DE4227908A1 - Vorrichtung zum Erzeugen eines Unterdrucks - Google Patents
Vorrichtung zum Erzeugen eines UnterdrucksInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen
eines Unterdrucks an einer Antragsschicht auf einem
bahnförmigen Trägermaterial, das über eine rotierende
Beschichtungswalze geführt ist, mit einer im Inneren
der Vorrichtung liegenden Druckkammer, die in einen
Austrittskanal für ein Druckmedium nahe dem Träger
material mündet, und mit einer Beschichtungsdüse für
das Auftragen der Antragsschicht auf das Träger
material in einem Beschichtungsspalt.
Aus dem US-Patent 4,445,458 ist eine Extrusions
beschichtungsvorrichtung für das Aufbringen einer
Beschichtungslösung auf ein sich über eine Walze
bewegendes Bandmaterial bekannt, mit einer Abzugs
düse, die eine schräge Abzugsfläche aufweist, wobei
der Winkel zwischen der Abzugsfläche und der Achse
des Extrusionsschlitzes ein stumpfer Winkel ist. Die
Extrusionsbeschichtungsvorrichtung ist mit einem
Unterdruckkasten ausgerüstet, der die bei größerer
Bandgeschwindigkeit des Bandmaterials mitgeschleppte
Luft reduzieren soll, um den Kontakt des Meniskus der
Beschichtungslösung zum Band nicht zu zerstören. Der
Unterdruck wird mit einer nicht näher beschriebenen
Unterdruckpumpe außerhalb des Unterdruckkastens er
zeugt. Die Form und die Abdichtung des Unter
druckkastens ist nicht näher beschrieben.
In dem US-Patent 2,681,294 sind Verfahren zur
Beschichtung von Bandmaterialien beschrieben. Es
handelt sich um zwei Ausführungsformen der Gleit
filmbeschichtung. Die Beschichtungseinrichtungen be
sitzen jeweils einen Unterdruckkasten, der mit einer
Drainageleitung verbunden ist, um überschüssige Be
schichtungslösung abzuleiten. Bei einer Ausführungs
form befindet sich die Beschichtungseinrichtung mit
dem Unterdruckkasten und dem Trockner in einer
Überdruckkammer. Der Unterdruckkasten der Beschich
tungseinrichtung hat eine Verbindung zur Außenluft,
wobei der Querschnitt dieser Verbindung regelbar ist,
so daß der Differenzdruck am Meniskus der Beschich
tungslösung einstellbar ist.
Die in der DE-A - 33 09 343 beschriebene Vorrichtung
zum Auftragen mindestens einer Gießschicht auf eine
sich bewegende, bahnförmige Unterlage besitzt eine
die Unterlage führende, rotierende Gießwalze. Ein
Gießer ist, nur durch einen Spalt getrennt, nahe der
Gießwalze angeordnet. Eine Saugvorrichtung mit einem
Gehäuse weist eine vom Spalt bis zu einer Trennwand
sich erstreckende Unterdruckkammer und eine sich von
der Trennwand bis zu einer Endwand erstreckende
Absaugkammer auf. Die Trennwand und/oder die Endwand
sind in Umfangsrichtung verstellbar. Die Unterdruck
kammer und die Absaugkammer sind über einen Bypass
miteinander verbunden. Durch das Verschieben der
Trenn- und/oder Endwand werden die Volumina der
Unterdruck- und der Absaugkammer geändert. Diese
Volumina bilden zusammen mit dem Bypass und den
Spalten zum Beschichtungsband hin ein pneumatisches
Schwingsystem. Durch Verändern der Volumina können
Resonanzfrequenzen geändert und durch Variation des
Bypasses die Dämpfung verändert werden. In der
Unterdruckkammer befindet sich eine rotierende
Luftwalze, die eine Störungsquelle für die Gleich
mäßigkeit der Beschichtung darstellt.
