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Technologiebereich
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Die
Erfindung betrifft das Streichen eines sich bewegenden bahnähnlichen
Werkstoffes unter Verwendung von Hochdrucktechniken und sie betrifft die
bei diesem Streichen verwendete Düse. Die Erfindung kann insbesondere
beim Papierstreichen verwendet werden.
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Technischer
Hintergrund
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Beim
Papierstreichen wird eine Überzugszusammensetzung
mit der speziellen Absicht auf die Papieroberfläche aufgetragen, die Druckmerkmale von
Papier zu steigern. Herkömmlicherweise
wurden Pressen, Messerapplikatoren und Filmübertragungsvorrichtungen zum
Streichen verwendet. Diese Techniken sind insbesondere dann nur
schwer zuverlässig
realisierbar, wenn eine Erhöhung
der Laufgeschwindigkeit oder das Streichen von sehr dünnem Papier
erforderlich ist.
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Sprühstreichen
ist als die neueste Streichtechnik erschienen. Es weist den speziellen
Vorteil auf, dass keinerlei mechanische Streicheinrichtungen wie
zum Beispiel ein Schleifmesser oder eine Drehstange erforderlich
sind, die sich mit der Bahn in Kontakt befinden. Hochdrucksprühtechniken
haben sich als besonders vielversprechend erwiesen. Hierbei wird
die Streichzusammensetzung alleine und ohne jedes gasförmige Medium
unter hohem Druck durch eine Düse
mit kleinen Öffnungen
getrieben, wobei die Zusammensetzung in kleine Tröpfchen zerstreut
(zerstäubt)
wird. Der Druck kann zum Beispiel in dem Bereich von 1 bis 200 MPa
liegen, und die Düsenöffnung kann
zum Beispiel in dem Bereich von 0,02 bis 0,5 mm2 liegen.
Eine typische maximale Tröpfchengröße beträgt annähernd 100 μm. Eine solche
Vorrichtung umfasst eine Düsenanordnung
in Querrichtung zu dem Weg, die aus einer Mehrzahl von Düsen besteht.
Die Düsen
sind so angeordnet, dass sie die Bahn möglichst gleichmäßig mit
den Strahlen bedecken. Dann überlappen
sich Strahlen, die durch aneinander angrenzende Düsen in einer Düsenreihe
ausgebildet wurden, passend an ihren Kanten. Die durch die Düse bereitgestellte
Strahlenform ist von der Form der Düsenöffnung abhängig. Das gewöhnliche
Ziel besteht in einem fächerförmigen Strahl,
der in Querrichtung größer als
in Längsrichtung
der Bahn ist. Dann ist die Düsenöffnung dementsprechend
oval. Um einen regelmäßigen Überzug zu
erreichen, werden die Fächer
schräg
zu der Bewegungsrichtung der Bahn angeordnet.
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Das
Sprühstreichen
von Papier ist zum Beispiel in den Dokumenten FI-B-108061 (entsprechend WO
9717036) und Nissinen V, OptiSpray, die „New Low Impact Paper Coating
Technology, OptiSpray coating and Sizing Confe rence/„Neue Low-Impact-Papierstreichtechnologie,
OptiSpray Streich- und Leimpresskonferenz, Finnland, 15. März 2001 beschrieben.
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Düsen können durch
die Herstellung eines Teiles aus geeignetem Werkstoff, zum Beispiel
einem hochverschleißfesten
Werkstoff hergestellt werden, wobei das Teil einen verjüngten Kanal
umfasst, der in einer geschlossenen Spitze endet, wobei die gewünschte Düsenöffnung nachfolgend
in die Spitze eingearbeitet wird. Eine ovale Öffnung wird bereitgestellt,
wenn eine in Querrichtung verlaufende V-förmige Nut in die Spitze eingearbeitet
wird. Der Düsenwerkstoff
kann zum eine Beispiel eine hochverschleißfeste Wolframkarbidzusammensetzung
sein, (wie zum Beispiel WC + Co).
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In
der
DE 3339222 ist eine
Sprühpistole
zur Herstellung von Markierungslinien insbesondere auf Straßen oder
Böden beschrieben.
Die Pistole umfasst eine ovale Düse,
so dass die längere
Achse in Richtung der Markierungslinie verläuft. Die kürzere Achse beträgt mindestens
1/5 der längeren
Achse. Der Zweck besteht darin, eine Linie mit scharfen Kanten zu
erreichen. Die
DE 3339222 dient
als eine Grundlage für
den Oberbegriff von Anspruch 1.
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Allgemeine
Beschreibung der Erfindung
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Eine
Düse nach
der Definition in Anspruch 1 wurde nun zur Verwendung beim Streichen
von bahnähnlichem
Werkstoff erfunden. In den anderen Ansprüchen werden eini ge bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben.
