DE69405469T2 - Baugruppe zum Laden einer Rakelklinge - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Baugruppe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zum Laden bzw. Beaufschlagen der Klinge einer Rakeleinheit, die verwendet wird, um z.B. eine Papierbahn zu beschichten.
• Beim Beschichten einer Papierbahn wird die Schicht auf die Bahn glättend aufgetragen, wobei üblicherweise eine Rakelklinge verwendet wird. Das Schichtgemisch kann zuerst auf die Bahn unter Verwendung einer gesonderten Auftragungsvorrichtung aufgetragen werden, wobei die Rakelklinge in der Maschinenrichtung beabstandet von dem Auftragungspunkt angeordnet ist oder alternativ eine als Kurzverweil-Beschichter bezeichnete Beschichtungsmaschine verwendet werden kann, bei der sich eine Auftragungskammer unmittelbar neben der Rakelklinge befindet und die aufgetragene Schicht unmittelbar durch die Rakelklinge geglättet wird.
• Die Menge des an der gerade beschichteten Bahn haftenden Schichtgemisches wird eingestellt, indem man die Ladung bzw. Beaufschlagung der Rakelklinge ändert. Wenn die Klingenladung geändert wird, verändert sich auch der tatsächliche Winkel der Rakelklinge zur Bahn, und die Steuerung des aufgetragenen Schichtgewichts ist vorübergehend instabil. Dies steht im Zusammenhang mit der Tatsache, daß der Umriß der Klinge an die Bahn beim zuvor verwendeten Neigungswinkel der Klinge angepaßt ist und nach dem Verändern dieses Winkels eine gewisse Zeit verstreichen muß, bevor die Klingenspitze wieder an die Bahn angepaßt aufliegt. Veränderungen des Klingenwinkels verursachen auch andere Schichtdefekte, wie z.B. Ausbluten und ungleiche Schichtdicke. Um solche Defekte zu vermeiden, wurden unterschiedliche Arten von Systemen entwickelt, die sich eignen, den Klingenwinkel unabhängig von Veränderungen der Klingenladung so konstant wie möglich zu halten.
• Eine Veränderung des Rakelklingenwinkels kann kompensiert werden, indem man entweder die Klinge ablenkt, so daß sich der Klingenspitzenwinkel nicht verändert, oder man alternativ den Rakelklingen-Trägerbalken um die Klingenspitzenkante um einen inkrementellen Winkel dreht, der der Veränderung des Klingenwinkels entspricht. Eine solche Konstantwinkelsteuerung läßt sich in Rakelklingeneinheiten, die von der Auftragungsvorrichtung entfernt sind, leicht implementieren, weil der Rakelklingen- Trägerbalken keine anderen Geräte trägt, die mit dem Beschichtungsvorgang in Verbindung stehen. Bei dem Kurzverweil-Beschichtungsvorgang ist die Verwendung von Klingenablenkanordnungen umständlich, weil die erforderlichen Vorrichtungen in Verbindung mit der äußerst kompakten Bauweise des Kurzverweil-Beschichters schwierig anzupassen sind. Daher steuert man den Klingenwinkel bei Kurzverweil- Beschichtern einfach, indem man den Rakelklingen-Trägerbalken um die Kante der Klingenspitze dreht. Auf diese Weise wird auch die Steuerung des Klingenwinkels bei Kurzverweil-Beschichtern noch komplizierter, weil sich beim Drehen der Rakelklingen- Trägerbaugruppe um die Kante der Klingenspitze der Spalt der Schichtdosierkante der Auftragungskammer zur Bahn an der einlaufenden Seite der Bahn in die Kammer verändert. Selbstverständlich verändert dies auch die Bedingungen in der Kammer der Auftragungsvorrichtung und kann das Eintreten von Luft an der Dosierkante vorbei in die Kammer der Auftragungsvorrichtung ermöglichen, was zu Schichtdefekten führt. Daher sollte beim Verändern der Rakelklingenladung in einem Kurzverweil-Beschichter der Rakelklingen-Trägerbalken ebenfalls gedreht und die Schichtdosierkante eingestellt werden, wobei diese Vorgänge äußerst aufivendig zu implementieren sind und somit keine zufriedenstellend arbeitende Konstantwinkel-Rakelklingenanordnung für einen Kurzverweil-Beschichter darstellen. Auf größere Schwierigkeiten stößt man auch beim Entwerfen der die Schichtbreite steuemden Enddämme damit sie kompatibel mit den Veränderungen des Klingenspitzenwinkels arbeiten.
