DE3937749A1 - Squeegee rod for volumetric dosing of coating material - Google Patents

Squeegee rod for volumetric dosing of coating material

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Description

Die Erfindung betrifft eine Rakelstange zum volumetrischen Dosieren von Beschichtungsmaterial, insbesondere auf laufende Papier- oder Kartonbahnen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zum Beschichten laufender Materialbahnen mit einer Rakelstange als Dosierelement.The invention relates to a doctor rod for volumetric Dosing of coating material, especially on running Paper or cardboard webs, according to the preamble of Claim 1 and a device for coating ongoing Material webs with a doctor bar as a dosing element.

Beim Beschichten von laufenden Papier- oder Kartonbahnen ist der Einsatz von mit Umfangsrillen versehenen Rakelstangen bekannt. Derartige Rakelstangen dienen dazu, auf die zu beschichtende Bahn einen dosierten Farb- oder Leimfilm aufzutragen, wobei die Menge des aufgetragenen Beschichtungsmaterials über den Rillenquerschnitt beeinflußt werden kann.When coating running paper or cardboard webs is the Use of doctor blades provided with circumferential grooves is known. Such doctor bars are used on the web to be coated apply a dosed film of color or glue, the amount of the applied coating material over the Groove cross section can be influenced.

Der Einsatz der Rakelstange erfolgt entweder direkt an der Bahn, d. h., auf die Bahn wird mit einem vorgeschalteten Auftragwerk das Beschichtungsmaterial im Überschuß aufgetragen, anschließend wird mit der Rakelstange auf das gewünschte Auftragsgewicht dosiert, oder es wird zunächst auf eine Walze dosiert, die anschließend das Beschichtungsmaterial in einem Walzenspalt an die Bahn abgibt. Dazu wird die Bahn durch den Preßspalt zwischen zwei Walzen geführt, wobei an einer oder beiden Walzen im nicht von der Bahn umschlungenen Bereich ein Auftragwerk mit nachfolgender Rakelstange angeordnet ist. The doctor rod is either used directly on the web, d. that is, on the web with an upstream applicator Coating material applied in excess, then dosed to the desired application weight with the doctor rod, or it is first metered onto a roller, which then Releases coating material to the web in a nip. To do this, the web is passed through the nip between two rollers performed, being on one or both rollers in the off the web wrapped area a commissioned work with subsequent Doctor rod is arranged.  

Gattungsgemäße Rakelstangen sind aus der DE-OS 37 35 889 und dem DE-GM 84 14 413 bekannt. Bei der in der ersten Schrift beschriebenen Streicheinrichtung liegt die Rakelstange direkt an der Papierbahn an, bei der letzteren dient sie zum Auftragen eines Films auf eine Walze, die anschließend in einem Walzenspalt das Beschichtungsmaterial an die Bahn abgibt.Generic doctor rods are from DE-OS 37 35 889 and DE-GM 84 14 413 known. In the case of the first script coating device described is directly on the doctor rod the paper web, in the latter it serves to apply one Films on a roller, which then in a nip the Releases coating material to the web.

Es hat sich gezeigt, daß drahtumwickelte Rakelstangen schnell verschleißen. Darüber hinaus kommt es beim Dosieren auf eine gummibeschichtete Walze bei bestimmten Betriebsverhältnissen zu Beschädigungen der Walzenoberfläche.It has been shown that wire-wound doctor bars are fast wear out. In addition, there is one when dosing rubber-coated roller under certain operating conditions Damage to the roller surface.

In der noch unveröffentlichten Patentanmeldung P 38 41 494 wird vorgeschlagen, auf der Mantelfläche der Rakelstange eine Vielzahl von noppenförmigen Erhebungen anzuordnen. Diese können durch Einarbeitung von Vertiefungen in eine zylindrische Stange, z. B. durch Ätzen, Fräsen, Schleifen, Drücken etc. geschaffen werden. Die Noppen oder die gesamte Rakelstange sind aus verschleißarmen Materialien, z. B. aus Hartmetallen, hartverchromtem Stahl, Glas oder oxidkeramischen Werkstoffen geformt.In the as yet unpublished patent application P 38 41 494 proposed a variety on the outer surface of the doctor rod to arrange from pimple-shaped elevations. This can be done by Incorporation of depressions in a cylindrical rod, e.g. B. be created by etching, milling, grinding, pressing, etc. The knobs or the entire doctor rod are made of low-wear Materials, e.g. B. of hard metals, hard chromed steel, glass or oxide ceramic materials.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rakelstange bereitzustellen, mit der sich streifenfrei niedrige Auftragsgewichte erreichen lassen, ohne daß beim Auftragen auf eine Walze Beschädigungen der Walzenoberfläche auftreten.The invention has for its object a doctor rod to provide with the streak-free low Allow application weights to be reached without having to apply a roller damage to the roller surface may occur.