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Die
sekundäre
Düse wird
durch Einarbeitung einer V-förmigen Nut
in die geschlossene Spitze des verjüngten Kanals in einem Einarbeitungswinkel
in dem Bereich von 25 bis 50°,
wie zum Beispiel 35 bis 45° hergestellt.
Der Winkel der Nut hat einen Einfluss auf die Form der so hergestellten
ovalen Durchflussöffnung
und somit auf die Form des erzeugten Strahles. Die Düse der Erfindung
stellt einen ziemlich abgerundeten fächerförmigen Strahl mit sanften Kanten bereit,
wodurch die Überlappung
von aneinander angrenzenden Strahlen erleichtert wird, um einen
optimalen regelmäßigen Überzug zu
erreichen.
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Der
Strömungskanal
ist vorzugsweise im Querschnitt kreisförmig und gerade. Vor der Einarbeitung
weist die Kanalspitze vorzugsweise die Form einer kugelförmigen Fläche auf.
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Es
hat sich herausgestellt, dass die Erweiterung der V-förmigen Nut
die Verschleißfestigkeit
der Düse
erhöht.
Beim Hochdrücksprühen sind
die Durchsatzraten hoch (zum Beispiel in der Größenordnung von etwa 100 m/s),
und die Überzugszusammensetzungen
weisen gewöhnlich
Festsubstanzen auf (zum Beispiel Kalziumkarbonat), die den Verschleiß der Düse wesentlich
erhöhen.
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Die
Düse umfasst
eine vorgelagerte Düse. Sie
wirkt als ein vorgelagerter Diffusor des Strahles. Die vorgela gerte
Düse kann
insbesondere einen sich erweiternden Durchflusskanal umfassen. Er
ist besonders für
die Steigerung der Verschleißfestigkeit der
Düse nützlich.
Bei einer Anzahl von Ausführungsformen
kann sich der Durchflusskanal der vorgelagerten Düse in Strömungsrichtung
erweitern oder verjüngen.
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Die
Größe (Öffnungsdurchmesser)
der vorgelagerten Düse
kann zum Beispiel in dem Bereich von 0,1 mm bis 1 mm, typischerweise
in dem Bereich von 0,25 bis 0,55 mm liegen. Der Bereich der Öffnung der
vorgelagerten Düse
kann zum Beispiel höchstens
50%, typischerweise höchstens
20% des Bereiches der Öffnung
der Düse
an sich (sekundäre
Düse) betragen.
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Es
wurde nun auch eine sekundäre
Düse erfunden,
bei der das Verhältnis
des Maximaldurchmessers zu dem Minimaldurchmesser der ovalen Öffnung deutlich über 1, wie
zum Beispiel 1,2 bis 3, insbesondere 1,5 bis 2,5 liegt. Die Düsenöffnung kann
Abmessungen zum Beispiel in dem Bereich von 1 bis 0,3 mm × 0,5 bis
0,1 mm, typischerweise 0,75 bis 0,4 mm × 0,35 bis 0,15 mm aufweisen.
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Es
wurde nun auch eine Düse
erfunden, die eine sekundäre
Düse und
eine vor derselben angeschlossene vorgelagerte Düse umfasst, wobei der Bereich
der Durchflussöffnung
der vorgelagerten Düse
höchstens
das 1,1-fache des
quer verlaufenden Bereiches der Durchflussöffnung der sekundären Düse beträgt. Optimalerweise
ist der Bereich der Durchflussöffnung
höchstens
gleich dem quer verlaufenden Bereich der Durchflussöffnung der
sekundären
Düse. Eine
solche vorgelagerte Düse
ermöglicht eine
erhöhte
Verschleißfestigkeit
der vorgelagerten Düse.
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Die
Düsen der
Erfindung können
zum Streichen von Papier wie zum Beispiel Druckpapier und Karton
verwendet werden.
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Beschreibung
der Zeichnungen
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Einige
Ausführungsformen
der Erfindung sind unten detailliert beschrieben. Die dazugehörigen Zeichnungen
gehören
zu der schriftlichen Beschreibung.
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In 1 ist
eine Düse
der Erfindung und eine mit der Düse
zu verbindende vorgelagerte Düse
dargestellt.
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In 2 ist
der Volumenstrom der Düsenkombination
in 1 in Abhängigkeit
von Zeit dargestellt.
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Detaillierte
Beschreibung einiger Ausführungsformen der
Erfindung
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Die
Düse von 1 umfasst
eine sekundäre Düse 1 und
eine vorgelagerte Düse 2.
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Die
sekundäre
Düse 1 wurde
hergestellt, indem zuerst ein Teil mit einem geraden verjüngten Strömungskanal
mit einem kreisförmigen
Querschnitt hergestellt wurde, der eine als kugelförmige Fläche ausgebildete
ge schlossene Spitze umfasst. In den Mittelpunkt der Spitze wurde
eine V-förmige
Nut eingearbeitet, um eine Düsenöffnung 3 mit
dem gewünschten
Querrichtungsbereich zu versehen. Die Düsenöffnung ist oval und erzeugt
einen fächerförmigen Strahl.