• Allerdings kann der Spitzenwinkel der Rakelklinge zur Bahn, die gerade beschichtet wird, äußerst gut konstant gehalten werden, und zwar unabhängig von Veränderungen der Klingenladung, falls die Rakelklinge nahe an ihrer Spitze geladen wird. Derartige Vorrichtungen werden schon verwendet, und das US-Patent 4,440,105 offenbart einen Kurzverweil-Beschichter, bei dem die Rakelklinge mittels einer gesonderten Ladeklinge nahe bei der Rakelklingenspitze beaufschlagt wird. Die Ladeklinge ähnelt der Rakelklinge dadurch, daß sie eine biegsame Klinge ist, die mittels eines nachgiebigen Ladeschlauchs gegen die Rakelklinge gegrückt wird. Dieser Aufbau erzielt eine Konstant-Spitzenwinkel-Beaufschlagung der Rakelklinge mit relativ guter Genauigkeit, hat jedoch einige Nachteile. Während der Einstellung gleitet die biegsame Klinge entlang der hinteren Oberfläche der Rakelklinge, und die Reibung verursacht eine ungleichmäßige Bewegung zwischen den Klingen, wodurch die Klingensteuerung gestört wird. Außerdem ist die Steuerung des Rakelklingenprofils mit Hilfe der biegsamen Unterstützungsklinge schwierig.
• Die GB-A-2 138 326 offenbart eine Beschichtungsvorrichtung, bei der die geometrischen Verhältnisse im Bereich der Wischlinie (Spitze der Rakelklinge) so weit wie möglich unverändert bleibt, wenn die Vorspannung der Rakelklinge verändert wird. Hierfür wird die Rakelklinge im mittleren Bereich entlang einer Stützlinie starr abgestützt, die unveränderlich gegenüber der Materialbahn angeordnet ist, wobei die untere Kante der Rakelklinge geführt wird, um zu der Stützlinie angehoben zu werden, wenn auf die Rakelklinge ein Vorab-Druck ausgeübt wird.
• Die WO 93/05887 offenbart eine Vorrichtung, bei der die Rakelklinge mittels einer relativ starren Rippe beaufschlagt wird, die gegen die Rückseite der Rakelklinge relativ nahe an der Spitze der Klinge gedrückt wird. Die Rippe ist an Schwingnocken befestigt, die an dem Rakelklingen-Trägerbalken schwenkbar gelagert sind. Die Rippe ist entlang der Rückseite der Klinge durchgehend, und es verlaufen Schlitze von der der Rippe gegenüberliegenden Seite zu der Rippe.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Baugruppe zum Laden bzw. Beaufschlagen einer Rakelklinge bereitzustellen, wobei die Baugruppe das Laden der Klinge nahe an ihrer Spitze ermöglicht, ohne daß die Steuerung der Klinge beeinträchtigt wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Baugruppe zu gewinnen, in welcher der Rakelklingenwinkel selbst während der Steuerung des Rakelklingenproflls konstantgehalten werden kann. Eine weitere andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lade- bzw. Beaufschlagungsbaugruppe zu gewinnen, welche neben den oben erwähnten Vorteilen die Steuerung des Rakelklingenprofils ermöglicht.
• Die Erfindung beruht auf dem Laden bzw. Beaufschlagen der Rakelklinge nahe an ihrer Spitze mittels eines Stützgliedes, das entlang seiner Längsachse zur Bildung von Segmenten durch Quereinschnitte unterteilt ist, wobei sich die Einschnitte von der Spitze des Stützgliedes erstrecken.
