DE602004001344T2 - Verfahren zum zuführen eines behandlungsmittels in eine auftragungsvorrichtung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zuführen eines Behandlungsmittels zu einem Auftraggerät, das verwendet wird, um eine Beschichtungsfarbe oder einen Oberflächenleim direkt oder indirekt auf eine Papierbahn oder Kartonbahn aufzutragen. Bei dem Verfahren kehrt ein Teil von dem Behandlungsmittel, das zu dem Auftraggerät zugeführt wird, über eine Bypassleitung zu dem Behandlungsmittelzuführsystem zurück und ein Teil vom ihm tritt in eine Auftragkammer in dem Auftraggerät, wobei aus der Auftragkammer im Wesentlichen das gesamte Behandlungsmittel, das in diese zugeführt wird, auf eine sich bewegende Bahn oder auf eine Übertragungsfläche aufgetragen wird.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Auftraggeräte mit geschlossener Kammer, die im Wesentlichen keine Rücklaufzirkulation haben. Mit Rücklaufzirkulation ist die Rückströmung von überschüssigem Behandlungsmittel gemeint, das zu der Auftragskammer über ein Abdichtelement geliefert wird, das die Auftragskammer gegenüber dem Zuführsystem begrenzt. Bei Filmübertragungsbeschichtungseinrichtungen beläuft sich bspw. die Rücklaufzirkulation herkömmlich auf bis zu ungefähr 80% des Behandlungsmittelvolumens, das zu der Auftragskammer geliefert wird. Eine Rücklaufzirkulation verursacht viele praktische Probleme. Um diese Probleme zu lösen, sind Auftraggeräte entwickelt worden, in denen die Auftragskammer im Wesentlichen geschlossen ist, so dass das Behandlungsmittel lediglich in der Form eines Filmes abgegeben werden kann, der auf die Auftragswalze aufgetragen wird. Auftraggeräte mit geschlossener Zirkulation umfassen bspw. die Filmübertragungsbeschichtungseinrichtung OptiSizer^TM und verschiedene bekannte Curtain-Coating-Beschichtungseinrichtungen bzw. Vorhangbeschichtungseinrichtungen. In Auftraggeräten mit geschlossener Zirkulation wird die Maschinenzirkulation, d.h. das Zuführsystem des Behandlungsmittels derart gesteuert, dass es das Ziel ist, lediglich in die Auftragskammer die Menge an aufzutragendem Behandlungsmittel zuzuführen, wobei eine Menge, die möglichen Leckagen von der Auftragskammer entspricht, hinzugefügt wird. Außerdem weist das Beschichtungsgerät häufig eine Bypass-Zirkulation auf, die dazu dient, einen gleichförmigen Druck und eine ausreichende Strömung in dem Verteilerrohr sicher zu stellen, das das Behandlungsmittel in die Auftragskammer zuführt. Mittels der Bypass-Zirkulation ist es möglich, das Zuführprofil in der Querrichtung der Bahn zu optimieren und zu geringe Strömungsgeschwindigkeiten um die Enden der Auftragskammer herum zu verhindern.
• Wenn das Auftragssystem mit kleinem Zirkulationsvolumina arbeitet, wird die Zuführsteuerung des Behandlungsmittels noch wichtiger. Ein Liefern von zu viel Behandlungsmittel erhöht die Leckagen. Wenn zu geringe Mengen an Behandlungsmittel geliefert werden, besteht ein Risiko eines ungleichmäßigen Auftragsprofils.
• Das finnische Patent Nr. 104 577 offenbart einen Aufbau zum Zuführen eines Behandlungsmittels zu einem Auftraggerät, das im Wesentlichen ohne Rücklaufzirkulation arbeitet. Bei diesem Aufbau ist eine Bypass-Strömung in der Zuführkammer eingerichtet, die zu dem Auftraggerät zugehörig ist, wobei der Innendruck von der Zuführkammer gemessen wird und der Zuführdruck von dem Behandlungsmittel derart eingestellt wird, dass ein erwünschter Einstellwert für den Innendruck der Zuführkammer erhalten wird. Die Einstellung der Zufuhr in derartiger Weise, dass sie dem tatsächlichen Verbrauch entspricht, ist auf den Druckverlust über Düsen gegründet, die zu der Auftragskammer führen, d.h. in der Praxis auf die Messung des Drucks, der vor den Düsen wirksam ist. Es ist schwierig, eine Drucksteuerung zum Einstellen der Beschichtungsmenge zu verwenden. Ein bestimmter Druck schafft verschiedene Beschichtungsmengen bei verschiedenen Laufbedingungen, da die Beziehung zwischen dem Druck und der Strömung nicht ganz linear ist, sondern durch viele andere Faktoren ebenfalls beeinflusst wird. Die Drucksteuerung der Zufuhr ist gegenüber Störungen empfindlich, deren Effekte entweder automatisch oder durch den Anwender ausgeglichen werden müssen.
