhandenen Klebstoffpumpe erfolgen
kann, hält man das Füllniveau im Klebstofftrog möglichst kon
stant. Dieser Regelvorgang kann entweder durch manuellen Ein
griff oder mittels automatischer Regeleinrichtungen erfolgen,
insbesondere mittels berührungslos arbeitender Sensoren. Diese
Regeltechnik ist allgemein bekannt und wird im folgenden ohne
nähere Beschreibung als bekannt vorausgesetzt.
Fig. 2 zeigt einen vergrößerten, schematischen Schnitt durch
das Abstandsrakel nach Fig. 1. Man erkennt, daß sich die zu
fließende Klebstofflösung 6 vor dem Dosierwerkzeug 3 staut. Nur
eine dünne Schicht 10, deren Dicke sich nach dem eingestellten
Abstand 11, dem sog. "Rakelspalt", richtet, wird von der Bahn 1
mitgeschleppt.
Das Prinzip des Abstandsrakels wurde in zahlreichen, äußerlich
zum Teil sehr unterschiedlichen Ausführungsformen verwirklicht.
Insbesondere das Dosierwerkzeug wird in vielen verschiedenen
Formen ausgeführt. Einige der bekanntesten Rakelbauarten sind
in Fig. 3 schematisch wiedergegeben:
Bild a) zeigt eine Ausführungsform, bei der das Dosierwerkzeug 3
als nicht-drehende Walze mit eingearbeiteter Dosierkante ge
staltet ist.
In Bild b) ist das Dosierwerkzeug 3 als Vollwalze ausgebildet,
die in langsame, permanente Drehung versetzt wird. Der Drehsinn
ist in Bahn-Durchlaufrichtung orientiert; die Umfangsge
schwindigkeit der Walze 3 ist im Vergleich zur Folien
geschwindigkeit sehr gering (< ca. 1%). Vorteile dieser An
ordnung, die sich allerdings nur bei Klebstoffen mit ganz
spezifischen Viskositäts- und Benetzungseigenschaften anwenden
läßt, sind der geringe Verschleiß der Dosierwalze 3 sowie deren
Selbstreinigung während des Betriebs.
Bild c) zeigt ebenfalls eine Anordnung mit langsam rotierender
Dosierwalze, diese jedoch nicht oberhalb, sondern im Prinzip
auf gleicher Zentrumshöhe wie die Tragwalze F 2 angeordnet.
Vorteilhaft ist hierbei, daß im Gegensatz zu den bisher be
schriebenen Bauarten auf die quer angeordnete Rückwand
verzichtet werden kann, da der als Vorratsraum unbedingt not
wendige Klebstofftrog bereits aus der Tragwalze 2, der Dosier
walze 3 und den Seitenmasken 5 gebildet wird. Nachteilig ist die
nach unten weisende Austrittsrichtung der beschichteten Bahn, und
zwar im Hinblick auf die räumliche Anordnung des nachfolgenden
Trockenofens.
Auch bei Ausführungsform d) kann auf die Rückwand verzichtet
werden, allerdings um den Preis eines Gleittisches 12, über den
die einlaufende Bahn mit ihrer Rückseite hinwegrutscht.
Bei Ausführungsform e) dient ein an seiner Unterkante gerun
detes oder zugespitztes Messerblatt 3 als Dosierwerkzeug.
Diese Bauart entspricht der bereits in Fig. 1 u. 2 beispielhaft
dargestellten Grundform.
Die Ausführungsform f) kann als Kombination der Formen nach b)
und e) aufgefaßt werden. Das Dosierwerkzeug 3 besteht hier aus
einer langsam rotierenden Walze mit relativ kleinem Durchmesser.
Aus Festigkeitsgründen ist sie in einem stabilen, über die
ganze Beschichtungsbreite reichenden Stützkörper 13 gleitend
gelagert.
Unabhängig von der gewählten Ausführungsform lassen sich die
beiden folgenden, für sämtliche Bauarten des Abstandsrakels
gültigen Bau- und Funktionsprinzipien formulieren:
- 1.) Die als Beschichtungsmasse zugeführte, zähe Flüssigkeit wird unter Schwerkraftwirkung aus einem trogförmigen Re servoir auf die darunter durchlaufende Trägerbahn aufge bracht. Als frei einstellbare Verfahrensgröße zur Er reichung der gewünschten Beschichtungsdicke dient der lichte Abstand, der sog. "Rakelspalt", zwischen dem von einer Tragwalze gestützten Trägermaterial und einem - wie immer auch ausgebildeten - formstabilen Dosierwerkzeug.
- 2.) Die zugeführte Klebstofflösung wird - soweit ihre Oberfläche
nicht der umgebenden Atmosphäre ausgesetzt ist - von festen
Umfassungswänden eingegrenzt. Kennzeichnend für diese Um
fassung ist, daß sie sich sowohl aus ruhenden, als auch
aus bewegten Flächen zusammensetzt.
Ruhende Begrenzungsflächen sind:- - die Trog-Rückwand, sofern vorhanden.