In dem Dokument EP-B - 0 168 986 ist eine Gleit
filmbeschichtung mit Unterdruck bei tangentialem An
trag der Beschichtungslösung beschrieben. Der Gleit
film fließt an einer senkrechten Wand nach unten und
gelangt über einen Spalt auf das zu beschichtende
Band. Das Band wird an dieser Stelle so über eine
Walze umgelenkt, daß der Beschichtungsfilm sich
tangential an das Band anlegt. Der Spalt ist mit
einer Unterdruckkammer verbunden, so daß die Be
schichtung beeinflußt werden kann. Über eine
Schalteinheit kann ein definierter Unterdruck oder
ein definierter Überdruck angelegt werden. Der
Unterdruck unterstützt die Beschichtung, der
Überdruck führt zu einer sofortigen Unterbrechung der
Beschichtung. Die Druckkammer liegt in unmittelbarer
Nähe des Beschichtungsspalts zwischen dem vorderen
Ende der Gleitbahnfläche und einer Beschichtungs
walze, über die das Bahnmaterial geführt ist. Der
Beschichtungsspalt liegt an einer Stelle bezüglich
der Beschichtungswalze derart, daß das gestützte
Bahnmaterial sich in Richtung nach unten an dieser
Stelle bewegt und das zu beschichtende Material sich
ebenfalls in die Richtung nach unten bewegt. Die
Druckkammer ist oberhalb des Beschichtungsspaltes
angeordnet, und der Winkel zwischen dem untersten
Abschnitt der Gleitbahn und der Tangente an die
Beschichtungswalze im Bereich des Beschichtungs
spaltes liegt zwischen 170° und 180°.
Bei den bekannten Unterdrucksystemen zur Beschichtung
bewegter Bahnen wird der Unterdruckraum gegen
Normaldruck im Bereich der Beschichtungswalze und des
Bandmaterials durch einen oder mehrere enge Spalte
oder durch anliegende Dichtungen abgetrennt. Die
anliegenden Dichtungen können zum Verschleiß oder zu
Oberflächendefekten der Beschichtungswalze oder des
Bandmaterials führen. Die Spaltabdichtungen lassen -
je nach Spaltweite - größere Luftmengen in den
Unterdruckkasten eintreten, so daß diese über das
Unterdruckerzeugungssystem entfernt werden müssen.
Diese eintretenden hohen Luftmengen ändern sich, je
nach Breite und Dicke des Bandmaterials, so daß der
Unterdruck bzw. die Spaltabdichtung jeweils neu
eingestellt werden müssen. Die Luftmengen sind
darüberhinaus die Ursache von Turbulenzen und
Schwingungen, die den Beschichtungsmeniskus, d. h. den
Antragswulst der Beschichtungslösung, beeinträchtigen
können.
Bei den bekannten Systemen der Unterdruckbeschichtung
besteht die Gefahr, daß Beschichtungslösung im Fall
von Instabilitäten in das Unterdrucksystem abgesaugt
wird. Durch Austrocknen der Lösung entstehen Lack
fahnen, die in Schwingung geraten können, was
wiederum zu Pulsationen in dem Unterdruckkasten bzw.
am Beschichtungsmeniskus führt.
An den bekannten Beschichtungsanlagen mit einer
Breitschlitzdüse lassen sich hohe Bandgeschwin
digkeiten bei gleichzeitig dünnen Antragsschichten
nur mit angelegtem Unterdruck erreichen. Der Unter
druck wirkt dabei von der Seite des noch unbe
schichteten Bandes auf den Antragsfilm zwischen dem
Düsenaustritt und dem Band. Die Erzeugung des
Unterdrucks erfolgt im allgemeinen getrennt vom
Beschichtungsbereich über eine oder mehrere
Einspritzdüsen. Die aus dem Unterdruckkasten
abzusaugende Luft wird über Schläuche zu den
Einspritzdüsen geleitet. Bei höherem Unterdruck
bricht der Antragsfilm zwischen der Breitschlitzdüse
und dem Band auf und kann erst wieder bei niedrigen
Bandgeschwindigkeiten geschlossen werden. Ursache für
das Aufbrechen sind Schwingungen im Unterdruckkasten
und den Absaugleitungen, sowie Querströmungen, die
durch Falschluft hervorgerufen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bandbe
schichtungsanlage mit einer Vorrichtung zum Erzeugen
eines Unterdrucks so auszugestalten, daß sie ohne den
üblichen Unterdruckkasten ausgestattet ist und einen
weitgehend schwingungs- und querströmungsfreien
Unterdruck erzeugt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in der Weise
gelöst, daß der über die gesamte Breite des in
Richtung nach oben bewegten Trägermaterials ver
laufende Austrittskanal im Abstand und unterhalb des
Beschichtungsspaltes und einer Saugzone angeordnet
ist, daß ein Diffusorteil den Austrittskanal nach
unten erweitert und daß ein Unterdruckkanal die
Saugzone mit dem Diffusorteil des Austrittkanals
verbindet.