• Insbesondere zeichnet sich das erfindungsgemaße Verfahren durch den kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 aus.
• Außerdem zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung durch den kennzeichnenden Teil von Anspruch 3 aus.
• Die Erfindung bietet signifikante Vorteile.
• Der Hauptvorteil der Erfindung besteht darin, daß der Spitzenwinkel der Rakelklinge zur Bahn während einer Änderung der Klingenladung konstant bleibt. Somit arbeitet die erfindungsgemaße Baugruppe als eine Konstant- Spitzenwinkel-Rakelklinge, welche die oben erwähnten wesentlichen Vorteile ermöglicht. Ein äußerst wichtiger Vorteil ist es, daß das Klingenprofil verändert werden kann, ohne eine Veränderung des Spitzenwinkels durch Unterteilen des Stützgliedes entlang seiner Längsachse in kammartige Segmente zu bewirken. Diese Vorgehensweise gewährleistet eine maximale Steuerungsgenauigkeit in Verbindung mit der automatischen Klingenprofilsteuerung. Indem man auf diese Weise das Stützglied in der Richtung der angelegten Klingenladungskraft nachgiebig macht, haben die Biegesteifigkeits- und Geradlinigkeitsfehler des Stützgliedes keinen Einfluß auf die Gleichmäßigkeit des Schichtprofils. Der Aufbau des Klingenstützgliedes ist äußerst einfach und läßt sich leicht herstellen und in Verbindung mit der Rakelklinge montieren. Aufgrund seines einfachen Aufbaus arbeitet das Stützglied von Natur aus zuverlässig. Die erfindungsgemäße Baugruppe zum Laden kann ohne weiteres an vorhandene Beschichtungsstationen angepaßt werden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der erfindungsgemaßen Baugruppe zum Laden in Kurzverweil-Beschichtem, bei denen die Konstant-Spitzenwinkel-Steuerung einfach und kosteneffektiv implementiert werden kann.
• Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung ausführlicher beschrieben, wobei:
• Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht einer Rakelklinge ist, bei der die Klinge mit einem steifen Stützglied erfindungsgemäß beaufschlagt ist;
• Fig. 2 ein ertindungsgemäßes Stützglied in teilweise geschnittener Endansicht ist; und
• Fig. 3 eine Seitenansicht des in Fig. 2 gezeigten Stützgliedes ist.
• In dieser Anmeldung ist die vertikale Richtung der Klinge die Richtung von der Spitze der Klinge zu ihrem Befestigungspunkt.
• In Fig. 1 kann der in ihr gezeigte Aufbau als die Rakelklinge eines Kurzverweil- Beschichters oder die Ladebaugruppe einer gesonderten Rakelklinge verwendet werden. Wie gezeigt, ist eine Rakelklinge 7 in einem aus zwei Balken bestehenden Rakelklingen-Trägerbalken 2, 3 gelagert, und die Rakelklinge 7 wird sehr nahe an der Spitzenkante 9 der Rakelkinge mittels der Spitze 10 eines Stützgliedes 8 beaufschlagt und gestützt. Die zu beschichtende Bahn 16 läuft in herkömmlicher Weise getragen durch eine Stützrolle 1. Das Stützglied 8 wird mittels einer auf dem oberen Balken 3 der Rakelklingen-Trägerbaugruppe montierten einstellbaren Ladevorrichtung gegen die Rakelklinge 7 gedrückt. Die Ladevorrichtung umfaßt einen Klingenprofil-Steuerbalken 4, der entlang seiner Längsachse in Segmente unterteilt ist. Jedes Segment des Klingenprofil-Steuerbalkens 4 hat eine an dem Segment befestigte Mutter 5 und eine über die Mutter 5 mit dem Steuersegment zusammenwirkende Einstellschraube 6. Das Stützglied 8 wird mittels eines mit Druck beaufschlagten Schlauches 11 gegen die Rakelklinge 7 gedrückt.