- - die Seitenmasken.
- - das Dosierwerkzeug, gleichgültig, ob als Rakelblatt oder als Walze oder sonstwie ausgebildet. (Sofern eine langsam ro tierende Walze verwendet wird, kann diese wegen der Klein heit der Umfangsgeschwindigkeit prinzipiell als ruhende Be grenzungsfläche aufgefaßt werden).
- Eine bewegte Begrenzungsfläche ist:
- - Der vom Klebstoff benetzte Teil der durchlaufenden Träger bahn.
Das Prinzip Nr. 1.) kann als die Grundlage des Abstandsrakels
bezeichnet werden. Es beschreibt die ursprünglichste Vorstellung,
die sich mit dem Begriff des Abgstandsrakels verbindet. Das
Prinzip Nr. 2.) ist eine logisch notwendige Folge des ersteren.
Trotz seiner hiermit ausgesprochenen Bedingtheit verdient es
eine eigenständige, sorgsame Beachtung, wenn die Funktionsweise
des Abstandsrakels voll verstanden und zum bestmöglichen prak
tischen Nutzen weiterentwickelt werden soll. Daß eine Weiterent
wicklung geboten ist, geht aus Betriebserfahrungen hervor, die in
den letzten Jahren gemacht werden konnten.
Die technische Entwicklung des Beschichtungswesens schreitet zu
immer höheren Durchlaufgeschwindigkeiten fort. Für die Herstel
lung von Selbstklebebändern gibt es heute beispielsweise Be
schichtungsmaschinen mit Durchlaufgeschwindigkeiten von
250 m/min und Beschichtungsbreiten von 2 m. Gleichzeitig führen
wirtschaftliche Gründe zu immer höheren Feststoffgehalten der
Klebstofflösungen, die ihrerseits wachsende Viskositäten zur
Folge haben. Diese Tendenzen haben eindeutige Funktionsschwächen
der bisher bekannten Rakelkonstruktionen zutage treten lassen.
Trotz fortlaufender Vervollkommnung der mechanischen Präzision
der Beschichtungseinrichtungen ist häufig folgendes zu beklagen:
- - Die Beschichtungsdicke weist sowohl längs als auch quer zur Laufrichtung der Trägerbahn statistische Schwankungen auf, deren Größe selbst bei Würdigung aller denkbaren, ungewollten Variationen der maßgeblichen Vorgabedaten (Rundlauffehler der Tragwalze, Dickenschwankungen des Trägermaterials, Präzisionsmängel des Dosierwerkzeugs, elastische Deformation von Tragwalze und Dosierwerkzeug durch hydraulische Kräfte, Veränderungen der Rakelspalt weite durch Temperatureinfluß, unvermeidbare Schwankungen von Feststoffgehalt und Viskosität der Beschichtungsmasse) nicht erklärbar erscheint.
- - Die Oberflächenstruktur der Beschichtung läßt zu wünschen übrig. Statt der angestrebten spiegelglatten Oberfläche findet man eine opake, mit kleinen Bläschen durchsetzte Auftragsschicht.
Zu einem erklärenden Verständnis der erwähnten Mängel gelangt
man, indem man das obige Prinzip Nr. 2.) mit allen seinen Kon
sequenzen erfaßt und mit den tatsächlichen, an arbeitenden
Rakeleinrichtungen zu beobachtenden Erscheinungen in eine
logische Zusammenschau bringt. Dies soll im folgenden geschehen.
Da es sich um prinzipielle Betrachtungen handelt, ist es gleich
gültig, welche der im 1. Abschnitt beschriebenen Rakel-Bauarten
man zur Demonstration heranzieht. Die Auswahl des in Fig. 1
und 2 dargestellten Grundtyps zur Illustration der folgenden
Darlegungen ist rein willkürlich. Die Ausführungen ließen sich
mit demselben physikalischen Grundgehalt anhand aller übrigen
Bauformen entwickeln.
Zur Erläuterung des in der Dosierpartie eines Abstandsrakels
herrschenden Strömungszustandes diene Fig. 4:
In Fig. 4 sind zunächst die Elemente 1 bis 6 gemäß Fig. 1
verwendet. Zusätzlich sind einige markante Punkte P 1 bis P 8
eingetragen, deren Bedeutung sich rein anschaulich ergibt.
Schließlich sind einige Pfeile F 1 bis F 5 angedeutet, die
als allgemeine Richtungsangaben für die im Rakeltrog sich
ausbildende Strömung zu verstehen sind.
Die Linie P 1-P 2 stellt das obere Niveau der Klebstoff
lösung dar, die im Vorratstrog enthalten ist. Sie steht mit der
Atmosphäre in Verbindung. Die Linien P 7-P 8-P 1 sowie P 2-P 4
sind die ruhenden Berandungen des Klebstoffvorrats. Die auf
diesen Linien liegenden Flüssigkeitspartikel haften an festen
Wänden und haben daher die Geschwindigkeit Null. Die auf der
Berandungslinie P 5-P 6 liegenden Klebstoffteilchen haften auf
dem Trägermaterial und bewegen sich mit dessen Geschwindigkeit.