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Die
vorgelagerte Düse 2 umfasst
einen sich erweiternden Strömungskanal,
dessen Zufuhröffnung 4 kreisförmig ist.
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Durch
den Schleifwinkel der Düsenöffnung 3 werden
die Form der Düsenöffnung und
der damit erhaltene Strahl beeinflusst. Je kleiner der Schleifwinkel,
umso flacher die Form und umso scharfer die Kante des erzeugten
fächerförmigen Strahles.
Die Fächerkanten
können
weiterhin nach vorne ausgerichtete Profilspitzen aufweisen. Ein
erweiterter Schleifwinkel wird die ovale Form des Durchflussquerschnittes
erweitern, wodurch ein Strahlenprofil bereitgestellt wird, welches
runder und besser zu dem Profil eines anderen Strahles passt.
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung liegt der Schleifwinkel in dem Bereich von 25
bis 50°,
wie zum Beispiel 35 bis 45°.
Dementsprechend liegt das Verhältnis
der Hauptachse zur Nebenachse in dem Bereich von 1,2 bis 3, insbesondere
1,5 bis 2,5. Der Fächerwinkel
des so erzeugten Strahles beträgt
etwa 90°.
Der Winkel zwischen der geschliffenen Fläche und der Fläche des
Strömungskanals
beträgt
vorzugsweise mindestens 90°,
typischerweise von 100 bis 150°.
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Bei
einer Streichstation können
Düsen in
einer einzelnen Reihe in Intervallen von zum Beispiel 60 mm in einer
Distanz von etwa 100 mm von der Bahn angeordnet sein. Die Düsen sind
vorzugsweise überlappend
in einem geeigneten Winkel angeordnet, um optimalerweise eine regelmäßige doppelte Abdeckung
bereitzustellen.
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Es
wurde auch herausgefunden, dass die Ecke der unteren Kante 5 der
schleifenden Seite in Bezug auf Verschleiß am kritischsten ist. Diese
Ecke wird während
des Verschleißes
der Düse
abgerundet, was sowohl einen größeren Öffnungsbereich
als auch eine veränderte Öffnungsgeometrie
und folglich eine andere Strahlenform zum Ergebnis hat. Die ursprünglich ovale Öffnung wird
sich einer rechteckigen Form annähern.
Je größer der
Schleifwinkel, umso geringer der Abrieb.
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Die
Auswirkung von Abrieb wurde in Bezug auf eine Düse von 1 untersucht,
indem Kalziumkarbonatpaste (50% Trockensubstanzgehalt) unter einem
Druck von 10 MPa gesprüht
wurde. Der Volumenstrom (ml/s) in Abhängigkeit von Zeit (h) ist in 2 angegeben.
Der Volumenstrom steigt am Anfang sehr stark an. Am Ende von etwa
95 Stunden ist die Wachstumsrate jedoch deutlich stabilisiert. Bei 336
Stunden wurde die vorgelagerte Düse
ausgetauscht, was einen Abfall des Volumenstromes um 32% zum Ergebnis
hatte, was immer noch 34% höher
als das Ausgangsniveau war. Nachfolgend wird die Abriebkurve etwas
sanfter als diejenige von zwei neuen Düsen sein. Dies ist vermutlich
auf Grund der Tatsache der Fall, dass eine neue vorgelagerte Düse eine
klei nere Öffnung
als diejenige einer verschlissenen sekundären Düse aufweist. Da eine vorgelagerte Düse einen
größeren Verschleißbereich
aufweist, wird die sekundäre
Düse mit
einer langsameren Rate verschleißen. Da sich die Abriebkurve
stabilisiert, nähern
sich die Größen der
Düsenöffnungsbereiche einander
an. Da die sekundäre
Düse bei
670 Stunden ausgetauscht wurde, begann der Volumenstrom erneut stark
zu wachsen, wodurch die obige Vermutung gestützt wurde.
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Wenn
eine vorgelagerte Düse
mit einer Größenkategorie
niedriger in die Düse
eingebaut wurde, wurde der Abrieb merklich geringer. Über zwei
Wochen (336 Stunden) erhöhte
sich der Volumenstrom alleine um 25%, wobei dies leicht mithilfe
von Pumpendruck ausgeglichen werden kann.
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Der
Bereich der Durchflussöffnung
einer vorgelagerten Düse
sollte nicht mehr als das 1,1-fache des quer verlaufenden Bereiches
der Durchflussöffnung
der sekundären
Düse betragen.
Der Bereich der Durchflussöffnung
der vorgelagerten Düse
ist vorzugsweise höchstens
gleich dem quer verlaufenden Bereich der Durchflussöffnung der
sekundären Düse.