• In Filmübertragungsbeschichtungseinrichtungen gibt es zwei hauptsächliche Möglichkeiten zum Einstellen der Menge an Auftragsbehandlungsmittel. Wenn es erwünscht ist, die Menge zu ändern, kann entweder der Belastungsdruck von dem Auftragsstab eingestellt werden oder kann der Stab durch einen Stab mit einem anderen Durchmesser und/oder einer anderen Nutausbildung ausgetauscht werden. Insbesondere wenn ein mit Nuten versehener Stab betroffen ist, sind lediglich Feineinstellungen durch ein Einstellen der Stabbelastung erzielbar. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Zunahme des Belastungsdrucks effektiv sowohl die Nutausbildung des Stabes als auch die Beschichtung der Walze verschleißt. Wenn eine Volumenmessung auf der Grundlage des Nutvolumens von dem Auftragsstab bei dem Auftragen angewendet wird, muss der Stab immer dann ersetzt werden, wenn es erwünscht ist, die Menge an auf die Walze aufgetragenem Behandlungsmittel zu ändern. Dies ist arbeitsaufwendig, insbesondere bei Mehrsortenmaschinen.
• Die Bypass-Zirkulation von dem Auftraggerät ist herkömmlich zu einem Maschinentank zurückgeleitet worden. Wenn die Bypass-Zirkulation nicht konstant ist, ist es schwierig, die tatsächliche Behandlungsmittelzufuhr zu bestimmen. Dies bewirkt Probleme insbesondere dann, wenn ein Curtain-Coating-Beschichtungsgerät für ein Mehrlagenbeschichten verwendet wird, bei dem es sehr schwierig ist, das Zuführvolumen einer einzelnen Lage zu steuern.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kosteneffektive und einfache Lösung für die Probleme in Bezug auf das Zuführen von Behandlungsmittel und die Messung des Zuführvolumens zu schaffen.
• Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch den kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gekennzeichnet.
• Die vorliegende Erfindung ist gegründet auf das Steuern des Zuführens eines Behandlungsmittels zu einem Auftraggerät auf der Grundlage einer Behandlungsmittelströmung, die von einer Zuführlinie gemessen wird, und des erwünschten Einstellwerts des Zuführens. Der erwünschte Wert ist so gewählt worden, dass die erwünschte Behandlungsmittelmenge auf die Bahn oder auf eine Übertragungsfläche vorgesehen wird. Diese Art an Strömungssteuerung macht es einfacher, das Behandlungsmittelvolumen zu messen und das Zuführen zu handhaben. Mittels der Strömungssteuerung ist es möglich, bspw. bei einer Filmübertragungsbeschichtungseinrichtung die Menge an Behandlungsmittel, die zu dem Enderzeugnis tritt, einzustellen, ohne die Nutausbildung von dem Auftragsstab zu ändern, und derart, dass die Belastung des Auftragsstabes konstant gehalten wird, vorzugsweise so gering wie möglich.
• Um die Steuerung auszuführen, wählt der Anwender die Behandlungsmittelmenge, die er bei dem Enderzeugnis haben möchte. Auf dieser Grundlage wird die erforderliche Behandlungsmittelzuführrate berechnet, wenn der Trockengehalt von dem Behandlungsmittel, die Breite der Maschine und die Laufgeschwindigkeit bekannt sind. Die Bypass-Zirkulation und die Leckagen werden berücksichtigt durch Multiplizieren der Menge an Behandlungsmittel, die benötigt wird, mit einem geeigneten Koeffizienten, der bspw. 1,2 sein kann.
• Wenn der erwünschte Wert des Zuführens erhöht wird, wird eine größere Menge an Zuführmittel zu der Auftragskammer zugeführt, wobei der Druck in der Auftragskammer zunimmt und mehr Behandlungsmittel durch die Nuten des Auftragsstabes zu der Oberfläche der Auftragswalze gequetscht wird. Entsprechend führt das Abnehmen des erwünschten Werts der Zufuhr zu einem dünneren Behandlungsmittelfilm.
• Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung tritt die Bypass-Strömung von dem Auftraggerät nicht zu dem Maschinentank, sondern statt dessen direkt zu der Zuführlinie an einem Punkt, der sich zwischen dem Messpunkt der Zuführströmung und dem Auftraggerät befindet. Das Zuführen von dem Behandlungsmittel zu dem Auftraggerät ist somit unabhängig von dem Volumen der Bypass-Zirkulation. Die Zuführpumpe von der Maschinenzirkulation pumpt lediglich das Behandlungsmittel zu dem Auftraggerät in einer Menge, die derjenigen äquivalent ist, die von der Auftragskammer zu der Bahn oder zu der Walze übertragen wird. Dank diesem Aufbau ist es möglich, den Bypass-Zirkulationsanteil zu erhöhen, insbesondere dann, wenn kleine Zuführvolumina angewendet werden, wenn ein Sicherstellen eines gleichförmigen Drucks über die gesamte Breite der Auftragskammer erwünscht ist und damit die Düsenkanäle, die von dem Verteilerrohr zu der Auftragskammer führen, nicht verstopft werden. Das Zuführprofil kann gesteuert werden durch ein Einstellen der Kapazität der Bypass-Pumpe, ohne dass dies einen Effekt auf das gesamte Zuführvolumen hat.
• Die vorliegende Erfindung ist nachstehend anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
• 1 zeigt eine Querschnittsansicht von einem Behandlungsmittelauftraggerät, das zu einer Filmübertragungsbeschichtungseinrichtung zugehörig ist.
• 2 zeigt schematisch eine Maschinenzirkulation von einer Filmübertragungsbeschichtungseinrichtung.
• 3 zeigt schematisch eine alternative Bypass-Strömungskupplung.
• 1 zeigt eine Querschnittsansicht von einem Behandlungsmittelauftraggerät 40, das zu einer Filmübertragungsbeschichtungseinrichtung zugehörig ist. Es weist eine Auftragskammer 19 auf, die an einer gekrümmten Fläche von einer Auftragswalze 20 angeordnet ist. Das Behandlungsmittel wird zu der Auftragskammer 40 über ein Verteilerrohr 17 geliefert, von dem es zu der Auftragskammer 19 über Düsenkanäle 18 tritt. Ein Teil der Zuführströmung, die zu dem Verteilerrohr tritt, wird als eine Bypass-Strömung durch das entgegengesetzte Ende von dem Rohr abgegeben. Die Auftragskammer 19 ist an der Eingangsseite, in Richtung der Bewegung der Walze 20 gesehen, durch einen Abdichtstab 21 begrenzt und an der Ausgangsseite durch einen Auftragsstab 22, wobei jeder von ihnen so eingerichtet ist, dass er sich in seinem Gestell dreht, über die der Stab 21, 22 gegen die Fläche der Walze 20 belastet wird. Das Belasten von dem Abdichtstab 21 und dem Auftragsstab 22 wird derart gesteuert, dass das Behandlungsmittel lediglich dazu in der Lage ist, von der Auftragskammer 19 durch Nuten in dem Auftragsstab 22 als ein Film 23 abgegeben zu werden, der der Oberfläche der Auftragswalze 20 folgt. Der Abdichtstab 21 dient dem Verhindern, dass Luft in die Auftragskammer 19 eindringt und Behandlungsmittel von der Auftragskammer 19 in der stromaufwärtigen Richtung der Walze 20 abgegeben wird. Beide Seitenenden der Auftragskammer 19 sind abgedichtet, was bedeutet, dass ein Überdruck in der Auftragskammer 19 gehalten werden kann.