Diese Aufgabe wird mit der Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved with the combination of features of claim 1 solved.

Die Unteransprüche enthalten bevorzugte, da besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.The sub-claims contain preferred, since particularly advantageous Embodiments of the invention.

Fig. 1 zeigt in teilweise geschnittener Darstellung eine erfindungsgemäße Rakelstange. Fig. 1 shows a doctor bar according to the invention in a partially sectioned illustration.

Die ausschnittsweise gezeigte Rakelstange besteht aus einem zylindrischen Grundkörper 1 in Form einer glatten Stange, in auf der gesamten Mantelfläche mit einem Abtragverfahren Vertiefungen eingearbeitet wurden, so daß die Reste der ursprünglichen Zylindermantelfläche eine Vielzahl von Erhebungen 2 auf der Außenfläche der Rakelstange bilden. Die Oberflächen der Erhebungen 2 sind daher eben und liegen alle in einer zylindrischen Hüllfläche, die der Mantelfläche der ursprünglichen zylinderischen Stange entspricht. Um eine verschleißfeste und glatte Oberfläche der Erhebungen zu erhalten, wird die erfindungsgemäße Rakelstange bevorzugt so hergestellt, daß zunächst eine Stahlstange verschleißfest, vorzugsweise mit Oxidkeramik, beschichtet und anschließend poliert wird. Mit einem Laserstrahl werden danach Vertiefungen in die Oberfläche eingebrannt, wobei das Beschichtungsmaterial an den bearbeiteten Stellen rückstands- und gratfrei verdampft.The section of the doctor rod shown consists of a cylindrical base body 1 in the form of a smooth rod, in which recesses have been worked into the entire lateral surface using a removal process, so that the remnants of the original cylindrical lateral surface form a plurality of elevations 2 on the outer surface of the doctor rod. The surfaces of the elevations 2 are therefore flat and all lie in a cylindrical envelope surface which corresponds to the lateral surface of the original cylindrical rod. In order to obtain a wear-resistant and smooth surface of the elevations, the doctor rod according to the invention is preferably manufactured in such a way that a steel rod is first coated in a wear-resistant manner, preferably with oxide ceramic, and then polished. A laser beam is then used to burn indentations into the surface, the coating material evaporating at the processed areas without residue and burrs.

Alternativ können Stangen mit gehärteten und polierten Metalloberflächen verwendet werden, in die die Vertiefungen mittels Diamantwerkzeugen oder durch Ätzen eingearbeitet werden. Anstelle eines Abtragsverfahrens kann die Oberflächenstruktur auch so erzeugt werden, daß auf eine Stange Erhebungen aufgebracht werden, deren Oberfläche anschließend durch Schleifen, Polieren o. ä. so bearbeitet werden, daß sie eben sind und in einer zylindrischen Hüllfläche liegen.Alternatively you can use bars with hardened and polished Metal surfaces are used in the recesses can be incorporated using diamond tools or by etching. Instead of a removal process, the surface structure can also are generated so that elevations are applied to a rod the surface of which is then grinded, polished or the like are processed so that they are even and in one cylindrical envelope surface.

Die in Fig. 1 nur ausschnittweise gezeigte Stange weist einen Durchmesser von 6 mm bis 20 mm auf, ihre Länge entspricht der Arbeitsbreite einer Beschichtungsvorrichtung, die bis zu 10 m betragen kann.The bar shown only in part in FIG. 1 has a diameter of 6 mm to 20 mm, its length corresponds to the working width of a coating device, which can be up to 10 m.

