EP0418476B1 - Vorrichtung zum Beschichten einer um eine Gegenwalze geführten Materialbahn - Google Patents

Vorrichtung zum Beschichten einer um eine Gegenwalze geführten Materialbahn Download PDF

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EP0418476B1
EP0418476B1 EP90110856A EP90110856A EP0418476B1 EP 0418476 B1 EP0418476 B1 EP 0418476B1 EP 90110856 A EP90110856 A EP 90110856A EP 90110856 A EP90110856 A EP 90110856A EP 0418476 B1 EP0418476 B1 EP 0418476B1
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EP
European Patent Office
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doctor blade
counter
piezotranslators
roller
coating
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EP0418476A2 (de
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Egbert Dr.-Ing. Most
Reinhard Knop
Runald Meyer
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Jagenberg AG
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Jagenberg AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C11/00—Component parts, details or accessories not specifically provided for in groups B05C1/00 - B05C9/00
    • B05C11/02—Apparatus for spreading or distributing liquids or other fluent materials already applied to a surface ; Controlling means therefor; Control of the thickness of a coating by spreading or distributing liquids or other fluent materials already applied to the coated surface
    • B05C11/04—Apparatus for spreading or distributing liquids or other fluent materials already applied to a surface ; Controlling means therefor; Control of the thickness of a coating by spreading or distributing liquids or other fluent materials already applied to the coated surface with blades
    • B05C11/041—Apparatus for spreading or distributing liquids or other fluent materials already applied to a surface ; Controlling means therefor; Control of the thickness of a coating by spreading or distributing liquids or other fluent materials already applied to the coated surface with blades characterised by means for positioning, loading, or deforming the blades
    • B05C11/042—Apparatus for spreading or distributing liquids or other fluent materials already applied to a surface ; Controlling means therefor; Control of the thickness of a coating by spreading or distributing liquids or other fluent materials already applied to the coated surface with blades characterised by means for positioning, loading, or deforming the blades allowing local positioning, loading or deforming along the blades
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H23/00—Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper
    • D21H23/02—Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper characterised by the manner in which substances are added
    • D21H23/22—Addition to the formed paper
    • D21H23/32—Addition to the formed paper by contacting paper with an excess of material, e.g. from a reservoir or in a manner necessitating removal of applied excess material from the paper
    • D21H23/34—Knife or blade type coaters
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H25/00—After-treatment of paper not provided for in groups D21H17/00 - D21H23/00
    • D21H25/08—Rearranging applied substances, e.g. metering, smoothing; Removing excess material
    • D21H25/10—Rearranging applied substances, e.g. metering, smoothing; Removing excess material with blades

