DE60120726T2

DE60120726T2 - Trägerleiste für eine rakelvorrichtung

Info

Publication number: DE60120726T2
Application number: DE60120726T
Authority: DE
Inventors: Petri Banglamung PARNI; Rami Vanninen
Original assignee: Metso Paper Oy
Current assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2021-09-29
Also published as: US20040040498A1; CA2422606A1; FI20002158A; EP1320643A1; FI109042B; ATE330067T1; EP1320643B1; CA2422606C; FI20002158A0; AU2001291926A1; WO2002027097A1; US6758904B2; DE60120726D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rakelanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der Beschichtung von Papier- und Pappebahnen wird auf die Oberfläche einer sich bewegenden Papierbahn eine Lage einer Beschichtungsmischung aufgebracht, wonach die Beschichtung geglättet und die Beschichtungslage auf eine spezifizierte Dicke gerakelt wird, durch Hilfe eines Rakelmessers, das an einer Trägerstrebe montiert ist. Die zu beschichtende Bahn passiert den Spalt, der zwischen dem Rakelmesser und der Gegenrolle gebildet ist, wobei das Messer die überschüssige Beschichtung von der Bahnoberfläche wegrakelt und die verbleibende Beschichtung auf der Bahnoberfläche in eine Lage gewünschter Dicke einebnet. Das Rakelmesser wird vorgespannt mittels einer Trägerleiste, die konzipiert ist, um entweder steif oder flexibel gegen das Messer anzulegen. In einer steifen Vorspannanordnung ist die Trägerleiste dazu konzipiert, direkt an dem Messer anzuliegen, während bei der flexiblen Vorspannung ein flexibler Schlauch zwischen dem Rakelmesser und der Trägerleiste vorgesehen ist.
Um die Beschichtungslage über das gesamte Profil gleichförmig dick zu machen, sollte die Linealvorspannkraft, die das Rakelmesser gegen die laufende Bahn drückt, gleichförmig über die gesamte Breite des Rakelmessers sein. Das Rakelmesser wird vorgespannt, indem die Tragstrebe des Rakelmessers gegen die Gegenrolle bewegt wird, wobei das Messer gegen die laufende Bahn gepresst wird und sich um die Vorspannlinie biegt, die durch die Trägerleiste gebildet wird. Zusätzlich kann das Rakelmesser lokal durch Profilsteuerschrauben vorgespannt werden, die konzipiert sind, um auf die Trägerleiste zu wirken und über die Quermaschinenbreite der Bahn angeordnet sind, üblicherweise in einer wechselseitigen Distanz von 45–150 mm. Die Profilsteuerschrauben machen es u.a. möglich, Defekte im Basispapier zu kompensieren, so dass die Defekte sich nicht in dem Profil der beschichteten Bahn niederschlagen.
In den meisten Anwendungen kann das Rakelmesser ersetzt werden durch eine Ausgleichsstangenanordnung, wobei eine rotierende Stange anstelle eines Rakelmessers verwendet wird. Die Stange der Ausgleichsstangenanordnung wird auf einem Halter montiert, der einen flexiblen Vorspannschlauch aufweist, der dagegen angepasst ist. Auf der anderen Seite des Vorspannschlauchs ist eine Trägerleiste vorgesehen, deren andere Seite gegen die Profilsteuerschrauben anliegt.
Sowohl in einer Ausgleichsstangenanordnung als auch einer Rakelmesseranordnung verursachen selbst minimale Abweichungen oder Biegungen in der Trägerleiste beträchtliche Abweichungen im Beschichtungsgewicht, das auf die Oberfläche der Basisbahn aufgebracht wird. Eine lokale Abweichungen der Trägerleiste in einem so geringen Maß wie um die 0,075 mm verursacht eine Änderung von 1–2 g pro m² in dem Beschichtungsgewicht. Heutzutage werden Trägerleisten in der Regel durch Bearbeitung bzw. Formgebung aus Zinnbronzematerial hergestellt. Weil die maximale Formänderungsfestigkeit von Zinnbronze gering ist, können Kräfte, die bei dem Bearbeitungsverfahren darauf wirken, die Profilsteuerschrauben und thermische Expansion permanente Deformationen in der Trägerleiste hervorrufen, welche schwierig zum Kompensieren sind, wie dicht auch immer die Steuerschrauben relativ zueinander angeordnet sind.
