DE3906070C2 - - Google Patents

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 Abstandsrakels 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 können.

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 Abstandrakels unter schichtförmiger Mitnahme von Klebstofflösung durch das vorwärts bewegte Bahnmaterial aus einem zwischen dem Bahnmaterial und dem Abstandsrakel gebildeten Dosierspalt, von dem eine - insbesondere niveaugeregelte - Vorratsmenge der Klebstofflösung auf dem vorwärts bewegten Bahnmaterial angestaut wird, wobei in der Vorratsmenge durch Haftwirkung der Klebstofflösung an dem vorwärts bewegten Bahnmaterial eine Rotationsströmung (Rotationswulst) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem vorwärts bewegten Bahnmaterial in Kontakt stehende Bereich der Vorratsmenge der Klebstofflösung, in welchem sich die Rotationsströmung ausbildet, durch einen verengten, in der Nähe des Dosierspaltes angeordneten Zulauf vom übrigen Teil der Klebstofflösung abgeteilt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verengte Zulauf dem Dosierspalt und dem vorwärts bewegten Bahnmaterial soweit angenähert wird, daß an dem sich zwischen dem Zulauf und dem Bahnmaterial erstreckenden Teil der Umrandungsfläche des der Rotationsströmung unterworfenen Teilbereichs der Klebstofflösung eine konstante Strömungsform des Rotationswulstes mit formstabiler freier Oberfläche ausgebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Annäherung des verengten Zulaufs an das vorwärts bewegte Bahnmaterial nur soweit erfolgt, daß der Rotationswulst mindestens kavitationsarm bleibt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Form und Ausdehnung des der Rotationsströmung unterworfenen Teilbereichs der Klebstofflösung verstellt werden.

5. Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer Stützungsvorrichtung (2) für das Bahnmaterial (1), einem mit diesem einen Dosierspalt für Klebstofflösung bildenden Abstandsrakel (3), einem von festen Begrenzungswänden sowie auf einer Seite von dem bewegten Bahnmaterial begrenzten, an der Rückseite des Abstandsrakels angeordneten Vorratsvolumen mit Klebstofflösung, einer Einrichtung zum Befüllen des Vorratsvolumens mit Klebstofflösung, und insbesondere einer Niveauregelungseinrichtung für im Vorratsvolumen enthaltene Klebstofflösung, 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 Zulauföffnung erstreckt und zum Teil von dem Bahnmaterial (1) begrenzt ist, und daß die zweite Kammer, die gegebenenfalls mit der Niveauregelungseinrichtung 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 Vorratsvolumens bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand von einer sich über die ganze Bahnmaterialbreite - oder gegebenenfalls Beschichtungsbreite - erstreckenden und in Richtung zum Dosierspalt hin weisenden Stauleiste (14) gebildet ist, die zusammen mit der Rückseite des Abstandsrakels (3) die Zulauföffnung begrenzt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Rand der Zulauföffnung als Strömungsabrißkante ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage und/oder die Form der Trennwand (14) verstellbar ist.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Strömungsabrißkante und dem Dosierspalt einstellbar ist.

11. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auf die Herstellung von Selbstklebebändern.