EP0482309A1 - Vorrichtung zum beidseitigen Beschichten einer Materialbahn - Google Patents

Vorrichtung zum beidseitigen Beschichten einer Materialbahn Download PDF

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EP0482309A1
EP0482309A1 EP91113557A EP91113557A EP0482309A1 EP 0482309 A1 EP0482309 A1 EP 0482309A1 EP 91113557 A EP91113557 A EP 91113557A EP 91113557 A EP91113557 A EP 91113557A EP 0482309 A1 EP0482309 A1 EP 0482309A1
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EP
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web
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press
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application
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Reinhard Knop
Volker Fäthke
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Jagenberg AG
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Jagenberg AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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
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    • B05C9/00—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important
    • B05C9/04—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important for applying liquid or other fluent material to opposite sides of the work

Definitions

  • the invention relates to a device for coating a material web on both sides, in particular a paper or cardboard web, according to the preamble of patent claim 1.
  • Devices with a pair of press rollers are known for applying glue (starch, CMC, synthetic glue) or pigment dispersions to paper or cardboard webs on both sides, the web being guided through the press nip.
  • glue starch, CMC, synthetic glue
  • An application and metering system is arranged on each of the press rolls, which first applies a metered film of coating material to each press roll, which is then transferred to the web in the press nip.
  • a generic device is described in DE-GM 84 14 413.
  • a nozzle chamber which is open towards the press roll is used as the application and metering system and is closed at its outlet end by a metering element which can be pressed against the press roll.
  • a doctor rod is used as the metering element, which has grooves on its circumference that were produced by wrapping it with a wire.
  • the amount of coating material applied to a roller can be influenced via the groove cross section.
  • Other known metering elements are doctor bars with a smooth surface, doctor blades or doctor strips. With these elements, the application weight can be varied using the contact pressure.
  • the invention has for its object to improve a generic device so that the amount of coating material applied by each system can be determined for separate adjustment and / or control of the application and metering systems.
  • the amount of coating material taken up by the web is determined not directly on the web, but on each of the press rolls before transfer to the web. This enables the quantitative determination of the coating material delivered to the web by each application and metering system.
  • Another advantage is that when using dosing elements that are subject to wear - z. B. wire-wound doctor rods -, monitoring of wear is possible in order to replace worn out dosing elements early. Because of the wear, the quantity applied to the respective press roll changes; when a certain limit value is reached, the metering elements can be changed so that damage to the roll surface due to wire breakage, etc. is avoided.
  • the subclaims contain preferred, since particularly advantageous, embodiments of the invention.
  • the second measuring device on each press roll according to claim 2 each measures the amount of coating material not taken up by the material web before the rolls are newly coated. This enables an even more precise determination of the amount of coating material actually taken up by the material web, in particular in the case of types of paper or cardboard in which the transfer from a press roller to the web cannot be exactly predetermined.
  • Measuring devices for determining the amount of water on the press rolls according to claim 3 are sufficient in many applications to be able to set or control the coating device exactly.
  • the proportion of solid constituents applied to the web can be calculated with sufficient accuracy from the composition of the coating material.
  • Measuring systems based on infrared absorption according to claim 4 have proven to be particularly advantageous. They use the effect that molecular compounds, e.g. B. OH and CH, absorb light energy at precisely defined wavelengths. For this purpose, a light beam emitted by a halogen lamp is emitted onto the measuring surface to be tested (coated press roll surface). The reflected radiation is collected and evaluated. So a quantity of substance located on the roller surfaces can be measured directly and the proportion absorbed by the web, e.g. B. determine the amount of water or solids.
  • molecular compounds e.g. B. OH and CH
  • Fig. 1 shows roughly schematically a coating device according to the invention in side view.
  • the coating device shown in the drawing is integrated in a paper machine. It consists of two identical press rolls 1, 2, between which a press nip 3 is formed.
  • the paper web 4 to be coated is fed to the press nip 3 from above such that the press roll 1 is wrapped somewhat.
  • the web 4 is deflected by a guide roller 5 to a drying device, not shown.