Die Strecke P 6-P 7 stellt die Mengenbilanzgrenze dar, durch
welche der mitgehende Klebstoff den Vorratsraum verläßt.
Aus dieser Übersicht lassen sich einige wesentliche Erkennt
nisse gewinnen:
- - Der auf der Linie P 5-P 6 herrschende Vortrieb wirkt sich wegen der Zähigkeit der Lösung nicht nur unmittelbar in der Nähe des Trägermaterials aus, sondern pflanzt sich nach oben in den Vorratsraum hinein fort, wobei die Wirkung mit zu nehmendem Abstand vom Träger abnimmt. Dadurch werden die Träger-nahen Schichten des Klebstoffs mitgenommen. Deren Bewegung wird durch den Pfeil F 1 symbolisiert.
- - Die im Sinne des Pfeiles F 1 fließende Strömungsmasse ist
größer als die letztlich durch die Bilanzgrenze P 6-P 7 in
Richtung F 3 abfließende Menge. Der Überschuß wird in Richtung
F 2 nach oben abgedrängt, wo er einen Zufluß aus Richtung F 4
erhält. Die Bewegung setzt sich schließlich wieder auf dem
Wege F 1 fort. Es besteht somit ein geschlossener Kreislauf
mit je einem Zu- und Abfluß. Dabei bilden sich 3 strömungs
physikalisch unterscheidbare Bereiche aus:
- * Der mehr oder weniger in Ruhe befindliche Vorratsbereich. Es ist dies der unmittelbar unterhalb der Oberflächen linie P 1-P 2 befindliche Anteil der Klebstofflösung, aus dem heraus die Rotationsbewegung durch Schwerkraft ihren Zufluß im Sinne des Pfeiles F 4 empfängt.
- * Der Rotationsbereich, in Fig. 4 angedeutet durch die Pfeile F 1 und F 2. Er erstreckt sich großräumig in waagrechter Rich tung vom Rakelwerkzeug 3 bis zur Rückwand 4, in senkrechter Richtung vom bewegten Bahnmaterial 1 aufwärts in Richtung Vorratsbereich. Der darin enthaltene Klebstoff befindet sich in ständiger Rotation. Man kann in der Praxis diese Bewegung leicht sichtbar machen, indem man das Füllniveau des Troges niedrig hält; man sieht dann die gesamte Klebstoffmasse als zusammenhängenden Wulst rotieren. Dieselbe Bewegung läßt sich bei den Rakelkonstruktionen ohne Rückwand nach Fig. 3c) und d) beobachten.
- * Der Einzugbereich. Er enthält jenen Teil der Klebstoffmasse, der sich zwischen dem Bahnmaterial 1 und der Linie P 7-P 8 befindet, in Fig. 4 vertreten durch den Pfeil F 3. Dies ist die Zone, wo sich die Kontur der den Klebstoff einschlie ßenden Berandungen in Bahnlaufrichtung gesehen zum Rakel spalt hin verengt. An seinem Anfang, unterhalb des Punktes P 8 liegt noch Rotationsströmung vor, während an seinem Ende, unterhalb P 7, eine schlichte Längsströmung in Rich tung des Bahnlaufs herrscht. Je nach Länge der sich ver engenden Berandungskontur spricht man von einem kurzen bzw. langen Einzugsbereich. Bei den in Fig. 3 beispielhaft dar gestellten Bauarten von Abstandsrakelwerken wird man den Einzugsbereich der Formen e) und f) als kurz, den der übrigen als lang einstufen.
- - Es sei darauf hingewiesen, daß es nicht möglich ist, die drei Hauptbereiche scharf voneinander abzugrenzen; einander berühren de Strömungsfelder gehen immer stetig ineinander über. Dennoch eignet sich die hier gewählte Unterscheidung, um einen Einblick in diejenigen Kräfte zu gewinnen, die in den verschiedenen Be reichen dominieren.
- In zähen Strömungen mit freien Oberflächen wirken grundsätzlich
drei Kräfte von verschiedener Natur, nämlich Schwerkraft, Druck
kräfte und Zähigkeitskräfte. Die im Rahmen einer allgemeinen
Theorie, z. B. in den Navier-Stokes-Gleichungen, noch vorkommende
vierte Kräfteart, die Massenträgheitskraft, kann wegen der im
Zusammenhang mit dem Erfindungsgegenstand vorausgesetzten hohen
Viskosität äußer Betracht bleiben. Unter diesem Aspekt lassen
sich die drei unterschiedenen Strömungsbereiche hinsichtlich der
in ihnen wirkenden Kräfte wie folgt charakterisieren:
- * Der Vorratsbereich ist durch ein Wechselspiel geringer Schwerkräfte, erzeugt durch die statische Füllhöhe der Klebstofflösung, sowie ihnen entgegenwirkender, geringer Druckkräfte gekennzeichnet. Die Zähigkeitskräfte spielen wegen des nahezu bewegungslosen Zustandes der Klebstoff lösung in diesem Bereich fast keine Rolle.