• Das Stützglied 8 kann z.B. aus einem Formstahlabschnitt bestehen. In der in den Diagrammen gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist der Stützgliedabschnitt im wesentlichen Z-förmig. Die untere Oberfläche der Basis 13 des Abschnitts ist flach und hat entlang der Länge der Basis 13 eine Vielzahl von Befestigungslöchern, über die das Stützglied 8 festgeschraubt wird. Das Mittelstück 18 des Abschnitts ist zur Basis 13 hin gedreht, wodurch die Basis 13 und das Mittelstück 18 einen spitzen Winkel bilden. Am Ende des Mittelstücks 18 ist der Abschnitt gedreht, so daß er eine nach oben und bezüglich der Basis 13 leicht in entgegengesetzte Richtung weisende Spitze 12 bildet. Das Ende der Spitze 12 verjüngt sich zu einer Kante 10, die als eine die Stützkraft ausübende Linie wirkt. Eine die Steifigkeit verringernde Rille 19 ist an der Verbindungslinie der Basis 13 der Stützgliedbasis 8 mit ihrem Mittelstück 18 vorgesehen.
• Das Stützglied 8 ist entlang seiner Längsachse durch Quereinschnitte 14 in Segmente 20 unterteilt. Am Boden jedes Einschnitts ist außerdem ein Schlitz 15 gefertigt, der so ausgerichtet ist, daß er den Einschnitt in Querrichtung abschließt. Der Zweck solcher Einschnitte 14 und Schlitze 15 ist es, das Stützglied 8 in der Ladungsrichtung der Rakelklinge äußerst biegsam zu machen. Die Biegsamkeit des Stützgliedes 8 wird durch eine die Steifigkeit verringernde Rille 19 an der Verbindungslinie der Basis 13 der Stützelementbasis 8 mit ihrem Mittelstück 18 zusätzlich erhöht. Die Einschnitte 14 und Schlitze 15 können mit einer geeigneten nachgiebigen Dichtungsmasse gefüllt werden, um zu verhindern, daß sie sich mit angesammeltem Schmutz auffüllen. Geeignete Dichtungsmassen sind z.B. Silikon und Urethanpolymere.
• In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist das Stützglied 8 durch Schraubenlöcher 17 in der Basis des Abschnitts an den oberen Balken 3 der Rakelklingen-Trägeranordnung geschraubt, so daß die durch die Basis 13 und das Mittelstück 18 gebildete Kante des Stützgiiedes auf der Rakelklinge 7 aufliegt. Das Mittelstück 18 des Stützgliedes 8 ist von der Rakelldinge 7 weggebogen, wodurch ein Hohlraum zwischen diesen Elementen gebildet wird. Ein unter Druck stehender Schlauch 11 ist so gestaltet, daß er an dem Stützglied 8 am oberen Ende seines Mittelstücks 18 anliegt, und zwar kurz bevor das Mittelstück 18 abbiegt, um eine Lade- bzw. Beaufschlagungsspitze 12, 10 zu bilden, die zur Rakelklinge 7 weist. Die Spitzenkante 10 des Stützgliedes 8 liegt an der Rakelklinge 7 an, um eine lineare Stützkraft 7 zu liefern. Diese Art des Aufbaus bringt den Drehverbindungspunkt und den Befestigungspunkt des Mittelstücks 18 an der Basis 13 des Stützgliedes nahe zu der Ebene der Rakelklinge, wodurch die Bewegung des Stützgliedes bezüglich der Rakelklingenoberfläche auf einen kleinen Wert verringert wird, wobei der relative Anteil an Reibungskraft zur ausgeübten Lade- bzw. Beaufschlagungskraft ebenfalls klein bleibt.
• Die Ladungs- bzw. Beaufschlagungssteuerung der Rakelklinge 7 findet auf die folgende Weise statt. Die tatsächliche Ladungskraftsteuerung wird bewirkt, indem man den Druck in dem unter Druck stehenden Schlauch 11, der an dem Stützglied 8 anliegt, ändert. Da die Spitze 10 des Stützgliedes die Rakelklinge 7 sehr nahe an die Spitzenlinie 9, bei der die Rakelklinge 7 auf der gerade beschichteten Bahn 16 läuft, d.h. an die Spitzenlinie der Rakelklinge, drückt, wird die durch die Rakelwirkung auf die Rakelklinge 7 einwirkende Kraft zu einem Teil der Spitze 10 des Stützgliedes 8 zugeführt, und da die Entfernung von der Linie der Rakelklingenspitze 9 zu der Linie der Stützgliedspitze 10 klein ist, bleibt die Abweichung an der Spitze der Rakelklinge 7 aufgrund einer Anderung der Ladung bzw. Beaufschlagung klein, wodurch entsprechend das auf die Klinge 7 einwirkende Biegemoment klein bleibt, weil der Hebelarm eine kurze Länge hat. Somit bleibt der Spitzenwinkel der Rakelklinge 7 konstant, und die Abnutzung der Klinge findet tangential zu der gerade beschichteten Bahn 16 statt. Folglich arbeitet die Ladungssteuerung mit einem konstanten Spitzenwinkel.