Definitions

  • the invention relates to a device for coating a material web, in particular a paper or cardboard web, guided around a counter roller, according to the preamble of patent claim 1.
  • the known coating devices have an applicator (roller or nozzle applicator) with which the coating material, for. B. coating color, is applied in excess to the web.
  • a metering system arranged after the application unit with a scraper knife as metering element doses the coating color to the desired coat weight, the setting of which is carried out via the contact pressure of the scraper knife on the counter roller.
  • EP-A-0 307 618 describes a generic coating device in which the elastic scraper knife is supported by a support bar and adjustment elements below the support bar act independently of one another on individual areas of the scraper knife.
  • Spindle hoists alternatively pneumatically or hydraulically actuated adjusting elements or thermal expansion elements, and independently pressurizable pressure chambers are used as adjusting elements, with which the contact pressure of the doctor knife can be automatically and locally adjusted differently during operation.
  • the invention has for its object to provide a generic device in which the adjusting elements are able to react very quickly to changes in the coating weight, allow a very sensitive influence on the coating weight and are encapsulated against contamination for a control with high resolution are arranged close to each other can.
  • Piezo translators have a high resolution of the travel ranges in the nanometer range and, thanks to their slim design, can be encapsulated close to each other to protect them against contamination.
  • Another advantage is that a reproducible setting of the contact pressure after production interruptions is possible and wear on the doctor blade tip can be compensated for during production.
  • claim 2 contains a particularly advantageous embodiment for transferring a locally different contact pressure to the doctor blade, a coating weight control is made possible to a greater extent in the embodiment according to claim 3.
  • the translation is optimally matched to the forces that can be applied by the piezotranslator and the counterforces when the doctor blade is bent for the greatest possible adjustment path.
  • too low tensile forces of the piezotranslator can be increased by the spring to the required degree.
  • the feature of claim 6 enables an optimal adjustment of the counterforce of the spring, since this also reduces the pressing force of the piezotranslator.
  • the displaceable mounting of the piezotranslators according to claim 7 enables a rough adjustment before the start of the coating process, which extends beyond the maximum adjustment path of the piezotranslators.
  • the material web 2 which is provided with a layer 1 applied in excess, a paper or cardboard web, is guided around a counter roller 3 in the area of the metering system.
  • the metering system contains a scraper bar 4 in which a clamping bar 5 which is displaceable in the direction of the counter roll 3 is mounted.
  • the metering element - an elastic scraper knife 6 - is clamped on its foot in the clamping bar 5.
  • a support bar 7 engages on the scraper knife 6, which on the scraper bar 4 for adjusting the contact pressure approximately parallel to the direction of movement of the clamping bar 5 is slidably mounted.
  • the support bar 7, which extends over the working width, is slotted at regular intervals on the side opposite the support line, or is designed to be flexible in some other way, and is therefore flexible to a limited extent in order to enable the setting of a locally different contact pressure across the width of the scraper knife 6.
  • the support bar 7 is mounted on the scraper bar 4 via axially displaceable bolts 8 which are fastened to the rear at regular intervals - preferably approximately every 75 mm - and each of which is engaged by an adjustment mechanism, a preferred embodiment of which is shown in more detail in FIGS. 2 and 3 is described:
  • the bolts 8, which extend radially from the counter-roller 3, are mounted at a distance from the support bar 7 in a bar 9 which extends over the working width, a spring 10 pushing away from the counter-roller 3, the spring force of which is screwed with a screw 11, onto the projecting end is adjustable.
  • a lever 12 substantially parallel to the support bar 7 is articulated on the bolt 8, the other end of which is rotatably fastened on the scraper bar 4 about the point 13.
  • a further bolt 14 which is essentially parallel to the latter, for the transmission of the compressive forces is fastened and which is likewise arranged displaceably through the strip 9.
  • the fastening points of the bolts 8 and 14 on the lever 12 are selected so that a transmission ratio of the movement of the bolt 8 to the movement of the bolt 14 is between 1/1 and 10/1, preferably approximately 4/1.
  • the end of the bolt 14 protruding from the strip 9 is connected via a joint 15 to a piezo translator 16 which extends away from the counter-roller 3 and is slidably attached to the scraper beam 4 at its other end.
  • a sliding segment 18 is connected via a joint 17, which is displaceable on the scraper beam 4 rests and can be positioned by an adjusting screw 19 via a differential thread 20 in the direction of the counter roller 3 and away from it.
  • pressure-medium-operated translation elements can also be used; in particular, the desired transmission ratio can advantageously be realized with hydraulically operating elements.
  • the adjusting screw 19 is operated manually, and a motor drive can also be connected.
  • Each piezotranslator 16 is connected to a voltage supply 16.1 (not shown), the outputs of which are regulated by a control device as a function of the line weight measured in the associated area.
  • a basic setting of the contact pressure of the support bar 7 on the set screws 19 is carried out for the respective areas: turning the set screws 19 causes a displacement of the sliding segment 18, the piezo translator 16 and the pin 18, via the lever 12 and the pin 8 results in a displacement of the support bar 7 which is dependent on the transmission ratio.
  • the fine adjustment of the cross profile during the coating takes place via the piezotranslators 16 for the respective area.
  • the weight distribution is determined over the working width; in the event of deviations from a uniform distribution, the voltage present at the corresponding piezo translator 16 is changed, which causes the piezo translator 16 to expand or contract in the axial direction.
  • the change in length of the piezotranslator 16 is transmitted from the lever 12, in accordance with the transmission ratio, to the bolt 8, which moves the elastic support strip 7 in the respective region toward the counter-roller 3 or away from it.
  • the piezotranslators 16 contract, the required tensile force is applied to the support bar 7 by the spring 10.
  • An increase or decrease in the contact pressure of the doctor knife 6 brings about the desired reduction or increase in the coating weight in the respective area.