Aufgrund des relativ hohen Young-Moduls von Zinnbronze ist eine große Kraft erforderlich, um eine derartige Trägerleiste zu biegen, was bedeutet, dass die Profilkontrollschrauben mit einem Abstand so gering wie möglich angeordnet sein müssen. Jedoch müssen relativ kleine Schrauben verwendet werden, um einen derartig geringen Abstand der Profilkontrollschrauben zu erlauben.
Darüber hinaus hat Zinnbronze einen relativ hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, weshalb die thermische Expansion der Trägerleiste Abweichungen in dem Beschichtungsprofil hervorrufen kann, insbesondere in den letzten Beschichtern einer Beschichtungsstation und in Beschichtern, die mit einem sogenannten Kantenbettentfernungssystem (edge bed removal system) ausgerüstet sind, das Heißdampf hinter das Rakelmesser einbläst.
Das US-Patent 5,356,519 zeigt einen Trägerbalken für ein Streichmesser, welches in Kontakt mit der Ummantelungsfläche eines Trocknungszylinders steht.
Das US-Patent 5,624,495 zeigt ein Beschichtungssystem, das ein flexibles Messer für die Beschichtung von bandförmigem Material umfasst.
Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung, einen neuen Typ einer Rakelmesseranordnung zu schaffen, der in der Lage ist, die oben beschriebenen Probleme zu lösen.
Das Ziel der Erfindung wird erreicht, indem der Körper der Trägerleiste aus einem faserverstärkten Kompositmaterial hergestellt wird, das eine hohe Zugfestigkeit aufweist, einen geringen Young-Modul und einen geeigneten thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Der Körper der Trägerleiste kann mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet sein, der gegen Abnutzung resistent ist und gegen schädliche Einflüsse aus der Umwelt.
Insbesondere ist die Rakelmesseranordnung der Erfindung charakterisiert durch den charakterisierenden Teil des Anspruchs 1.
Die Erfindung bietet signifikante Vorteile.
Der Young-Modul der Trägerleiste, die aus einem Kompositmaterial hergestellt ist, beträgt lediglich ein Zehntel des Young-Moduls von Zinnbronze, was ein leichteres Biegen der Trägerleiste ermöglicht. Hieraus resultierend kann der Abstand zwischen den Profilkontrollschrauben größer gemacht werden als bisher im Stand der Technik bekannt. Darüber hinaus hat eine aus einem Kompositmaterial hergestellte Trägerleiste keine feststellbare äußerste Streckfestigkeit, was bedeutet, dass der Streifen keine permanente Deformationen aufgrund des Nachgebens zeigt. Darüber hinaus ist die Zug-/Reißfestigkeit eines Kompositmaterials ein Vielfaches dessen von Zinnbronze. Eine Trägerleiste, die aus einem Kompositmaterial hergestellt ist, ist ebenfalls frei von permanenten Dimensionsänderungen, die durch thermische Expansion begründet sind. Darüber hinaus kann der thermische Ausdehnungskoeffizient der Trägerleiste durch eine genaue Ausrichtung der Fasern in dem Kompositmaterial modifiziert werden. Hier wird der thermische Ausdehnungskoeffizient der Trägerleiste vorzugsweise gleich dem des Rahmens der Rakelmesseranordnung gemacht, womit es möglich ist, die Spannungen, die aufgrund von thermischer Ausdehnung auf die Anordnung ausgeübt werden, zu reduzieren. Eine erfindungsgemäße Trägerleiste kann durch Pultrusion hergestellt werden, das ein dimensionsmäßig akkurates Verfahren darstellt und geringe Herstellungskosten bietet, sobald die Investition in die Herstellungsform abgedeckt ist. Zusätzlich kann die Geometrie der Trägerleiste in einer Weise variiert werden, die extrem schwierig oder sogar unmöglich durch konventionelle Formgebungstechniken erzielt werden kann.
Nachfolgend wird die Erfindung detaillierter mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, bei denen
1 einen Querschnitt eines steif beaufschlagten Rakelmessers zeigt,
2 einen Querschnitt eines flexibel belasteten Rakelmessers zeigt, und
3 einen Querschnitt einer flexibel vorgespannten Ausgleichsstangenanordnung zeigt.