In Ausgestaltung der Erfindung ist die Wandung des
Unterdruckkanals einerseits von dem bewegten Träger
material und andererseits von einer Düsenwand
gebildet, die mit Hilfe von Magneten festgehalten
ist, die in einem Oberteil der Vorrichtung einge
lassen sind. Die Düsenwand verläuft dabei senkrecht
nach unten und ist eben ausgebildet.
In Weitergestaltung der Erfindung führt von der
Druckkammer ein sich verengender Verteilerkanal zu
einer Lavaldüse, die sich über die gesamte
Beschichtungsbreite des Trägermaterials erstreckt,
und schließt an den engsten Querschnitt der Lavaldüse
der Diffusorteil des Austrittkanals an.
Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich
aus den Merkmalen der Patentansprüche 5 bis 11.
Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß der
Unterdruck direkt oder an der Stelle erzeugt wird, wo
unmittelbar der Bedarf besteht, wodurch längere Wege
und damit schwingende Luftsäulen vermieden werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt u. a. darin,
daß keine Abdichtung erforderlich ist und damit
Instabilitäten vermieden werden, so daß Störungen
ausgeschlossen sind. Von Vorteil ist auch, daß die
Reinigung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, im
Vergleich zu bekannten Systemen, aufgrund der
einfachen Bauweise leicht zu bewerkstelligen ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeich
nungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer
Beschichtungsanlage, anhand der das Prinzip
der Unterdruckerzeugung beschrieben wird,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Vor
richtung zur Erzeugung eines Unterdrucks an
einer Beschichtungswalze, sowie die Druck
luftversorgung der Vorrichtung, und
Fig. 3 eine Schnittansicht der Vorrichtung nach
der Erfindung an einer Beschichtungswalze.
Anhand von Fig. 1 wird das Prinzip einer Vorrichtung
1 zur Erzeugung eines Unterdrucks an einer Antrags
schicht 5 erläutert. Der Unterdruckerzeugung liegt
das Prinzip der an sich bekannten Wasser- oder
Dampfstrahlpumpe zugrunde. Durch einen Kanal der
Vorrichtung 1 wird Druckluft in Richtung des Pfeils A
durchgeleitet und tritt aus einer Lavaldüse 15
entlang dem Umfang einer Beschichtungswalze 3 aus.
Oberhalb der Vorrichtung 1 befindet sich eine
Beschichtungsdüse 2, aus deren Beschichtungsspalt die
Antragsschicht 5, die im Beschichtungsspalt einen
Meniskus bildet, auf ein Trägermaterial 4 aufgetragen
wird, das über die Beschichtungswalze 3 nach oben
geführt ist. Die Lavaldüse 15 ist derart gestaltet,
daß nur eine Hälfte der vollständigen Düse genutzt
wird, wobei diese genutzte Hälfte räumlich so geteilt
ist, daß ein schlitzförmiger Querschnitt in der Düse
entsteht, der sich über die Antragsbreite des
Trägermaterials 4 auf der Beschichtungswalze 3
erstreckt. Die Symmetrieebene der Lavaldüse 15 fällt
mit der Innenwand der Vorrichtung 1, die der
Umfangsfläche der Beschichtungswalze 3 gegenüber
liegt, zusammen. Durch die aus der Lavaldüse 15
austretende Druckluft wird ein Sog bzw. Unterdruck
oberhalb der Lavaldüse 15 auf den Meniskus der
Antragsschicht 5 bzw. auf die Antragsschicht als
solche ausgeübt.
Fig. 2 zeigt perspektivisch die Vorrichtung 1 zur
Unterdruckerzeugung an einer Beschichtungswalze 3,
über die das zu beschichtende Trägermaterial 4
geführt ist. Die Versorgung der Vorrichtung 1 mit
Druckluft erfolgt über eine Verteilereinheit 23.
Hierzu wird symmetrisch von der Verteilereinheit 23
Druckluft über Einströmöffnungen 13 und 22 der
Vorrichtung 1 eingespeist. Verschiebbare Abdichtungen
27 dienen der Begrenzung der Austrittsbreite der
Druckluft. Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit
ist die Beschichtungsdüse 2 nicht dargestellt.
In Fig. 3 ist die Vorrichtung 1 nach der Erfindung
an einer Beschichtungswalze 3 im Schnitt dargestellt.