  • the press rolls 1, 2 are rubberized on their surface. Outside the area of the press nip 3, an application and metering system 6, 7 is arranged on each press roll 1, 2, which can be pivoted onto the respective press roll 1, 2 in the area not wrapped by the web 4.
  • Each of the application and metering systems 6, 7 has an application chamber 6.1, 6.2 open to the respective press roll, into which the coating material is fed under pressure.
  • each application chamber 6.1, 7.1 is closed off by a metering element 6.2, 7.2, which strips off the excess coating material applied to the press roll 1 or 2 to the desired film thickness.
  • a metering rod with a structured surface that is to say elevations and depressions, is preferably used as the metering element, with which metering can be carried out volumentrically.
  • Such doctor rods are known. You assign z. B. circumferential grooves that are generated by wrapping with a wire.
  • doctor rods with a smooth surface, doctor blades or doctor strips can also be used as dosing elements.
  • a measuring device 8, 9 for continuously determining the amount of coating material applied to the press rolls 1, 2 is arranged on each press roll 1, 2 in the direction of rotation behind the application and metering system 6 or 7 and in front of the press nip 3.
  • a measuring system based on the absorption of infrared radiation is preferably used.
  • infrared radiation is generated by a halogen lamp, a spectrum of which is selected with filters and radiated onto the surface to be tested.
  • the reflected radiation is collected and evaluated by a concave receiver.
  • filters infrared radiation is preferably radiated onto the roller surfaces in a spectrum which contains wavelengths which are absorbed by OH compounds. In this way, the water content of the coating material located on the roller surfaces can be determined quantitatively.
  • the coating material is delivered to the web 4 in the press nip 3.
  • the proportion of solids can be calculated from the composition of the coating material.
  • the device is calibrated at the beginning. For this purpose, different amounts are applied to the press rolls 1, 2 with the same water or solids content and then the amounts taken up by the web are measured; e.g. B. by weighing or moisture measurement directly on the web. With the calibration curve determined in this way, the amount of coating material taken up can be calculated directly from the amount on the roller surfaces during operation.
  • a further measuring device is arranged on each press roll 1, 2 in the area behind the press nip 3 and in front of the respective application and metering system 6, 7, with which the amount of coating material remaining on the roller surfaces after transfer to web 4 and before recoating is determined.
  • the amount of coating material taken up by the material web 4 can thus be determined as the difference between the two respective measured values.
  • the amount of coating material applied to the web 4 by each application and metering system 6, 7 can be determined separately. This enables a uniform coating on both sides, in particular the even application of pigments on each side of the web. Furthermore, the device according to the invention offers the possibility of monitoring the wear of metering elements. Due to the wear, the order quantity given to the respective press roll changes. In the case of dosing elements with a structured surface, the application quantity drops because the passage cross-section is reduced when worn. When a certain limit value is reached, the dosing elements can be exchanged early in order to avoid damage to the roller surface due to wire break etc.

Landscapes

  • Coating Apparatus (AREA)
  • Paper (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Machines For Manufacturing Corrugated Board In Mechanical Paper-Making Processes (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Es sind Vorrichtungen zum beidseitigen Beschichten einer Materialbahn (4), insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, bekannt, die zwei nebeneinander angeordnete Preßwalzen (1, 2) aufweisen, zwischen denen ein Preßspalt (3) ausgebildet ist, durch den die Bahn (4) geführt wird. An jeder Preßwalze (1, 2) ist außerhalb des Bereichs des Preßspalts (3) ein Auftrag- und Dosiersystem (6, 7) angeordnet, das einen dosierten Film von Beschichtungsmaterial auf jede Preßwalze (1, 2) aufträgt, der anschließend in dem Preßspalt (3) an die Bahn (4) übergeben wird.
Nach der Erfindung ist an jeder Preßwalze (1, 2) in Drehrichtung hinter dem Auftrag- und Dosiersystem (6, 7) und vor dem Preßspalt (3) eine Meßeinrichtung (8, 9) zur kontinuierlichen Bestimmung der auf die Walzen (1, 2) aufgetragenen Beschichtungsmaterialmenge angeordnet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum beidseitigen Beschichten einer Materialbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Zum beidseitigen Auftragen von Leim (Stärke, CMC, synthetischer Leim) oder Pigmentdispersionen auf Papier- oder Kartonbahnen sind Vorrichtungen mit einem Preßwalzenpaar bekannt, wobei die Bahn durch den Preßspalt geführt wird. An jeder der Preßwalzen ist ein Auftrag- und Dosiersystem angeordnet, das zunächst auf jede Preßwalze einen dosierten Film von Beschichtungsmaterial aufträgt, der anschließend in dem Preßspalt an die Bahn übergeben wird.
  • Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist in dem DE-GM 84 14 413 beschrieben. Als Auftrag- und Dosiersystem wird eine zur Preßwalze hin offene Düsenkammer verwendet, die an ihrem auslaufseitigen Ende von einem gegen die Preßwalze andrückbaren Dosierelement abgeschlossen ist. Als Dosierelement wird eine Rakelstange verwendet, die auf ihrem Umfang Rillen aufweist, die durch Umwicklung mit einem Draht erzeugt wurden. Die auf eine Walze aufgetragene Beschichtungsmaterialmenge läßt sich über den Rillenquerschnitt beeinflussen. Andere bekannte Dosierelemente sind Rakelstangen mit glatter Oberfläche, Schabermesser oder Schaberleisten. Bei diesen Elementen läßt sich das Auftragsgewicht über den Anpreßdruck variieren.
  • Es ist bekannt, die auf eine Bahn aufgetragene Menge an Beschichtungsmaterial kontinuierlich direkt an der Bahn zu messen. Dazu werden radioaktiv strahlende Elemente eingesetzt und aus der Absorbtion der radioaktiven Strahlung kann das Strichgewicht und/oder die Feuchte der Bahn bestimmt werden. Zur Einstellung und/oder der Regelung der Auftragsgewichte getrennt für jede Seite sind die bekannten, direkt an der Bahn messenden Vorrichtungen nur bedingt geeignet, da nur die Gesamtmenge des beidseitig aufgetragenen Beschichtungsmaterials bestimmt werden kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung so zu verbessern, daß zur getrennten Einstellung und/oder Regelung der Auftrag- und Dosiersysteme die von jedem System aufgetragene Beschichtungsmaterialmenge bestimmt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Nach der Erfindung wird die von der Bahn aufgenommene Menge an Beschichtungsmaterial nicht direkt an der Bahn, sondern vor Übergabe an die Bahn auf jeder der Preßwalzen bestimmt. Dies ermöglicht die quantitative Bestimmung des von jedem Auftrag- und Dosiersystems an die Bahn abgegebenen Beschichtungsmaterials.
  • Als weiterer Vorteil tritt hinzu, daß bei Verwendung von Dosierelementen, die einem Verschleiß unterliegen - z. B. drahtumwickelte Rakelstangen -, eine Überwachung des Verschleißes möglich ist, um frühzeitig verschlissene Dosierelemente austauschen zu können. Aufgrund des Verschleißes ändert sich die an die jeweilige Preßwalze abgegebene Auftragsmenge, beim Erreichen eines bestimmten Grenzwertes kann ein Wechsel der Dosierelemente veranlaßt werden, so daß Beschädigungen der Walzenoberfläche durch Drahtbruch etc. vermieden werden.
  • Die Unteransprüche enthalten bevorzugte, da besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. Die zweite Meßeinrichtung an jeder Preßwalze nach Anspruch 2 mißt jeweils die nicht von der Materialbahn aufgenommene Menge an Beschichtungsmaterial bevor die Walzen neu beschichtet werden. Dies ermöglicht eine noch exaktere Bestimmung der tatsächlich von der Materialbahn aufgenommenen Beschichtungsmaterialmenge, insbesondere bei Papier- oder Kartonsorten, bei denen sich die Übergabe von einer Preßwalze an die Bahn nicht genau vorherbestimmen läßt.
  • Meßeinrichtungen zur Bestimmung der Wassermenge auf den Preßwalzen nach Anspruch 3 sind in vielen Anwendungsfällen ausreichend, um die Beschichtungsvorrichtung exakt einzustellen oder regeln zu können. Der Anteil der auf die Bahn aufgetragenen festen Bestandteile läßt sich mit genügender Genauigkeit aus der Zusammensetzung des Beschichtungsmaterials berechnen.