Landscapes

  • Coating Apparatus (AREA)
  • Paper (AREA)
  • Dry Shavers And Clippers (AREA)
  • Rear-View Mirror Devices That Are Mounted On The Exterior Of The Vehicle (AREA)
  • Telephone Set Structure (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)
  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
  • Lubricants (AREA)
  • Replacement Of Web Rolls (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschichten einer um eine Gegenwalze geführten Materialbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Die bekannten Beschichtungsvorrichtungen weisen ein Auftragwerk (Walzen- oder Düsenauftragwerk) auf, mit dem das Beschichtungsmaterial, z. B. Streichfarbe, im Überschuß auf die Bahn aufgebracht wird. Ein im Anschluß an das Auftragswerk angeordnetes Dosiersystem mit einem Schabermesser als Dosierelement dosiert die Streichfarbe auf das gewünschte Strichgewicht, dessen Einstellung über den Anpreßdruck des Schabermessers an die Gegenwalze erfolgt.
  • Beim Streichen von Papier- oder Kartonbahnen treten produktionsbedingte Schwankungen im Querprofil der Bahnen auf, die es erforderlich machen, den Anpreßdruck des Schabermessers über die Arbeitsbreite lokal unterschiedlich einzustellen, um einen gleichmäßigen Strich zu erhalten. Dazu kann in der Vorrichtung nach der DE-C-28 25 907 eine in Grenzen biegsame, am Schabermesser anliegende Abstützleiste über Zug- und Druckschrauben entlang der Unterstützungslinie einjustiert werden, je nachdem, ob das Strichgewicht an den entsprechenden Stellen zu hoch oder zu niedrig ist. Eine automatische Regelung der lokalen Verteilung des Anpreßdrucks des Schabermessers, und damit des Strichgewichts, während des Streichens ist nicht möglich.
  • Die EP-A-0 307 618 beschreibt eine gattungsgemäße Beschichtungsvorrichtung, bei der das elastische Schabermesser von einer Abstützleiste abgestützt wird und unterhalb der Abstützleiste Verstellelemente unabhängig voneinander auf einzelne Bereiche des Schabermessers einwirken. Als Verstellelemente werden Spindelhubwerke, alternativ pneumatisch oder hydraulisch betätigte Verstellelemente oder thermische Ausdehnungselemente, und unabhängig mit Druck beaufschlagbare Druckkammern verwendet, mit denen der Anpreßdruck des Schabermessers während des Betriebs lokal unterschiedlich automatisch eingestellt werden kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung zu schaffen, bei der die Verstellelemente in der Lage sind, sehr schnell auf Strichgewichtsänderungen zu reagieren, eine sehr feinfühlige Beeinflussung des Strichgewichts ermöglichen und gegen Verschmutzung abgekapselt für eine Regelung mit hoher Auflösung dicht nebeneinander angeordnet werden können.
  • Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Piezo-Translatoren haben eine hohe Auflösung der Stellwege im Nanometer-Bereich und können aufgrund ihrer schlanken Bauweise gegen Verschmutzung eingekapselt dicht nebeneinander angeordnet werden.
  • Als weitere Vorteile treten hinzu, daß eine reproduzierbare Einstellung des Anpreßdrucks nach Produktionsunterbrechungen möglich ist und ein Verschleiß der Schabermesserspitze während der Produktion kompensiert werden kann.
  • Die Unteransprüche enthalten bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Während Patentanspruch 2 eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung zur Übertragung eines lokal unterschiedlichen Anpreßdrucks an das Schabermesser enthält, wird bei der Ausgestaltung nach Anspruch 3 eine Strichgewichtsregelung im größeren Umfang ermöglicht.
  • Bei der bevorzugten Ausgestaltung nach Anspruch 4 ist die Übersetzung optimal auf die vom Piezotranslator aufbringbaren Kräfte und die Gegenkräfte beim Verbiegen des Schabermessers für einen möglichst großen Verstellweg abgestimmt.
  • Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 5 lassen sich zu geringe Zugkräfte des Piezotranslators durch die Feder auf das erforderliche Maß verstärken. Das Merkmal des Anspruchs 6 ermöglicht eine optimale Einstellung der Gegenkraft der Feder, da diese gleichfalls die Andrückkraft des Piezotranslators verringert.
  • Die verschiebbare Lagerung der Piezotranslatoren nach Anspruch 7 ermöglicht eine Grobeinstellung vor Beginn des Beschichtungsvorgangs, die über den maximalen Verstellweg der Piezotranslatoren hinwegreicht.
  • Die Zeichnung dient zur Erläuterung der Erfindung anhand eines vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispiels.
    • Fig. 1
    zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in perspektivischer Darstellung quer zur Bahn,
    Fig. 2
    zeigt eine Seitenansicht und
    Fig. 3
    eine Draufsicht eines Verstellelementes.
  • Die mit einer im Überschuß aufgetragenen Schicht 1 versehene Materialbahn 2, eine Papier- oder Kartonbahn, wird im Bereich des Dosiersystems um eine Gegenwalze 3 geführt. Das Dosiersystem enthält einen Schaberbalken 4, in dem ein in Richtung zur Gegenwalze 3 verschiebbarer Klemmbalken 5 gelagert ist. Im Klemmbalken 5 ist das Dosierelement - ein elastisches Schabermesser 6 - an seinem Fuß eingespannt.