• 2 zeigt eine Maschinenzirkulation von einer Filmübertragungsbeschichtungseinrichtung. Ein Behandlungsmittel tritt entlang einer Verrohrung 11 zu einem Maschinentank 10, von dem es durch eine Zuführpumpe 13 entlang einer Verrohrung 12 zu einer Reinigungsvorrichtung 15 gepumpt wird, bei der Verunreinigungen und/oder Luft aus dieser entfernt wird /werden. Nach der Reinigungsvorrichtung 15 tritt die Behandlungsmittelströmung entlang einer Zuführleitung 16 zu einem Auftraggerät 40. Der hauptsächliche Anteil der Behandlungsmittelströmung, die zu dem Auftraggerät 40 tritt, tritt von dem Verteilerrohr durch die Auftragskammer zu der Auftragswalze 20, und lediglich ein kleiner Teil kehrt entlang einer Bypass-Leitung 24 zu dem Maschinentank 10 zurück. Die Bypass-Leitung 24 ist üblicherweise mit einem einstellbaren Ventil (dieses ist nicht gezeigt) ausgestattet, das die Größe der Bypass-Strömung wunschgemäß hält. Da keine Rücklaufzirkulation von der Auftragskammer vorhanden ist, muss das Behandlungsmittel lediglich zu der Auftragskammer in einer Menge zugeführt werden, die zum Ausbilden eines Behandlungsmittelfilms in der erwünschten Dicke an der Auftragswalze 20 erforderlich ist.
• Die Behandlungsmittelströmung in der Zuführleitung 16 wird mittels eines Strömungssensors überwacht, der an einem Messpunkt 14 angeordnet ist. Ein Signal Q, das von der Strömungsmessung empfangen wird, tritt zu einer Steuerschaltung 30, die den Betrieb der Zuführpumpe 13 steuert. Die Steuerschaltung 30 vergleicht die tatsächliche Zuführströmung Q mit ihrem erwünschten eingestellten Wert Q₀ und erzeugt auf dieser Grundlage ein Steuersignal Z, das zum Steuern der Geschwindigkeit der Zuführpumpe 13 verwendet wird. Die Steuerschaltung kann alternativ zum Drosseln eines (nicht gezeigten) Steuerventils in der Zuführleitung 16 oder zum Steuern der Zuführströmung in irgendeiner anderen Weise verwendet werden.
• Das Auftraggerät 40 kann in einer an sich bekannten Weise mit einem Drucksensor ausgestattet sein, der den Druck P in dem Verteilerrohr oder in der Auftragskammer misst. In einer normalen Situation wird eine Druckmessung nicht zum Steuern des Zuführens verwendet.
• Wenn das Zuführen des Behandlungsmittels auf der Grundlage der Strömungsmessung Q und des erwünschten Werts Q₀, der für das Zuführen eingestellt worden ist, gesteuert wird, ist es möglich, das Behandlungsmittelvolumen zu ändern, indem einfach der erwünschte eingestellte Wert für das Zuführen Q₀ geändert wird. Somit wird der Anwendungsbereich von dem mit Nuten versehenen Auftragsstab 22 breiter, da verschiedene Mengen an Behandlungsmittel mit diesem aufgetragen werden können. Außerdem kann die Belastung von dem Auftragsstab 22 konstant gehalten werden und somit kann der Verschleiß von der Auftragswalze 20 verringert werden. Diese Änderungen erhöhen die Lebensdauer des Auftragsstabs 22 und der Auftragswalze 20 und ermöglichen einen längeren kontinuierlichen und störungsfreien Betrieb des Auftraggeräts 40.
• 3 zeigt einen anderen Aufbau, der das Verfahren der vorliegenden Erfindung anwendet. Es sollte hierbei beachtet werden, dass das Zuführsystem von 2 und auch jenes von 3 sowohl bei einem Filmübertragungsbeschichten als auch bei einem Curtain-Coating-Beschichten angewendet werden kann. Bei einem Curtain-Coating-Beschichten tritt das Behandlungsmittel zu einem Curtain-Coating-Beschichtungsbalken, der sich oberhalb der Bahn befindet, wobei von diesem ermöglicht wird, dass es als ein gleichmäßiger Vorhang (curtain) auf die zu behandelnde Bahn fällt. Die Zufuhr wird auf der Grundlage der Strömungsmessung Q und des erwünschten Werts Q₀ gesteuert, der für das Zuführen eingestellt worden ist, wie dies bei dem Beispiel von 2 der Fall ist.