Die Summe der Oberflächen der Erhebungen, also die Fläche, die beim Beschichten an der Warenbahn bzw. an einer Walze anliegt, beträgt 10% bis 50% der zylindrischen Hüllfläche. Es wurde daher 50% bis 90% der ursprünglichen Mantelfläche abgetragen. Um einen gleichmäßigen und ausreichend hohen Auftrag zu erreichen, wurde die Oberfläche so bearbeitet, daß sie eine Profiltiefe Pt (2,5 mm) nach DIN 4771 zwischen 30 µm und 150 µm aufweist. Dabei wird in Achsrichtung der Rakelstange gemessen. Innerhalb des angegebenen Bereichs schwankt die Profiltiefe nur wenig. Die Abweichung der bei Einzelmessungen ermittelten Profiltiefen von der mittleren Profiltiefe beträgt max. 5%. Ein gutes Ablösen des Beschichtungsmaterials von der Rakelstange wird erreicht, wenn die Oberflächen-Rautiefe Rt der Flanken der Erhebungen kleiner ist als 10% des Wertes von Pt (2,5 mm).The sum of the surfaces of the elevations, that is to say the area which is in contact with the material web or a roller during coating, is 10% to 50% of the cylindrical enveloping surface. Therefore, 50% to 90% of the original surface area was removed. In order to achieve a uniform and sufficiently high application, the surface was processed in such a way that it has a profile depth P t (2.5 mm) according to DIN 4771 between 30 µm and 150 µm. The doctor rod is measured in the axial direction. The profile depth fluctuates only slightly within the specified range. The deviation of the profile depths determined for individual measurements from the average profile depth is max. 5%. A good detachment of the coating material from the doctor rod is achieved if the surface roughness depth R t of the flanks of the elevations is less than 10% of the value of P t (2.5 mm).

Vorteilhafterweise weisen die Erhebungen 2 eine im Grundriß längliche Form auf und sind in etwa umfänglich ausgerichtet. Bevorzugt beträgt ihre Länge in Umfangsrichtung zwischen 1 mm und 15 mm und ihre Breite b in Achsrichtung zwischen 10 µm und 100 µm. Bei bestimmten Anwendungsfällen kann es vorteilhaft sein, die Erhebungen umfänglich durchgehend zu gestalten. Der Abstand a der Erhebungen 2 voneinander beträgt zwischen 150 µm und 400 µm.Advantageously, the elevations 2 have an elongated shape in plan and are aligned approximately circumferentially. Their length in the circumferential direction is preferably between 1 mm and 15 mm and their width b in the axial direction is between 10 μm and 100 μm. In certain applications, it may be advantageous to design the surveys continuously throughout. The distance a of the elevations 2 from one another is between 150 μm and 400 μm.

Für einen gleichmäßigen Auftrag hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die geometrischen Abmessungen und die Anordnung der Erhebungen 2 in bestimmten Grenzen zufällig verteilt variieren. Die Variationsbreite für die in Achsrichtung gemessene Breite b liegt zwischen 10 µm und 100 µm und die Variationsbreite für die Abstände a zwischen 150 µm und 400 µm.For a uniform application, it has proven to be particularly advantageous if the geometric dimensions and the arrangement of the elevations 2 vary randomly distributed within certain limits. The range of variation for the width b measured in the axial direction is between 10 µm and 100 µm and the range of variation for the distances a is between 150 µm and 400 µm.

Bei bestimmten Anwendungsfällen ist es vorteilhaft, wenn die Rakelstange längliche Erhebungen aufweist, die im wesentlichen in Umfangsrichtung ausgerichtet sind. Die Abweichung ihrer Längsachse von der Umfangsrichtung, der Neigungswinkel α in Fig. 1, beträgt in diesem Fall maximal 10°. Die Neigungswinkel α der Erhebungen 2 können ebenfalls innerhalb dieser Grenze zufällig verteilt variieren.In certain applications, it is advantageous if the doctor rod has elongated elevations which are aligned essentially in the circumferential direction. The deviation of their longitudinal axis from the circumferential direction, the angle of inclination α in FIG. 1, is in this case a maximum of 10 °. The angles of inclination α of the elevations 2 can also vary randomly distributed within this limit.

Mit den beim Beschichten von Papier- oder Kartonbahnen üblicherweise eingesetzten Streichfarben läßt sich ein ausreichender Auftrag erreichen, wenn die sich bei einem zentralen Längsschnitt durch die Rakelstange ergebende offene Querschnittsfläche zwischen den Erhebungen 2 an einer Seite zwischen 15 mm2 und 80 mm2 pro Meter Rakelstangenlänge beträgt. With the coating colors usually used in the coating of paper or cardboard webs, a sufficient application can be achieved if the open cross-sectional area between the elevations 2 on one side between 15 mm 2 and 80 mm 2 per meter of the length of the doctor rod results from a central longitudinal section through the doctor rod is.