In 1 ist eine in konventioneller Weise steif vorgespannte Rakelmessanordnung gezeigt, die einen länglichen Tragbalken 1 für das Rakelmesser enthält, der sich über die Quermaschinenbreite des Beschichters erstreckt und an welchem ein Halter für das Rakelmesser 2 vorgesehen ist. Ein Rakelmesser 3, welches sich über die gesamte Quermaschinenbreite der Bahn 5 erstreckt, ist an seiner Unterkante an dem Messerhalter 2 festgelegt. Das Rakelmesser 3 ist vorgespannt und seine Vorspannung wird lokal gesteuert durch Anpressen des Rakelmessers 3 mit der Hilfe von Profilsteuereinrichtungen, wie z.B. Profilsteuerschrauben 7 an einem Punkt oberhalb des Montagepunktes des Messerhalters 2 gegen die bewegende Bahn 5, die um die Gegenrolle 4 läuft. Zwischen dem Rakelmesser 3 und den Profilsteuerschrauben 7 ist eine längliche Trägerleiste 6 angeordnet, mit welcher die Enden der Profilsteuerschrauben 7 verbunden sind. Die Profilsteuerschrauben 7 sind in Quermaschinenrichtung über die Breite der Bahn 5 in einem Abstand voneinander angeordnet. Der Abstand zwischen benachbarten Profilsteuerschrauben 7 liegt üblicherweise zwischen 45 und 150 mm.
In 2 ist eine in konventioneller Weise flexibel vorgespannte Rakelmesseranordnung gezeigt, die eine Konstruktion und ein Wirkprinzip haben, das ansonsten ähnlich zu dem des starr vorgespannten Rakelmessers aus 1 ist, mit der Ausnahme, dass ein flexibler Gummischlauch 8 zwischen der Trägerleiste 6 und dem Rakelmesser 3 aufgenommen ist. Eine Seite der Trägerleiste 6 ist mit den Profilsteuerschrauben 7 verbunden und die andere Seite mit dem flexiblen Gummischlauch 8.
In 3 ist eine konventionelle Ausgleichsstangenanordnung gezeigt, bei der eine Ausgleichsstange 9, die sich über die gesamte Quermaschinenbreite der zu beschichtenden Bahn 5 erstreckt, in einer Gabel 11 rotiert, die in einem Stangenhalter 10 ausgeformt ist. Der Stangenhalter 10 ist an dem Rahmen 12 der Ausgleichsstangenanordnung montiert, und ein flexibler Gummischlauch 13 ist zwischen dem Stangenhalter 10 und dem Rahmen 12 angeordnet, so dass eine Seite des Schlauchs gegen den Stangenhalter 10 anliegt und die andere Seite des Schlauchs an einer Trägerleiste 14 anhaftet. Die Ausgleichsstange 9 kann lokal vorgespannt werden, indem die Trägerleiste 14 mit Profilsteuereinrichtungen 15 vorgespannt wird, die in einem Abstand voneinander über die Quermaschinenbreite der Bahn 5 angeordnet sind, welche um eine Gegenrolle 4 läuft. Von diesen Steuereinrichtungen wird die Vorspannkraft über die Trägerleiste 14 und den flexiblen Gummischlauch 13 auf die Ausgleichsstange 9 übertragen.
Die Anordnungen aus den 1, 2, und 3 enthalten eine Trägerleiste 6, 14, die durch einen faserverstärkten Kompositkörper gebildet ist. Die Fasern werden vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe Glas, Kohlenstoff, Bor- oder Aramidfasern oder Mischungen dieser Fasern. Vorzugsweise wird als Matrix des Kompositmaterials, aus welchem der Körper der Trägerleiste 6, 14 hergestellt wird, ein Epoxiharz verwendet. Der Körper aus Kompositmaterial wird mit einer Beschichtungsmischung beschichtet, die unempfindlich ist gegen Abnutzung und Umwelteinflüsse. Vorzugsweise wird die Oberfläche mit Hartchrom beschichtet. Die Oberflächenbeschichtung kann aufgebracht werden, z.B. mittels thermischen Sprühens oder physikalischer Gas-Phase-Abscheidungstechniken.