• Das Zuführsystem von 3 hat eine Bypass-Leitung 42, die mit einer Bypass-Pumpe 43 ausgestattet ist, und durch ein Einstellen der Geschwindigkeit der Pumpe ist es möglich, die Volumenrate der Bypass-Zirkulation zu steuern. Die Bypass-Strömung tritt nicht zu einem Maschinentank 10, sondern statt dessen tritt sie an einem Punkt, der sich nach einem Strömungsmesspunkt 14 befindet, zu einer Zuführleitung 16, die zu einem Auftraggerät 40 führt. Die Bypass-Zirkulation kann somit frei gesteuert werden, da eine Strömungsschleife 42 der Bypass-Zirkulation in keiner Weise eine Steuerschaltung 30 beeinflusst, die das zuzuführende Behandlungsmittel zu dem Auftraggerät 40 führt. Dank dieses Aufbaus ist es bspw. möglich, eine größere Bypass-Zirkulation dann anzuwenden, wenn kleinere Behandlungsmittelzuführungen angewendet werden, um einen gleichmäßigen Druck über die gesamte Länge des Auftraggerätes 40 und ein gleichförmiges Zuführprofil von dem Auftraggerät 40 sicher zu stellen. Dies ist ein vorteilhafter Aufbau, wenn bspw. ein Curtain-Coating-Beschichtungsbalken für ein Mehrlagenbeschichten angewendet wird, wobei in diesem Fall die Menge an zu einer einzelnen Behandlungsmittellage geliefertem Behandlungsmittel sehr klein sein kann.
• Das Zuführsteuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist von Vorteil bspw. bei Mehrsortenmaschinen, bei denen die Behandlungsmittelzufuhr in Verbindung mit einer Sortenänderung einfach gewechselt werden kann, indem der erwünschte eingestellte Wert Q₀ der Zufuhr geändert wird. Beim Berechnen des erwünschten Werts Q₀ werden Faktoren, die die Menge an Auftragsbehandlungsmittel beeinflussen, berücksichtigt, wie bspw. solche Faktoren wie die Geschwindigkeit von dem Beschichtungsgerät, die Bahnbreite und die Behandlungsmitteleigenschaften (Trockengehalt, Viskosität, etc.) umfassen.
• Die neue Art und Weise des Ankoppelns der in 3 gezeigten Bypass-Zirkulation ist dazu geeignet, dass sie nicht nur bei dem Zuführsystem gemäß der vorliegenden Erfindung sondern auch in Verbindung mit anderen an sich bekannten Zuführsteuerverfahren angewendet wird.

Claims (7)

1. Verfahren zum Zuführen eines Behandlungsmittels zu einem Auftraggerät (40), das verwendet wird, um eine Beschichtungsfarbe oder einen Oberflächenleim direkt oder indirekt auf eine Papierbahn oder Kartonbahn aufzutragen, wobei bei dem Verfahren ein Teil von dem Behandlungsmittel, das zu dem Auftraggerät (40) zugeführt wird, über eine Bypassleitung (24, 42) zu dem Behandlungsmittelzuführsystem zurückkehrt und ein Teil vom ihm in eine Auftragkammer (19) in dem Auftraggerät (40) tritt, wobei aus der Auftragkammer im Wesentlichen das gesamte Behandlungsmittel, das in diese zugeführt wird, auf eine sich bewegende Bahn oder auf eine Übertragungsfläche aufgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Messen der Strömung von dem Behandlungsmittel (Q) zu dem Auftraggerät (40) und Steuern des Zuführens von dem Behandlungsmittel auf der Grundlage von der gemessenen Strömung (Q) und eines vorbestimmten eingestellten Wertes (Q₀), wobei der eingestellte Wert gewählt worden ist gemäß der erwünschten Menge an Behandlungsmittel, das auf die sich bewegende Bahn oder Übertragungsfläche aufgetragen wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den folgenden Schritt aufweist: Zurückkehrenlassen der Bypassströmung zu dem Behandlungsmittelzuführsystem an einem Punkt, der sich vor einem Zuführströmungsmesspunkt (14) befindet.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den folgenden Schritt aufweist: Zurückkehrenlassen der Bypassströmung zu einer Behandlungsmittelzuführleitung (16) an einem Punkt, der sich zwischen einem Messpunkt (14) der Zuführströmung und dem Auftraggerät (40) befindet.
4. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den folgenden Schritt aufweist: Steuern des Zuführens von dem Behandlungsmittel durch Ändern der Geschwindigkeit einer Zuführpumpe (13).
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den folgenden Schritt aufweist: Steuern des Zuführens von dem Behandlungsmittel durch Drosseln der Strömung in der Zuführleitung (16).
6. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auftragbalken von einem Filmübertragungsbeschichter als das Auftraggerät verwendet wird, wobei bei dem Balken ein mit Nuten versehener Auftragstab (22) als ein Messelement verwendet wird.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Curtain-Coating-Beschichtungsbalken als das Auftraggerät verwendet wird.