Bevorzugtes Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Rakelstange sind Beschichtungsvorrichtungen, die Leim oder Pigmentfarben indirekt über eine Walze auf eine Papierbahn auftragen. Diese Beschichtungsvorrichtungen weisen zwei Preßwalzen auf, durch deren Spalt die Papierbahn geführt ist. An einer oder beiden Walzen ist ein bekanntes Auftragwerk, z. B. ein Düsen- oder Walzenauftragwerk mit einem in Drehrichtung nachfolgenden Dosiersystem angeordnet, das als Dosierelement eine erfindungsgemäße Rakelstange enthält. Die Rakelstange ist in einer elastischen Halterung gelagert und gegenläufig zur Preßwalze angetrieben. Derartige Beschichtungsvorrichtungen sind ausführlich in dem DE-GM 84 14 413 beschrieben. Eine besonders vorteilhafte Halterung für die Rakelstange beschreibt die DE-PS 30 22 955.Preferred areas of application of the doctor rod according to the invention are Coating devices that use glue or pigment colors indirectly Apply to a paper web using a roller. These Coating devices have two press rolls through which Gap the paper web is guided. On one or both rollers a known commission, z. B. a nozzle or roller applicator arranged with a metering system following in the direction of rotation, which contains a doctor rod according to the invention as a metering element. The doctor rod is mounted in an elastic holder and driven in the opposite direction to the press roll. Such Coating devices are described in detail in DE-GM 84 14 413 described. A particularly advantageous holder for the Doctor rod describes the DE-PS 30 22 955.

Ebenso sind die erfindungsgemäßen Rakelstangen zum Einsatz in Beschichtungsvorrichtungen geeignet, bei denen direkt auf der Papier- oder Kartonbahn dosiert wird. Diese Beschichtungsvorrichtungen weisen eine Gegenwalze auf, um die die Papier- oder Kartonbahn geführt ist. Im umschlungenen Bereich der Gegenwalze ist ein Auftragwerk, z. B. ein Walzen- oder Düsenauftragwerk, angeordnet, das Beschichtungsmaterial im Überschuß auf die Bahn direkt aufträgt. In Bahnlaufrichtung hinter dem Auftragwerk folgt ein Dosierelement, das von der Bahn das überschüssige Beschichtungsmaterial bis auf das gewünschte Strichgewicht abrakelt. Als Dosierelemente sind elastisch gelagerte glatte Rakelstangen bekannt, wie z. B. in der DE-PS 30 22 955 beschrieben. Anstelle dieser glatten Rakelstangen läßt sich vorteilhaft eine Rakelstange nach der Erfindung einsetzen.The doctor rods according to the invention are also suitable for use in Coating devices suitable in which directly on the Paper or cardboard web is dosed. These Coating devices have a counter roll around which the Paper or cardboard web is guided. In the wrapped area of the Counter roll is an applicator, e.g. B. a roller or Nozzle applicator, arranged, the coating material in the Direct surplus onto the track. Behind in the direction of web travel the applicator is followed by a dosing element that from the web Excess coating material to the desired one Strip weight scraped off. As dosing elements are elastic stored smooth doctor blades known, such as. B. in the DE-PS 30 22 955 described. Instead of these smooth squeegee bars can advantageously a doctor rod according to the invention deploy.

Claims (12)