  • Unterhalb der an der Gegenwalze 3 anliegenden Schabermesserspitze greift eine Abstützleiste 7 an dem Schabermesser 6 an, die am Schaberbalken 4 zur Einstellung des Anpreßdruckes in etwa parallel zur Bewegungsrichtung des Klemmbalkens 5 verschiebbar gelagert ist. Die sich über die Arbeitsbreite erstreckende Abstützleiste 7 ist an der der Abstützlinie entgegengesetzten Seite in regelmäßigen Abständen geschlitzt, oder auf sonstige Weise nachgiebig ausgebildet, und daher in Grenzen biegsam, um die Einstellung eines lokal unterschiedlichen Anpreßdrucks über die Breite des Schabermessers 6 zu ermöglichen. Die Lagerung der Abstützleiste 7 am Schaberbalken 4 erfolgt über an der Rückseite in regelmäßigen Abständen - bevorzugt etwa alle 75 mm - befestigte, axial verschiebbare Bolzen 8, an denen jeweils ein Verstellmechanismus angreift, von dem in den Fig. 2 und 3 eine bevorzugte Ausgestaltung näher beschrieben ist:
  • Die sich radial von der Gegenwalze 3 erstreckenden Bolzen 8 sind mit Abstand von der Abstützleiste 7 in einer sich über die Arbeitsbreite erstreckenden Leiste 9 gelagert, wobei auf das überstehende Ende eine von der Gegenwalze 3 wegdrückende Feder 10 aufgezogen ist, deren Federkraft mit einer Schraube 11 einstellbar ist. Zwischen der Leiste 9 und der Abstützleiste 7 ist am Bolzen 8 das Ende eines zur Abstützleiste 7 im wesentlichen parallelen Hebels 12 angelenkt, dessen anderes Ende auf dem Schaberbalken 4 um den Punkt 13 drehbar befestigt ist. Am Hebel 12, im Bereich zwischen Drehpunkt 13 und der Befestigung des Bolzens 8, ist ein zu diesem im wesentlichen paralleler weiterer Bolzen 14 zur Übertragung der Druckkräfte befestigt, der ebenfalls durch die Leiste 9 hindurch verschiebbar angeordnet ist. Die Befestigungspunkte der Bolzen 8 und 14 am Hebel 12 sind so gewählt, daß ein Übersetzungsverhältnis der Bewegung des Bolzens 8 zur Bewegung des Bolzens 14 zwischen 1/1 und 10/1, bevorzugt ca. 4/1, vorliegt. Das aus der Leiste 9 herausragende Ende des Bolzens 14 ist über ein Gelenk 15 mit einem sich von der Gegenwalze 3 weg erstreckenden Piezotranslator 16 koaxial verbunden, der an seinem anderen Ende auf dem Schaberbalken 4 verschiebbar befestigt ist. An diesem Ende ist über ein Gelenk 17 ein Gleitsegment 18 angeschlossen, das auf dem Schaberbalken 4 verschiebbar aufliegt und von einer Stellschraube 19 über ein Differenzgewinde 20 in Richtung zur Gegenwalze 3 und von dieser weg positioniert werden kann.
  • Alternativ zu dem vorstehend beschriebenen Hebelmechanismus können auch druckmittelbetriebene Übersetzungselemente eingesetzt werden; insbesondere läßt sich das gewünschte Übersetzungsverhältnis vorteilhaft mit hydraulisch arbeitenden Elementen realisieren.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Stellschraube 19 manuell betätigt, ebenso kann ein motorischer Antrieb angeschlossen sein.
  • Jeder Piezotranslator 16 ist mit einer weiter nicht dargestellten Spannungsversorgung 16.1 verbunden, deren Ausgänge in Abhängigkeit von dem im zugehörigen Bereich gemessenen Strichgewicht von einer Regeleinrichtung geregelt werden.
  • Zu Beginn des Beschichtungsvorgangs erfolgt eine Grundeinstellung des Anpreßdrucks der Abstützleiste 7 an den Stellschrauben 19 für die jeweiligen Bereiche: Ein Drehen an den Stellschrauben 19 bewirkt eine Verschiebung des Gleitsegments 18, des Piezotranslators 16 und des Bolzens 18, die über den Hebel 12 und den Bolzen 8 eine vom Übersetzungsverhältnis abhängige Verschiebung der Abstützleiste 7 ergibt. Die Grundeinstellung ist so gewählt, daß die Hälfte der maximalen Spannung an den Piezotranslatoren 16 (im vorliegenden Beispiel: U max = 800 V) anliegt und die Feder 10 soweit zusammengedrückt ist, daß die Federkraft ausreicht, um die Abstützleiste 7 bei Verminderung der Spannung von der Gegenwalze 3 wegzuziehen. Dies ist erforderlich, da die Piezotranslatoren 16 in der handelsüblichen Bauform mit lediglich geringer Vorspannung nicht in der Lage sind, ausreichende Zugkräfte aufzubringen.
  • Die Feineinstellung des Querprofils während der Beschichtung erfolgt über die Piezotranslatoren 16 für den jeweiligen Bereich. Dazu wird die Strichgewichtsverteilung über die Arbeitsbreite ermittelt; bei Abweichungen von einer gleichmäßigen Verteilung wird die am entsprechenden Piezotranslator 16 anliegende Spannung verändert, was eine Ausdehnung oder Kontraktion des Piezotranslators 16 in axialer Richtung bewirkt. Die Längenveränderung des Piezotranslators 16 wird von dem Hebel 12 entsprechend dem Übersetzungsverhältnis vergrößert an den Bolzen 8 übertragen, der die elastische Abstützleiste 7 in dem jeweiligen Bereich zur Gegenwalze 3 hin oder davon weg bewegt. Bei einer Kontraktion der Piezotranslatoren 16 wird die erforderliche Zugkraft an der Abstützleiste 7 von der Feder 10 aufgebracht. Ein Ansteigen bzw. Absinken des Anpreßdrucks des Schabermessers 6 bewirkt die gewünschte Verminderung bzw. Erhöhung des Strichgewichts im jeweiligen Bereich.