- * Im Rotationsbereich besteht ein Wechselspiel aller drei Kräftearten, die sich hier zu annähernd gleicher Größen ordnung aufbauen. Dabei nehmen Druck- und Zähigkeitskräfte tendenziell in Richtung zum Einzugsbereich hin zu. Am unteren Rand des Rotationsbereichs, auf der Linie P 4-P 5, liegt dagegen ein Zustand vor, bei dem nahezu ausschließlich die Zähigkeits- und die Schwerkraft in Wechselwirkung stehen. Auf dieser Linie, die mit der At mosphäre in Kontakt steht, spannen die Zähigkeitskräfte eine Brücke auf, welche die Schwerkraft tendenziell ein zudrücken versucht. Die sich einstellende Lage der Punkte P 4 und P 5 sowie die Form der dazwischen liegenden Kurve F 5 wird somit durch ein Gleichgewicht relativ schwacher Kräfte bestimmt. Es leuchtet ein, daß jede Veränderung der Füllhöhe des Vorratstrogs (= Veränderung der auf der Brücke P 4-P 5 lastenden Gewichtskraft) eine Veränderung oder Verlagerung der Kontur F 5 nach sich zieht.
- * Im Einzugbereich dominieren allein die Zähigkeits- und Druckkräfte. Durch viskose Schleppwirkung der sich mit Bahngeschwindigkeit bewegenden Flüssigkeitsteilchen auf der Linie P 5-P 6 wird Klebstofflösung in Richtung des Pfeiles F 3, d. h. zur engsten Stelle des Rakelspalts hin gedrängt. Als Reaktion bauen sich Druckkräfte auf, die kurz vor dem Rakelspalt die Größenordnung von einigen Atmosphären erreichen können.
- Obwohl die Schwerkraft im eigentlichen Einzugsbereich keine nennenswerte Rolle spielt, ist sie doch auf indirektem Wege für die Größe des vor dem Rakelspalt aufgebauten Druckes mitverantwortlich. Die Lage des Punktes P 5 bestimmt nämlich die Länge der Vortriebsstrecke P 5-P 6, die ihrer seits für die erreichte Druckhöhe verantwortlich ist. Wie oben gezeigt wurde, hängt die Lage von P 5 von Schwer kraftwirkungen ab, die von der Vorrats- und Rotationszone aus auf die Grenzfläche F 5 wirken. Hieraus erhellt, daß vergleichsweise schwache Kraftwirkungen, die aus dem Vorrats- und Rotationsbereich stammen, derart mit dem Strömungszustand im Einzugbereich gekoppelt sind, daß sie das dortige Strömungsfeld, insbesondere den dortigen, relativ hohen Druck beeinflussen können.
- - Die mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Linie F 5 ist noch unter einem anderen Aspekt von Interesse. Kennzeichnend ist, daß im Punkte P 4 die Strömungsgeschwindigkeit Null herrscht, während im Punkte P 5 die Geschwindigkeit der Klebstoffpartikel gleich der Durchlaufgeschwindigkeit des Trägers ist. Die auf der Linie F 5 sich bewegenden Lösungsteilchen erfahren also eine Beschleunigung von Null auf die höchste, im System überhaupt auftretende Geschwindigkeit. Dabei wird der auf F 5 liegende Stromfaden durch Viskositätskräfte in die Länge gestreckt. Es muß davon ausgegangen werden, daß hierbei in der Flüssigkeit eine lokale Druckverminderung auftritt. Sinkt der absolute Druck hierbei unter den Siededruck des Lösungsmittels, so tritt ein lokales Sieden desselben, die sog. Kavitation, ein. Dieser Effekt ist die Erklärung für das Auftreten von vielen winzigen Bläschen in der Klebstoff beschichtung. Ergänzend sei bemerkt, daß etwaige, im Kleb stoff gelöste Luft die Bläschenbildung noch begünstigt, da sie sich tendenziell bei Druckverminderung schon vor dem Lösungsmittel verflüchtigt.
- Ob Kavitation auftritt oder nicht, hängt unter anderem von der Form der Linie F 5 ab; deren Länge bestimmt nämlich die Stärke der Flüssigkeitsbeschleunigung und damit die sich einstellende Druckverminderung. Je näher P 4 und P 5 an P 3 zu liegen kommen, desto kürzer wird die Beschleunigungsstrecke und desto ausgeprägter ist der Kavitationseffekt.