1. Rakelstange zum volumetrischen Dosieren von Beschichtungsmaterial, insbesondere auf laufende Papier- oder Kartonbahnen, deren Mantelfläche Erhebungen und Vertiefungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Oberflächen der Erhebungen (2) eben sind und in einer zylinderischen Hüllfläche liegen,
  • - die Summe der Oberflächen der Erhebungen (2) 10%-50% der zylinderischen Hüllfläche beträgt, und
  • - die Profiltiefe Pt (2,5 mm) der Gesamtoberfläche nach DIN 4771 einen Wert zwischen 30 µm und 150 µm hat.
1. Doctor rod for volumetric metering of coating material, especially on running paper or cardboard webs, the lateral surface of which has elevations and depressions, characterized in that
  • - The surfaces of the elevations ( 2 ) are flat and lie in a cylindrical envelope surface,
  • - The sum of the surfaces of the elevations ( 2 ) is 10% -50% of the cylindrical envelope surface, and
  • - The profile depth P t (2.5 mm) of the total surface according to DIN 4771 has a value between 30 µm and 150 µm.
2. Rakelstange nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rauhtiefe Rt der Flanken der Erhebungen (2) maximal 10% von Pt (2,5 mm) beträgt.2. Doctor rod according to claim 1, characterized in that the roughness depth R t of the flanks of the elevations ( 2 ) is a maximum of 10% of P t (2.5 mm). 3. Rakelstange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrischen Abmessungen und/oder die Anordnung der Erhebungen (2) innerhalb bestimmter Grenzen zufällig verteilt variieren. 3. Doctor rod according to claim 1 or 2, characterized in that the geometric dimensions and / or the arrangement of the elevations ( 2 ) vary randomly distributed within certain limits. 4. Rakelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekenn­ zeichnet durch im Grundriß längliche, in etwa umfänglich ausgerichtete Erhebungen, deren Breite b 10 µm bis 100 µm beträgt und die mit einem Abstand a von 150 µm bis 400 µm voneinander angeordnet sind.4. Doctor rod according to one of claims 1 to 3, marked characterized by elongated in plan, approximately circumferentially aligned surveys, the width b of 10 µm to 100 microns and that with a distance a of 150 microns to 400 microns are arranged from each other. 5. Rakelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in Achsrichtung gemessene Breite der Erhebungen zufällig verteilt zwischen 10 µm und 100 µm und ihre Abstände zufällig verteilt zwischen 150 µm und 400 µm variieren.5. Doctor rod according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the measured in the axial direction Width of the elevations randomly distributed between 10 µm and 100 µm and their distances randomly distributed between 150 µm and 400 µm vary. 6. Rakelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Erhebungen in Umfangsrichtung zwischen 1 mm und 15 mm beträgt.6. Doctor rod according to one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the length of the surveys in The circumferential direction is between 1 mm and 15 mm. 7. Rakelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die sich bei einem zentralen Längsschnitt durch die Rakelstange ergebende offene Querschnittsfläche zwischen den Erhebungen (2) an einer Seite zwischen 15 mm2 und 80 mm2 pro Meter Rakelstangenlänge beträgt.7. Doctor rod according to one of claims 1 to 6, characterized in that the resulting open cross-sectional area between the elevations ( 2 ) on one side between 15 mm 2 and 80 mm 2 per meter of doctor rod length in a central longitudinal section through the doctor rod. 8. Rakelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekenn­ zeichnet durch längliche Erhebungen (2), die in Neigungswinkeln α bis maximal 10° zur Umfangsrichtung angeordnet sind.8. Doctor rod according to one of claims 1 to 7, characterized by elongated elevations ( 2 ), which are arranged at angles of inclination α up to a maximum of 10 ° to the circumferential direction. 9. Rakelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (2) durch Abtragen von Material aus einer glatten, zylinderischen, vorzugsweise verschleißfest beschichteten Stange erzeugt wurden. 9. doctor rod according to one of claims 1 to 8, characterized in that the elevations ( 2 ) were produced by removing material from a smooth, cylindrical, preferably wear-resistant coated rod. 10. Rakelstange nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in einer mit Keramik beschichteten Stange mittels Laser Vertiefungen eingearbeitet wurden.10. Doctor rod according to claim 9, characterized records that in a rod coated with ceramic laser indentations were incorporated. 11. Vorrichtung zum Beschichten laufender Materialbahnen, insbesondere Papier- oder Kartonbahnen, mit zwei Preßwalzen, wobei an einer oder beiden Walzen ein Auftragwerk und in Walzendrehrichtung nachfolgend ein Dosiersystem angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Dosierelement eine Rakelstange nach den Ansprüchen 1 bis 10 eingesetzt ist.11. Device for coating running material webs, in particular Paper or cardboard webs, with two press rolls, one on or both rolls a coating unit and in the direction of roll rotation subsequently a metering system is arranged, thereby characterized in that as a metering element Doctor rod according to claims 1 to 10 is used. 12. Vorrichtung zum Beschichten laufender Materialbahnen, insbesondere Papier- oder Kartonbahnen, mit einer Gegenwalze, um die die Materialbahn geführt ist, mit einem Auftragwerk im von der Materialbahn umschlungenen Bereich der Gegenwalze und mit einem in Bahnlaufrichtung folgenden Dosiersystem, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Dosiersystem eine Rakelstange nach den Ansprüchen 1 bis 10 als Dosierelement enthält.12. Device for coating running material webs, in particular Paper or cardboard webs, with a counter roller around which the Material web is guided, with a commissioned work from the Material loop wrapped area of the counter roller and with a Web direction following metering system, thereby ge indicates that the metering system is a doctor rod according to claims 1 to 10 as a metering element.
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