Das Trägermaterial 4, beispielsweise ein Kunststoff-,
Papier- oder Metallband, wird über die Beschich
tungswalze 3 geführt. Ein Pfeil 6 zeigt die
Laufrichtung des Trägermaterials 4 an, das sich über
den Umfang der Beschichtungswalze 3 nach oben bewegt.
Die Beschichtungsdüse 2 befindet sich oberhalb der
Vorrichtung 1, so daß die Antragsschicht 5, die aus
der Beschichtungsdüse 2 austritt, von der Vorrichtung
1 weggeführt wird. Die Vorrichtung 1, die gewis
sermaßen eine Unterdruckdüse darstellt, besteht aus
einem Unterteil 8, einem Oberteil 7 und einer
Düsenwand 9.
Das Oberteil 7 und das Unterteil 8 sind durch
Schrauben 11 miteinander verbunden. Die Düsenwand 9
wird von Magneten 10, die in dem Oberteil 7 einge
lassen sind, festgehalten.
Im Inneren der Vorrichtung 1, d. h. im Unterteil 8,
befindet sich eine Druckkammer 24, die zwei einander
gegenüberliegende stirnseitige Einströmöffnungen 13,
22 aufweist, über die, wie anhand von Fig. 2
beschrieben wurde, symmetrisch Druckluft eingespeist
wird. Die Druckkammer wird mit Druckluft von 2,5 bis
3,8 bar beaufschlagt. In Fig. 3 sind die sich
deckenden Einströmöffnungen 13, 22 im Querschnitt des
Unterteils 8 angedeutet. Die zugeführte Druckluft
strömt von der Druckkammer 24 durch einen
Verteilerkanal 14, der sich nach oben hin verengt, zu
der Lavaldüse 15, die sich über die gesamte
Beschichtungsbreite erstreckt. Die Lavaldüse 15 wird
von dem unteren Stück der Düsenwand 9 und von der
Innenwand 26 des Unterteils 8 der Vorrichtung 1
begrenzt. Diese Innenwand 26 ist geneigt zu der
Vertikalen und divergiert nach unten.
In dem Verteilerkanal 14 sind die verschiebbaren Ab
dichtungen 27 vorhanden, die schematisch in Fig. 3
gestrichelt angedeutet sind, und die die Länge des
Spaltes der Lavaldüse 15 der Beschichtungsbreite auf
dem Trägermaterial 4 anpassen. Die verschiebbaren
Abdichtungen 27 decken den Zustrom von Druckluft zur
Lavaldüse 15 ab.
An einen engsten Querschnitt 16 der Lavaldüse 15
schließen ein kurzer Diffusorteil 20 und ein
Austrittskanal 19 an, in welchem sich die
ausströmende Druckluft aus der Lavaldüse 15 mit der
Luft aus einem Unterdruckkanal 18 sowie mit den von
dem Trägermaterial 4 eingeschleppten Luftmolekülen
vermischt. Der Austrittkanal 19 ist im Abstand und
unterhalb des Beschichtungsspaltes 25 der Beschich
tungsdüse 2 angeordnet. Der Diffusorteil 20 geht in
den Austrittkanal 19 über, der sich nach unten
erweitert. Der Unterdruckkanal 18 verbindet den
Austrittkanal 19 mit einer Saugzone 17 nahe dem
Meniskus der Antragsschicht 5, den diese beim
Übergang aus dem Spalt der Beschichtungsdüse 2 auf
das Trägermaterial 4 bildet.
Die Wandung des Unterdruckkanals 18 wird einerseits
von dem bewegten Trägermaterial 4 und andererseits
von dem Düsenwand 9 gebildet.
Der Querschnitt der Lavaldüse 15 vergrößert sich in
Richtung auf den Diffusorteil 20 des Austrittkanals
19. Die Düsenwand 9 verläuft senkrecht nach unten und
ist eben ausgebildet, während die Innenwand 26 des
Unterteils 8 der Vorrichtung 1, wie schon voran
stehend erwähnt wurde, schräg zur Vertikalen verläuft
und nach unten hin divergiert. Im Oberteil 7 der
Vorrichtung 1 befindet sich ein Meßkanal 21 zur
Messung des im Unterdruckkanal 18 herrschenden
Unterdrucks, der im allgemeinen bis 7 mbar beträgt.
Der im Austrittkanal 19 entstehende Unterdruck wirkt
über den Unterdruckkanal 18 auf die Saugzone 17 im
Bereich des Meniskus der Antragsschicht 5 ein. Hier
durch wird die Beschichtung stabilisiert und erst das
Beschichten mit Antragsschichten, die ein niedriges
Naßfilmgewicht besitzen, ermöglicht.