- - Die Beobachtung arbeitender Rakeleinrichtungen lehrt, daß die Form der Linie F 5 (und damit die Lage der Punkte P 4 und P 5) keineswegs zeitlich stabil, sondern fluktuierenden Änderungen unterworfen ist, auch wenn alle sonstigen äußeren Betriebsbedingungen konstant gehalten werden. Dies geht aus folgenden Beobachtungen hervor:
- Senkt man das Füllstandsniveau im Rakeltrog soweit ab, daß man den durch die Linien F 1 u. F 2 vertretenen Rotations wulst beobachten kann, so stellt man eine rasche, regel lose Abfolge von Einschnürungen, Verdickungen und Taumel bewegungen des Wulstes fest. Diese können soweit gehen, daß sich der Klebstoffwulst abwechselnd von der Trog rückwand 4 völlig ablöst und wieder anlegt. Dabei ist das Geschehen über die Breite der Trägerbahn gesehen von Zone zu Zone regellos unterschiedlich. Mit wach sender Bahngeschwindigkeit werden die Fluktuationen immer ausgeprägter.
- Beobachtet man den oberen Niveaupegel P 1-P 2 eines mit hoher Geschwindigkeit betriebenen Rakelwerks, so kann man in unregelmäßigen Zeitabständen das Austreten von Luftblasen in der Nähe von P 1 feststellen. Diese Luft kann nur unterhalb des tiefsten Punktes der Rückwand P 3 eingetreten sein. Durch fluktuierende Ortsveränderung der Punkte P 4 und P 5 wird sie in den strömenden Klebstoff eingekapselt und von der Strömung F 1 in Richtung Rakelspalt mitgenommen. Der dort herr schende, hohe absolute Flüssigkeitsdruck drängt sie nach oben ab, so daß sie zunächst in Richtung F 2 auf steigt und schließlich bei P 1 den oberen Pegel durch bricht.
- Zusammenfassend läßt sich über die Fluktuationserschei nungen sagen, daß es sich hierbei um ein typisches physi kalisches Stabilitätsproblem handelt. Instabilitäten treten in der Technik häufig auf, insbesondere im Zusammenhang mit Strömungsvorgängen. Sie entziehen sich gewöhnlich wegen ihrer Komplexität einer rechnerischen Lösung; man kann nur versuchen, sie im konkreten Fall durch Optimierung der maßgeblichen Randbedingungen zu beseitigen oder in Grenzen zu halten.
- - Die Einsicht, daß bei herkömmlichen Rakelkonstruktionen die Strömungsverhältnisse im Bereich des Pfeiles F 5 stati stischen Schwankungen unterworfen sind, zieht im Anschluß an den oben geäußerten Befund, wonach der im Einzugsbereich aufgebaute Überdruck von der bei F 5 herrschenden Strömungsform abhängt, den Schluß nach sich, daß der besagte Überdruck eben falls schwankt. Dies hat gravierende Konsequenzen für die er zielte Beschichtungsdicke:
- In Fig. 5 ist der Bereich des Rakelspalts aus Fig. 4 ver größert dargestellt. Die Frage ist, welches Geschwindig keitsprofil sich an der Bilanzgrenzlinie P 6-P 7 ausbildet. Kennt man dieses Profil, so kennt man auch die effektiv aufgetragene Klebstoffmenge, denn aller Klebstoff, der die Bilanzgrenze verläßt, findet sich auf dem Trägermaterial wieder.
- Zunächst kennt man zwei Fixpunkte des gesuchten Profils:
Man weiß, daß die Geschwindigkeit des Klebstoffs am Punkte P 7 (Dosierkante des Rakelblatts) Null sein muß, weil der Klebstoff dort haftet; man weiß außerdem, daß der am Punkte P 6 (Oberfläche des Trägers) befindliche Klebstoff die Durchlaufgeschwindigkeit der Bahn annehmen muß. Diese Ge schwindigkeit ist durch den Vektor W dargestellt. - Über das Geschwindigkeitsprofil im Bereich zwischen P 6 und P 7 weiß man nichts Konkretes. Man kann jedoch qualita tiv sagen, in welchem Sinne sich ein gegebenes Profil ver ändert, wenn der rechts der Strecke P 6-P 7 herrschende statische Druck vergrößert wird. Nimmt man vereinfachend an, das ursprüngliche Geschwindigkeitsprofil sei (in Anlehnung an die zähe Schleppströmung zwischen zwei gegeneinander bewegten, ebenen Platten, die sog. Couette-Strömung) eine Gerade K 1, so weiß man aus der Strömungslehre, daß ein zusätzlich von rechts her wirkender Druck eine Ausbeulung der Geraden K 1 zur Kurve K 2 bewirkt. Eine weitere Steigerung des Vordrucks ergibt das Profil K 3 u. s. w. Fülligere Profile sind aber gleichbedeutend mit mehr Mengendurchsatz.
- Daraus wird im Rahmen der Erfindung der Schluß gezogen, daß die statistischen Schwankungen des Strömungszustandes im Rakel trog ebensolche statistischen Schwankungen der Beschichtungsdicke nach sich ziehen, die sich ebenso wie jene sowohl in Längs- als auch in Querrichtung der Trägerbahn abspielen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zu schaffen, mit denen in einem Rakelwerk selbst hoch
viskose Klebstofflösungen auch auf eine schnellaufende Material
bahn möglichst gleichmäßig und mit minimaler Porenbildung aufge
tragen werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Ver
fahrens nach Anspruch 1 bzw. der Vorrichtung nach Anspruch 5 ge
löst.