• Die Profilsteuerung der Rakelklinge 7 findet auf herkömmliche Weise durch Bewegen der Segmente des Rakelklingen-Profilsteuerungsbalkens 4 mittels der Einstellschrauben 6 statt. Da das Stützglied 8 durch Einschnitte in schmale Streifen oder Segmente unterteilt ist, paßt es sich biegsam der Profilsteuerung an, wenn die Form des Profilsteuerungsbalkens 4 eingestellt wird. Die Rakelklingen-Profilsteuerung kann durch automatische oder manuelle Mittel implementiert werden, doch können wegen der äußerst guten Steuerungsgenauigkeit des Rakelklingenprofils aufgrund des erfindungsgemäßen Stützgliedes die Vorzüge der automatischen Steuerung optimal genutzt werden.
• Das Stützglied kann aus einem geeigneten Material, wie z.B. einem extrudierten Aluminium- oder Kunststoffabschnitt, hergestellt werden. Die notwendigen Einschnitte zur Verringerung der Steifigkeit können durch eine Vielzahl alternativer maschineller Bearbeitungsverfahren, wie z.B. einem Schneidlaser oder einem Hochdruck- Wasserstrahl, durchgeführt werden. Die Form und Abmessungen des eigentlichen Stützgliedes können nach Bedarf verändert werden. So kann das Stützglied z.B. schwebend hinter der Rakelklinge ausgelegt sein, wobei die Basis des Stützgliedes weggelassen werden kann. Ebensogut kann das Stützglied an irgendeinem Teil der Rakelklingen-Trägerbaugruppe oder der Ladungsvorrichtung befestigt sein, vorausgesetzt, daß sich die die Stützkraft ausübende Linie des Gliedes nahe an der Spitzenlinie der Rakelklinge befindet und ein geeignetes Mittel vorgesehen ist, um das Stützglied gegen die Klinge zu drücken. Das Stützglied sollte in der Wirkungsrichtung der Klingenladungskraft nachgiebig sein, während das Stützglied in der vertikalen Richtung der Rakelklinge eine derart hohe Steifigkeit haben sollte, daß in dieser Richtung keine wesentliche Verformung stattfinden kann. Da im wesentlichen in dieser vertikalen Richtung keine Kräfte auf das Stützglied ausgeübt werden, wird die erforderliche Bedingung von allen solchen Stützgliedbauarten erfüllt, die vertikal in der Ebene der Rakelklinge im wesentlichen eine Null-Verschiebung haben. Somit könnte das Stützglied im Prlnzip ein steifes, keilförmiges, in der Längsrichtung verlaufendes Glied sein, das gegen die Rakelklinge nahe an ihrer Spitzenlinie gedrückt wird. Allerdings ist ein solches Stützglied unvereinbar mit einer Rakelklingen-Profilsteuerung.
• Offensichtlich hängt der Entwurf des Rakelklingenbalkens und der Vorrichtung zum Laden vom Aufbau der Rakelklingen-Trägerbaugruppe in der betreffenden Rakeleinheit oder dem Kurzverweil-Beschichter ab. Die Länge des Stützgliedes wird so lang gemacht, daß sie sich zumindest über die gerade beschichtete Bahn erstreckt.
• Die Dimensionierung des Stützgliedes ist natürlich für jeden Aufbau einer Rakeleinheit und Entwurf eines Rakelklingenhalters verschieden; allerdings ist für eine 0,2 - 0,6 mm dicke Klinge, deren Klingenspitze bei einer Entfernung von etwa 30 - 100 mm, typischerweise bei 40 - 70 mm, vom Klingenbefestigungspunkt liegt, die Entfernung der Stützgliedspitze von der Rakelklingenspitze typischerweise 0,5 - 5 mm und vorzugsweise 1 - 3 mm.