  • Auf Basis von Infrarot-Absorbtion arbeitende Meßsysteme nach Anspruch 4 haben sich als besonders vorteilhaft gezeigt. Sie nutzen den Effekt, daß Molekularverbindungen, z. B. OH und CH, Lichtenergie bei genau definierten Wellenlängen absorbieren. Dazu wird ein von einer Halogenlampe abgesandter Lichtstrahl auf die zu prüfende Meßfläche (beschichtete Preßwalzenoberfläche) abgesandt. Die reflektierte Strahlung wird gesammelt und ausgewertet. So läßt sich eine auf den Walzenoberflächen befindliche Stoffmenge direkt messen und durch entsprechende Kalibrierung der von der Bahn aufgenommene Anteil, z. B. die Wasser- oder Feststoffmenge, bestimmen.
  • Die Zeichnung dient zur Erläuterung der Erfindung anhand eines vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispiels.
  • Fig. 1 zeigt grob schematisch eine Beschichtungsvorrichtung nach der Erfindung in Seitenansicht.
  • Die in der Zeichnung dargestellte Beschichtungsvorrichtung ist in eine Papiermaschine integriert. Sie besteht aus zwei gleich aufgebauten Preßwalzen 1, 2, zwischen denen ein Preßspalt 3 ausgebildet ist. Die zu beschichtende Papierbahn 4 wird dem Preßspalt 3 von oben so zugeführt, daß die Preßwalze 1 etwas umschlungen wird. Im Anschluß an die Beschichtungsvorrichtung wird die Bahn 4 von einer Leitwalze 5 zu einer nicht dargestellten Trocknungsvorrichtung umgelenkt.
  • Die Preßwalzen 1, 2 sind an ihrer Oberfläche gummiert. Außerhalb des Bereichs des Preßspalts 3 ist an jeder Preßwalze 1, 2 ein Auftrag- und Dosiersystem 6, 7 angeordnet, das an die jeweilige Preßwalze 1, 2 im nicht von der Bahn 4 umschlungenen Bereich anschwenkbar ist. Jedes der Auftrag- und Dosiersysteme 6, 7 weist eine zur jeweiligen Preßwalze hin offene Auftragkammer 6.1, 6.2 auf, in die das Beschichtungsmaterial unter Druck zugeführt wird. Auslaufseitig wird jede Auftragkammer 6.1, 7.1 von einem Dosierelement 6.2, 7.2 abgeschlossen, das das im Überschuß auf die Preßwalze 1 bzw. 2 aufgetragene Beschichtungsmaterial bis auf die gewünschte Filmdicke abstreift. Als Dosierelement wird bevorzugt eine Rakelstange mit strukturierter, also Erhebungen und Vertiefungen aufweisender Oberfläche eingesetzt, mit der volumentrisch dosiert werden kann. Derartige Rakelstangen sind bekannt. Sie weisen z. B. Umfangsrillen auf, die durch Umwickeln mit einem Draht erzeugt werden. Alternativ können als Dosierelemente auch Rakelstangen mit glatter Oberfläche, Schabermesser oder Schaberleisten eingesetzt werden.