Die Erfindung beseitigt die beschriebenen, prinzipiellen Mängel
herkömmlicher Abstandsrakel oder reduziert sie zumindest auf ein
vernachlässigbares Maß dadurch, daß die Strömungsform der Kleb
stofflösung im Rakeltrog stabilisiert wird.
Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung. Diese wird im folgenden anhand schematischer Zeich
nungen an Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. Es zeigt
Fig. 6 das Grundprinzip der Erfindung an einem Schnitt analog
Fig. 4;
Fig. 7a) bis 7f) Modifikationen der bekannten Grundtypen nach
Fig. 3a) bis 3f) gemäß der Erfindung;
Fig. 8a) und 8b) im Schnitt gemäß Fig. 4 oder 6 zwei Ausführungs
formen einer Stauleiste; und
Fig. 9 in gleicher Schnittdarstellung eine Veranschaulichung des
Einzug- bzw. Dosierbereichs.
Eine fest angeordnete Stauleiste 14, die sich über die ganze
Beschichtungsbreite erstreckt, reicht mit ihrer Vorderkante
P 9 nahe an die Einlaufkante des Dosierwerkzeugs P 8 heran.
Die Rückseite der Stauleiste schließt dicht mit der Trog-
Rückwand 4 ab, so daß dort kein Klebstoff nach unten dringen
kann. Diese Anordnung verändert die Strömungsverhältnisse
in folgender Weise:
- - Der Rotationswulst, dargestellt durch die Pfeile F 1-F 2, wird in seiner Ausdehnung erheblich verringert.
- - Der Rotationswulst wird zweckmäßig mit einem erheblichen Anteil seiner Querschnittsfläche, vorzugsweise ganz oder fast ganz, in den Einzugspalt zwischen Dosierwerkzeug 3 und Trägerbahn 1 verlagert und auf diesen beschränkt und endet jedenfalls im Bereich der Zulauföffnung zwischen dem Dosier werkzeug 3 und der Stauleiste 14.
- - In dem erfindungsgemäß wesentlich verkleinerten, zum Ein zugspalt hin bzw. in diesen hinein verlagerten Rotations bereich wird die Strömungsform fast ausschließlich durch das Wechselspiel zwischen Zähigkeits- und Druckkräften be stimmt. Schwerkrafteinflüsse, die aus dem Vorratsbereich durch die Zulauföffnung zwischen den Punkten P 8 und P 9 auf den Rotationsbereich einwirken, sind im Vergleich mit den dort herrschenden Zähigkeits- und Druckkräften so gering, daß sie auf die sich ausbildende Strömungsform keinen oder fast keinen Einfluß haben. In diesem Sinne bewirkt das er findungsgemäße Verfahren eine Entkoppelung zwischen Vorrats- und Rotationsbereich.
- - Durch die definierte Lage der Abrißkante P 9 bleibt die Strömungsform des Rotationswulstes sowie die Länge und Lage der Vortriebsstrecke P 10-P 6 konstant. Daher wird der durch Zähigkeitskräfte hervorgerufene Druckaufbau im Einzugbereich auf einem zeitlich konstanten Niveau gehalten. Druckabhängige Schwankungen der Beschichtungsdicke werden somit ausge schaltet.
- - Die Strecke P 9-P 10 erhält eine zeitlich konstante Länge. Daher bleibt die im Stromfaden F 5 auftretende Längsstreckung der Flüssigkeit auf ein festes Maß begrenzt. Sofern ihre In tensität unter einer gewissen Grenze liegt, kann keine Kavi tation auftreten.
- - Wegen der festen Höhenlage des Punktes P 9 werden Lufteinschlüs se verhindert.
Versuche an Großanlagen unter Betriebsbedingungen haben ergeben,
daß die Stabilität der Wulstströmung umso vollkommener wird, je
näher man die Kante P 9 an den Rakelspalt annähert. Durch eine
solche Annäherung lassen sich die durch Druck-Fluktuation be
dingten Schwankungen der Beschichtungsdicke fast völlig aus
schalten. Allerdings gibt es hierbei eine Grenze, die nicht unter
schritten werden darf: Nähern sich P 9 und P 10 einander zu sehr an,
so tritt im dazwischenliegenden Stromfaden wieder Kavitation
auf. Es gibt demnach eine optimale Lokalisierung der Abrißkante
P 9. Sie liegt dort, wo eine gute Gleichmäßigkeit der Beschich
tungsdicke bei gleichzeitiger Wahrung der Kavitationsgrenze
(= Glätte der Beschichtungsoberfläche) erreicht ist.
Da sich beim Entwurf einer Rakeleinrichtung nie genau vorher
sagen läßt, wo die Optimallage der Abrißkante P 9 sein wird,
ist es zweckmäßig, bereits bei der Konstruktion eine Variabi
lität in der Weise vorzusehen, daß man sich den Optimalpunkt
aufgrund späterer Betriebsbeobachtungen heraussuchen kann.