Claims (9)

1. Baugruppe zum Laden bzw. Beaufschlagen einer Rakelklinge einer Beschichtungsvorrichtung mit

- einem Rakelklingen-Trägerbalken (2, 3);

- einer an dem Trägerbalken (2, 3) befestigten und eine Spitze (9) aufweisenden Rakelklinge (7);

- einem an dem Trägerbalken (2,3)befestigten Stützglied (8), das in der vertikalen Richtung der Rakelklinge (7) steif, in der Wirkungsrichtung der Klingenladungskraft jedoch nachgiebig ist, wobei eine Spitze (10) des Stützgliedes (8) so gestaltet ist, daß sie an der Rakelklinge (7) im wesentlichen neben der Rakelklingenspitze (9) anliegt; und

- Mitteln (4, 5, 6, 11) zum Andrücken des Stützgliedes (8) gegen die Rakelklige (7), um eine Kraft für das Laden bzw. das Beaufschlagen der Rakelklinge (7) bereitzustellen, wobei

- das Stützglied (8) entlang seiner Längsachse zur Bildung von Segmenten (20) durch Quereinschnitte (14) unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Einschnitte (14) von der Spitze (10) des Stützgliedes (8) erstrecken, wobei die Einschnitte (14) das Stützglied (8) biegsam an einstellbare Profilsteuerung-Ladungsmittel (4, 5, 6, 11) anpassen.

2. Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden jedes Einschnitts (14) außerdem ein Schlitz (15) hergestellt ist, der so ausgerichtet ist, daß er die Einschniffe (14) in Querrichtung beendet.

3. Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnitte (14, 19) mit einer nachgiebigen Dichtungsmasse wie Silikon oder Urethanpolymer gefüllt sind.

4. Baugruppe nach einem der Anspuiche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützglied (8) schwenkbar an dem Trägerbalken (2, 3) an einem Punkt nahe bei der Befestigung der Rakelklinge (7) gelagert ist.

5. Baugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützglied (8) einen Z-förmigen Querschnitt hat, der aus einer Basis (13), einem Mittelstück (18), das an einem Ende (19) mit der Basis verbunden ist, und einem Spitzenstück (12) besteht, das mit einem anderen Ende des Mittelstücks verbunden ist, um in eine entgegengesetzte Richtung relativ zu der Basis (13) zu weisen, wobei das Spitzenstück (12) ein Ende (10) hat, das sich zu einer Kante hin veijüngt, die geeignet ist, um gegen die Rakelklinge (7) zu drücken.

6. Baugruppenachanspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegsamkeit des Stützgliedes (8) zusätzlich durch eine die Steifigkeit verringernde Rille (19) an der Verbindungslinie der Stützgliedbasis (13) zu dem Mittelstück (18) erhöht ist.

7. Baugruppe nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsmittel (4, 5, 6, 11) zum Andrücken des Stützgliedes (8) gegen die Rakelkinge (7) einen unter Druck stehenden Schlauch (11) aufweisen, der an einem entlang seiner Längsrichtung in Segmente unterteilten Klingenprofil-Steuerungsbalken (4) montiert ist.

8. Baugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Segmente des Klingenprofil-Steuerungsbalkens (4) eine an dem Segment befestigte Mutter (5) und eine über die Mutter (5) mit dem Steuersegment zusammenwirkende Einstellschraube (6) hat.

9. Kurzverweil-Beschichter, der eine Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 - 8 aufweist.