Claims (7)

  1. Vorrichtung zum Beschichten einer um eine Gegenwalze (3) geführten Materialbahn (2), mit einem an die Gegenwalze (3) anpreßbaren Schabermesser (6) und mit Verstellelementen zur Beeinflussung des Anpreßdrucks, die über die Messerbreite angeordnet auf einzelne Bereiche des Schabermessers (6) einwirken, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstellelemente Piezotranslatoren (16) eingesetzt sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Piezotranslatoren (16) einzeln ansteuerbar auf eine biegsame Abstützleiste (7) einwirken, die unterhalb der Schabermesserspitze am Schabermesser (6) anliegt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Piezotranslatoren (16) indirekt über Übersetzungselemente, insbesondere einem Hebelmechanismus (8, 12 - 14) oder mit einem Druckmittel betriebene Elemente, mit einem Wegübersetzungsverhältnis größer als 1 auf das Schabermesser (6) einwirken.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Längenänderung des Piezotranslators (16) zum Verstellweg des Schabermessers (6) an dessen Angriffspunkt weniger als 10 : 1, bevorzugt ca. 4 : 1 beträgt.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Feder (10), die dem Anpressen des Schabermessers (6) an die Gegenwalze (3) mit dem Piezotranslator (16) entgegenwirkt.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Mittel (11) zum Einstellen der Gegenkraft der Feder (10).
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Piezotranslatoren (16) zur Einstellung einer Grundposition des Schabermessers (6) in Richtung zur Gegenwalze (3) verschiebbar gelagert sind.
EP90110856A 1989-08-18 1990-06-08 Vorrichtung zum Beschichten einer um eine Gegenwalze geführten Materialbahn Expired - Lifetime EP0418476B1 (de)

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EP0418476A2 EP0418476A2 (de) 1991-03-27
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