Dies läßt sich auf verschiedene Arten bewerkstelligen:
- - Man lagert die Stauleiste so, daß sie sich stufenlos hori zontal und vertikal verschieben, evtl. noch um eine Achse parallel zum Rakelspalt drehen läßt, so daß die Kante P 9 innerhalb eines sinnvoll erscheinenden Bereichs beliebig lokalisiert werden kann.
- - Man sieht mehrere verschiedene, diskrete Befestigungs möglichkeiten für die Stauleiste vor, von denen jede eine andere Lage der Kante P 9 ergibt.
- - In vielen Fällen mag es genügen, eine einzige Befestigungs möglichkeit vorzusehen, dafür aber mehrere, gegeneinander austauschbare Stauleisten mit unterschiedlicher Formgebung bereitzustellen.
- - Man verbindet Trog-Rückwand (sofern vorhanden) und Stauleiste zu einem Stück und gestaltet die Befestigung für die Rück wand ortsveränderlich.
Die Zahl der möglichen Rakelbauarten sowie die Möglichkeiten
der Formgebung und Anordnung von Stauleisten sind praktisch be
liebig groß, so daß hier nur einige Ausführungen beispielhaft
vorgestellt werden können.
Zunächst wird in Fig. 7a) bis f) prinzipiell dargestellt, wie
sich die bereits anhand von Fig. 3 beschriebenen Hauptbauarten
von Abstandsrakeln durch den Einbau von Stauleisten verändern.
Zu den bekannten Elementen Trägerbahn 1, Tragwalze 2, Dosier
werkzeug 3, Trog-Rückwand 4, Seitenmasken 5 und Klebstoff 6
kommt erfindungsgemäß jeweils eine Stauleiste 14 hinzu.
Es sei darauf hingewiesen, daß die volle Nutzung der mit der
Stauleiste erzielbaren Vorteile wohl nur bei Rakelwerken mit
kurzem Einzugbereich erzielbar ist, beispielsweise bei den
Typen gemäß Fig. 7e) und f). Bei den übrigen beeinträchtigt die
schlank zulaufende Randkontur des Einzugbreichs unter Um
ständen rein platzmäßig, daß die Abrißkante nahe genug an den
Rakelspalt herangeführt werden kann. Bei Neukonstruktionen
von Rakelwerken mit Stauleiste sollten also vorzugsweise Typen
mit kurzem Einzugbereich gewählt werden.
Fig. 8 stellt eine mögliche Ausführungsform der Stauleiste bei
einem Abstandsrakel vom Typ gemäß Fig. 7f) vor.
Fig. 8a) und 8b)
enthalten beide die identischen Teile Trägerbahn 1, Trag
walze 2, Dosierwerkzeug 3 und Rückwand 4. Letztere ist
mit mehreren übereinander liegenden Reihen von Durchgangs
bohrungen 15 versehen, die sich über die gesamte Beschich
tungsbreite erstrecken. Jeweils eine dieser Reihen kann aus
gewählt werden, um mittels Schrauben 16 die Stauleiste 14
an der Rückwand 4 zu befestigen. In Fig. 8a) ist eine kurze
Stauleiste auf Höhe der mittleren Bohrungsreihe befestigt;
hingegen zeigt Fig. 8b) eine längere Stauleiste, die in Höhe
der unteren Bohrungen sitzt. Man erkennt, wie tiefgreifend sich
durch unterschiedliche Länge und/oder Höhenlage der Stauleiste
die Form des Klebstoff-Rotationsbereichs vor dem Dosierwerkzeug
verändern läßt. Ein Klebestreifen 17, der über die ganze
Trogbreite reicht, verhindert den Austritt von Klebstofflösung
aus den nicht gebrauchten Bohrungen 15.
Fig. 9 zeigt den Einzug- bzw. Dosierbereich eines Abstandsrakels
mit Stauleiste, die sich in Richtung zum Dosierwerkzeug hin stufen
los verschieben läßt. Zu diesem Zweck ist die Rückwand 4 mit
einer über die Trogbreite durchgehenden Nut 18 versehen, in
welcher die Stauleiste 14 um den Weg 23 verschieblich ein
gepaßt ist. Die Stauleiste enthält in Querrichtung eine Reihe
von Bohrungen, und zwar abwechselnd Gewindebohrungen 19 und
Sackbohrungen 20, in welche Zugschrauben 21 bzw. Druckschrauben
22 eingreifen. Durch geeignetes Verstellen besagter Schrauben
läßt sich die Stauleiste in jeder beliebigen Position innerhalb
des Weges 23 fixieren.