  • An jeder Preßwalze 1, 2 ist in Drehrichtung hinter dem Auftrag- und Dosiersystem 6 bzw. 7 und vor dem Preßspalt 3 eine Meßeinrichtung 8, 9 zur kontinuierlichen Bestimmung der auf die Preßwalzen 1, 2 aufgetragenen Beschichtungsmaterialmenge angeordnet. Bevorzugt wird ein auf der Absorbtion von Infrarotstrahlung basierendes Meßsystem eingesetzt. Bei diesen Meßsystemen wird von einer Halogenlampe Infrarotstrahlung erzeugt, von der mit Filtern ein Spektrum selektiert und auf die zu prüfende Fläche gestrahlt wird. Die reflektierte Strahlung wird von einem konkaven Empfänger gesammelt und ausgewertet. Bevorzugt wird durch Einsatz entsprechender Filter Infrarotstrahlung in einem Spektrum auf die Walzenoberflächen gestrahlt, das Wellenlängen enthält, die von OH-Verbindungen absorbiert werden. Auf diese Weise läßt sich der Wasseranteil des Beschichtungsmaterials quantitativ ermitteln, das sich auf den Walzenoberflächen befindet. Das Beschichtungsmaterial wird im Preßspalt 3 an die Bahn 4 abgegeben. Der Anteil an Feststoffen kann aus der Zusammensetzung des Beschichtungsmaterials errechnet werden. Um das Übergabeverhalten im Preßspalt an die Bahn 4 bei der Berechnung berücksichtigen zu können, wird die Einrichtung zu Beginn kalibriert. Dazu werden bei gleichem Wasser- bzw. Feststoffgehalt unterschiedliche Mengen auf die Preßwalzen 1, 2 aufgetragen und anschließend die von der Bahn aufgenommenen Mengen gemessen; z. B. durch eine Wägung oder eine Feuchtemessung direkt an der Bahn. Mit der so ermittelten Eichkurve kann während des Betriebs die aufgenommene Menge an Beschichtungsmaterial direkt aus der sich auf den Walzenoberflächen befindlichen Menge errechnet werden.
  • Um die aufgenommene Menge an Beschichtungsmaterial direkt ermitteln zu können, ist bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung an jeder Preßwalze 1, 2 im Bereich hinter dem Preßspalt 3 und vor dem jeweiligen Auftrag- und Dosiersystem 6, 7 eine weitere Meßeinrichtung angeordnet, mit der die auf den Walzenoberflächen verbliebende Beschichtungsmaterialmenge nach der Übergabe an die Bahn 4 und vor dem Neubeschichten bestimmt wird. Die von der Materialbahn 4 aufgenommene Beschichtungsmaterialmenge läßt sich so als Differenz zwischen den beiden jeweiligen Meßwerten ermitteln.
  • Mittels der Meßeinrichtungen 8, 9 läßt sich die von jedem Auftrag- und Dosiersystem 6, 7 an die Bahn 4 aufgetragene Menge an Beschichtungsmaterial getrennt bestimmen. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Beschichtung an beiden Seiten, insbesondere die gleichmäßige Auftragung von Pigmenten auf jede Bahnseite. Weiterhin bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung die Möglichkeit, den Verschleiß von Dosierelementen zu überwachen. Aufgrund des Verschleißes ändert sich die an die jeweilige Preßwalze abgegebene Auftragsmenge. Bei Dosierelementen mit strukturierter Oberfläche sinkt die Auftragsmenge ab, da sich der Durchtrittsquerschnitt bei Verschleiß verringert. Bei Erreichen eines gewissen Grenzwertes können so die Dosierelemente frühzeitig ausgewechselt werden, um Beschädigungen der Walzenoberfläche durch Drahtbruch etc. zu vermeiden.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum beidseitigen Beschichten einer Materialbahn, insbesondere einer Papier-oder Kartonbahn, mit zwei nebeneinander angeordneten Preßwalzen, zwischen denen ein Preßspalt ausgebildet ist, durch den die Bahn geführt wird, und mit einem Auftrag- und Dosiersystem für jede Preßwalze, das außerhalb des Bereichs des Preßspalts angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet daß an jeder Preßwalze (1, 2) in Drehrichtung hinter dem Auftrag- und Dosiersystem (6, 7) und vor dem Preßspalt (3) eine Meßeinrichtung (8, 9) zur kontinuierlichen Bestimmung der auf die Walzen (1, 2) aufgetragenen Beschichtungsmaterialmenge angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Drehrichtung hinter dem Preßspalt (3) und vor dem Auftrag- und Dosiersystem (8, 9) an jeder Preßwalze ((1, 2) eine weitere Meßeinrichtung zur Bestimmung der auf der Walzenoberfläche befindlichen Beschichtungsmaterialmenge angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtungen (8, 9) zur Bestimmung der Beschichtungsmaterialmenge die Wassermenge messen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein auf Basis von Infrarot-Absorbtion arbeitendes Meßsystem.
EP91113557A 1990-10-22 1991-08-13 Vorrichtung zum beidseitigen Beschichten einer Materialbahn Expired - Lifetime EP0482309B1 (de)

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