Vorzugsweise ist der Young-Modul des Kompositmaterialkörpers der Trägerleiste 6, 14 geringer als 50 GPa, wobei die Trägerleiste 6, 14 leicht biegbar wird. Üblicherweise ist die Zug-/Bruchfestigkeit der Trägerleiste 6, 14 in ihrer Längsrichtung größer als 500 MPa. Weiterhin ist vorteilhafterweise der thermische Ausdehnungskoeffizient des Kompositmaterials, welches für den Körper der Trägerleiste 6, 14 verwendet wird, zumindest gleich dem des Rahmens 1, 12 der Rakeleinheit, wobei aufgrund thermischer Ausdehnung keine Spannungen auf die Rahmenstruktur ausgeübt werden. Der thermische Ausdehnungskoeffizient des Kompositmaterials und der Young-Modul in Längsrichtung der Trägerleiste 6, 14 können während des Herstellungsverfahrens modifiziert werden, indem orientierte Faserbündel in der Struktur angeordnet werden. Weiterhin beeinflusst auch die Anzahl der Fasern, die in der Struktur verwendet werden, die oben genannten Charakteristika. Üblicherweise beträgt der thermische Ausdehnungskoeffizient des Kompositmaterials zwischen 0 und 20 × 10-6 K-1. Der Kompositkörper der Trägerleiste 6, 14 kann z.B. durch Pultrusion hergestellt werden, wobei der Körper dimensionsmäßig präzise wird und Formen erhalten kann, die durch herkömmliche Formgebung schwierig herzustellen sind.
Zusätzlich zur obigen Beschreibung kann die Erfindung alternative Ausführungsformen haben. Z.B. kann die Trägerleiste der Erfindung auch in einer Ausgleichsstangen- oder Rakelmessereinheit verwendet werden, die dazu ausgebildet ist, die Beschichtungsmischungslage zu glätten, die auf die Walze eines Filmtransferbeschichters aufgebracht wurde.

Claims

Rakelelementanordnung, die geeignet ist für die Steuerung der Menge einer Beschichtungsmischung, die auf eine sich bewegende Bahn (5) oder auf die Walze eines Filmtransferbeschichters aufgebracht wird und zum Ausgleichen bzw. Einebnen der aufgebrachten Beschichtungsmischungslage, welche Anordnung folgende Komponenten umfasst: – einen Rahmen (1, 12), der einen daran montierten Halter (2, 10) aufweist, – ein Rakelelement (3, 9), das an dem Halter (2, 10) montiert ist, – Profilsteuerungseinrichtungen (7, 15), die geeignet sind, das Rakelelement (3, 9) gegen die Oberfläche der Bahn (5) oder gegen die Rolle des Filmtransferbeschichters zu drücken, und – eine Trägerleiste (6, 14) die zwischen dem Rakelelement (3, 9) und den Profilsteuerungseinrichtungen (7, 15) angeordnet ist, welche Trägerleiste einen faserverstärkten Kompositkörper enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilsteuerungseinrichtungen (7, 15) in einem Abstand voneinander über die Quermaschinenbreite der Bahn (5) angeordnet sind und dazu konzipiert sind, die Trägerleiste (6, 14) lokal anzudrücken.
Rakelelementanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein flexibler Schlauch (8) zwischen der Trägerleiste (6, 14) und dem Rakelelement (3, 9) angeordnet ist.
Rakelelementanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein flexibler Schlauch (8) zwischen dem Rahmen (1, 12) und den Profilsteuerungseinrichtungen (7, 15) angeordnet ist.
Rakelelementanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerleiste (6, 14) mit einer Beschichtung beschichtet ist, die gegen Abnutzung resistent ist.
Rakelelementanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Young-Modul des Körpermaterials der Trägerleiste kleiner als 50 GPa ist.
Rakelelementanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zug- bzw. Bruchfestigkeit der Trägerleiste in ihrer Längsrichtung höher als 500 MPa ist.
Rakelelementanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient der Trägerleiste zumindest im Wesentlichen gleich der des Rahmens (1, 12) der Rakeleinheit ist.
Rakelelementanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerleiste (6, 14) mit Hartchrom beschichtet ist.
Rakelelementanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verstärkende Komponente des Körpers der Trägerleiste Glas- und/oder Karbonfasern enthält.
Rakelelementanordnung nach Anspruch 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix des Körpers der Trägerleiste Epoxidharz enthält.
Rakelelementanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Körpermaterial der Trägerleiste keine maximale Streckfestigkeit aufweist.