Zwischen der Beschichtungsdüse 2 und der Vorrichtung
1 befindet sich eine Dichtung 12, die Störungen durch
einströmende Luft weitgehend verhindert.
Die in die Vorrichtung 1 eingespeiste Druckluft tritt
in einer Weise aus, daß seitlich von der
Austrittstelle ein Unterdruck entsteht und dadurch
eine Strömung auf eine Luftschicht ausgeübt wird, die
an der Trägerschicht 4 anhaftet.
Obgleich dies nicht dargestellt ist, kann die
Druckkammer in einzeln segmentierte Verteilerkammern
unterteilt sein, die dann wahlweise mit Druckluft
beaufschlagt werden können, so daß faktisch die Länge
des Düsenspalts der Lavaldüse an die jeweilige
vorliegende Beschichtungsbreite angepaßt werden kann.
Die Vorrichtung 1 kann nicht nur zur Erzeugung eines
Unterdruckes an einer Trägerschicht 4 eingesetzt
werden, sondern auch zum Entfernen von Luftpolstern
beim Aufrollen von Bändern oder Kunststoffolien
angewandt werden. Ebenso ist es möglich, die
eingespeiste Druckluft einer Wechselstromkorona
entladung auszusetzen, wodurch es zu einer Ionisation
der Druckluft kommt, die dann das nach oben bewegte
Trägermaterial 4 vor dem Aufbringen der Antrags
schicht 5 entlädt.
Claims (11)
1. Vorrichtung zum Erzeugen eines Unterdrucks an
einer Antragsschicht auf einem bahnförmigen Träger
material, das über eine rotierende Beschichtungswalze
geführt ist, mit einer im Inneren der Vorrichtung
liegenden Druckkammer, die in einen Austrittkanal für
ein Druckmedium nahe dem Trägermaterial mündet, und
mit einer Beschichtungsdüse für das Auftragen der
Antragsschicht auf das Trägermaterial in einem
Beschichtungsspalt, dadurch gekennzeichnet, daß der
über die gesamte Breite des in Richtung nach oben
bewegten Trägermaterials (4) verlaufende Austritt
kanal (19) im Abstand und unterhalb des Be
schichtungsspaltes (25) und einer Saugzone (17)
angeordnet ist, daß ein Diffusorteil (20) den
Austrittkanal (19) nach unten erweitert und daß ein
Unterdruckkanal (18) die Saugzone (17) mit dem
Diffusorteil des Austrittkanals (19) verbindet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wandung des Unterdruckkanals
(18) einerseits von dem bewegten Trägermaterial (4)
und andererseits von einer Düsenwand (9) gebildet
ist, die mit Hilfe von Magneten (10) festgehalten
ist, die in einem Oberteil (7) der Vorrichtung (1)
eingelassen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Düsenwand (9) senkrecht nach
unten verläuft und eben ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß von der Druckkammer (24) ein sich
verengender Verteilerkanal (14) zu einer Lavaldüse
(15) führt, die sich über die gesamte Beschich
tungsbreite des Trägermaterials (4) erstreckt und daß
an den engsten Querschnitt (16) der Lavaldüse (15)
der Diffusorteil (20) des Austrittkanals (19) an
schließt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Druckkammer (24) mit Druck
luft von 2,5 bis 3,8 bar beaufschlagt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt der Laval
düse (15) in Richtung auf den Diffusorteil (20) des
Austrittkanals (19) vergrößert.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie
eine Unterdruckdüse aus einem Oberteil (7) und einem
Unterteil (8) aufweist, die lösbar miteinander ver
bunden sind und daß der Oberteil (7) einen Meßkanal
(21) zur Anzeige des im Unterdruckkanal (18) herr
schenden Unterdrucks enthält.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Verteilereinheit (23) die
Druckluft symmetrisch in die Druckkammer (24) über
die einander gegenüberliegenden, stirnseitigen Ein
strömöffnungen (13, 22) einspeist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen der Beschichtungsdüse (2)
und der Vorrichtung (1) eine Dichtung (12)
angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Unterdruck im Unterdruckkanal
(18) bis 7 mbar beträgt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß in dem Verteilerkanal (14)
verschiebbare Abdichtungen (27) vorhanden sind, die
die Länge des Spaltes der Lavaldüse (15) der
Beschichtungsbreite auf dem Trägermaterial (4)
anpassen.
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