Claims (11)
1. Verfahren zum vollflächigen kontinuierlichen Beschichten
eines vorwärts bewegten Bahnmaterials mit einer Klebstofflösung
mittels eines Abstandsrakels unter schichtförmiger Mitnahme von
Klebstofflösung durch das vorwärts bewegte Bahnmaterial aus
einem zwischen dem Bahnmaterial und dem Abstandsrakel gebildeten
Dosierspalt, vor dem eine - insbesondere niveaugeregelte - Vor
ratsmenge der Klebstofflösung auf dem vorwärts bewegten Bahn
material angestaut wird, wobei in der Vorratsmenge durch Haft
wirkung der Klebstofflösung an dem vorwärts bewegten Bahn
material eine Rotationsströmung erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine stabile und kavitationsfreie Rotationsströmung der Kleb
stofflösung in einem Teilbereich der Vorratsmenge der Klebstoff
lösung eingestellt wird, die auf dem vorwärts bewegten Bahn
material von dem Dosierspalt bis zu einem Zulauf abgeteilt
wird, vor dem die übrige Klebstofflösung der Vorratsmenge außer
Kontakt mit dem vorwärts bewegten Bahnmaterial gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
der Rotationsströmung unterworfene Teilbereich der Klebstofflösung
durch den Zulauf in der Weise vom übrigen Teil der Klebstoff
lösung abgetrennt wird, daß die Strömungsbewegung und Form des der
Rotationsbewegung unterworfenen Teilbereichs von einer Beeinflussung
durch Niveau und Strömungsbewegung des übrigen Teils entkoppelt
werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß an dem sich zwischen dem Zulauf und dem Bahnmaterial er
streckenden Teil der Umrandungsfläche des der Rotationsströmung
unterworfenen Teilbereichs der Klebstofflösung unter Einwirkung
von Druckkräften und Zähigkeitskräften eine freie, mit der
Atmosphäre in Verbindung stehende und formstabile Oberfläche
ausgebildet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß Form und Ausdehnung des der Rotationsströmung unter
worfenen Teilbereichs der Klebstofflösung verstellt werden.
5. Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis 4 mit einer Stützungsvorrichtung (2) für das Bahn
material (1), einem mit diesem einen Dosierspalt für Klebstoff
lösung bildenden Abstandsrakel (3), einem von festen Begrenzungs
wänden sowie auf einer Seite von dem bewegten Bahnmaterial be
grenzten, an der Rückseite des Abstandsrakels angeordneten Vor
ratsvolumen mit Klebstofflösung, einer Einrichtung zum Befüllen
des Vorratsvolumens mit Klebstofflösung, und insbesondere einer
Niveauregelungseinrichtung für im Vorratsvolumen enthaltene Kleb
stofflösung,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Vorratsvolumen durch eine Trennwand (14) in zwei Kammern unterteilt ist, die über eine Zulauföffnung in der Trennwand miteinander kommunizieren,
daß die erste Kammer sich zwischen dem Dosierspalt und der Zulauf öffnung erstreckt und zum Teil von dem Bahnmaterial (1) begrenzt ist, und
daß die zweite Kammer, die gegebenenfalls mit der Niveau regelungseinrichtung versehen ist, nur von ortsfesten Wänden begrenzt ist.
daß das Vorratsvolumen durch eine Trennwand (14) in zwei Kammern unterteilt ist, die über eine Zulauföffnung in der Trennwand miteinander kommunizieren,
daß die erste Kammer sich zwischen dem Dosierspalt und der Zulauf öffnung erstreckt und zum Teil von dem Bahnmaterial (1) begrenzt ist, und
daß die zweite Kammer, die gegebenenfalls mit der Niveau regelungseinrichtung versehen ist, nur von ortsfesten Wänden begrenzt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zulauföffnung ein sich über die ganze Bahnbreite erstreckender
Spalt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der die Rückseite
des Abstandsrakels (3) eine ortsfeste Begrenzungswand des Vorrats
volumens bildet,
dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand von einer sich über die
ganze Bahnmaterialbreite - oder gegebenenfalls Beschichtungsbreite -
erstreckenden und in Richtung zum Dosierspalt hin weisenden Stau
leiste (14) gebildet ist, die zusammen mit der Rückseite des Ab
standsrakels (3) die Zulauföffnung begrenzt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß mindestens ein Rand der Zulauföffnung als Strö
mungsabrißkante ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Lage und/oder die Form der Trennwand (14)
verstellbar ist.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Abstand zwischen der Strömungsabrißkante und dem
Dosierspalt einstellbar ist.
11. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
oder der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10 auf die
Herstellung von Selbstklebebändern.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3906070A DE3906070A1 (de) | 1989-02-27 | 1989-02-27 | Verfahren und vorrichtung zum beschichten eines bahnmaterials mit einer klebstoffloesung und anwendung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3906070A DE3906070A1 (de) | 1989-02-27 | 1989-02-27 | Verfahren und vorrichtung zum beschichten eines bahnmaterials mit einer klebstoffloesung und anwendung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3906070A1 true DE3906070A1 (de) | 1990-09-13 |
DE3906070C2 DE3906070C2 (de) | 1991-05-02 |
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ID=6375027
Family Applications (1)
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---|---|
DE (1) | DE3906070A1 (de) |
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1989
- 1989-02-27 DE DE3906070A patent/DE3906070A1/de active Granted
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Also Published As
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---|---|
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