EP1144291A2 - Verfahren und vorrichtung zur verminderung des volumens oder drucks eines fluids, das von sich bewegenden oberflächen in einen spalt eingeschleppt wird - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur verminderung des volumens oder drucks eines fluids, das von sich bewegenden oberflächen in einen spalt eingeschleppt wird

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EP1144291A2
EP1144291A2 EP99941528A EP99941528A EP1144291A2 EP 1144291 A2 EP1144291 A2 EP 1144291A2 EP 99941528 A EP99941528 A EP 99941528A EP 99941528 A EP99941528 A EP 99941528A EP 1144291 A2 EP1144291 A2 EP 1144291A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
web
gap
separating element
roller
separating
Prior art date
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Application number
EP99941528A
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English (en)
French (fr)
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EP1144291B1 (de
EP1144291A3 (de
Inventor
Dietrich SCHÜLER
Ewald Georg Welp
Bruno Holtmann
Armin Hutzenlaub
Hans RÜCKERT
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Voith Patent GmbH
Original Assignee
Jagenberg Papiertechnik GmbH
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Publication date
Application filed by Jagenberg Papiertechnik GmbH filed Critical Jagenberg Papiertechnik GmbH
Publication of EP1144291A2 publication Critical patent/EP1144291A2/de
Publication of EP1144291A3 publication Critical patent/EP1144291A3/de
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Publication of EP1144291B1 publication Critical patent/EP1144291B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H23/00—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H18/00—Winding webs
    • B65H18/08—Web-winding mechanisms
    • B65H18/26—Mechanisms for controlling contact pressure on winding-web package, e.g. for regulating the quantity of air between web layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2601/00—Problem to be solved or advantage achieved
    • B65H2601/20—Avoiding or preventing undesirable effects
    • B65H2601/21—Dynamic air effects
    • B65H2601/211—Entrapping air in or under the material

Definitions

  • moving machine elements or web-like or band-shaped elements to be machined are arranged or guided in such a way that they form a tapering gap.
  • the moving surface of the element or material drags a fluid (gas, liquid) into the gap, the volume or pressure of which leads to negative effects if certain limit values are exceeded.
  • the geometry of the gap is either dimensionally stable or variable in shape.
  • Dimensionally stable gaps are formed, for example, between two rollers rotating parallel to the axis or between a moving web supported by a guide element and another element.
  • Shape-variable gaps form, for example, an element (drive roller, guide roller or roller, winding roller, etc.) and a path tapering towards it or also two paths tapering towards one another.
  • the air carried into the inlet gap can cause problems.
  • the introduced air builds up an overpressure, which pushes the web away from the element and thus causes undesirable negative effects: For example, when winding webs of material into winding rolls, when the web runs onto the winding roll, air is unwanted.
  • the web In the case of drive rollers, the web begins to swim through the air cushion introduced. Liability and thus the driving force is lost.
  • a float For rollers or other guide elements that serve to control the web run, a float means that the function is no longer available, the web runs sideways.
  • the air volume introduced reduces the heat transfer between the roller surfaces and the web and thus also the cooling or heating output. Since cooling or heating roller groups mostly also serve as train stations for the web, good adhesion is also necessary in order to transmit the tensile force.
  • the air cushion introduced interferes with the transition of the coating material from the applicator to the web.
  • Another area of application of the invention is the coating of material webs in a method in which a liquid coating material is applied by means of an application element, for example an application roller, which forms a narrowing application gap with the web.
  • the liquid coating material conveyed into the application gap by the application element builds up a pressure which decisively influences the application quantity on the web.
  • too high a pressure in the application gap leads to the coating material, for example pigment ink, penetrating into the web in an undesirably large amount.
  • the invention is therefore based on the object of providing a method with which the volume or the pressure of a fluid that is moved from moving surfaces into a gap can be reduced in a structurally simple manner without undesired side effects occurring.
  • a separating element used in accordance with the invention brings about a reduction in pressure or volume in the gap without touching the moving surface (for example the web) or another element forming the gap.
  • the separating element does not require a mechanical drive or any other energy supply. It also offers the option of specifically influencing the pressure or volume ratios in the gap simply by its design and position. For example, when winding material webs, a small amount of air can be wrapped if this is desired for the winding quality.
  • the invention takes advantage of the physical effect that the transition from two flows separated by a separating element in two channels of lower height to only one flow in a channel of greater height one of the viscosity of the flowing fluid, the length and height of the channels and the Flow rate-dependent pressure drop and / or the volume flow of the fluid flowing into the gap is reduced.
  • FIG. 1 shows the use of a film as a separating element when winding a web into a winding roll
  • FIG. 2 shows the use of a separating element on a web tension roller
  • FIG. 3 shows the use of separating elements in a cooling roll group behind the dryer of a coating system for web-like materials
  • Figure 4 shows a heat roller group for heating and tension regulation
  • Figure 5 shows the use of two separating elements in the inlet gap of a web to one
  • FIG. 6 shows the side view of a coating device in which a separating element is used to break down the air boundary layer in front of the application gap
  • FIG. 7 shows the side view of a coating device in which the separating element serves to reduce the liquid pressure in the application gap.
  • FIG. 1 shows the arrangement and design of a separating element according to the invention using the example of a winder in which a web 1, preferably a paper, cardboard or plastic web, is wound to form a winding roll 2.
  • a web 1 preferably a paper, cardboard or plastic web
  • FIG. 1 shows the arrangement and design of a separating element according to the invention using the example of a winder in which a web 1, preferably a paper, cardboard or plastic web, is wound to form a winding roll 2.
  • the air boundary layers adhering to the web 1 and to the outermost layer of the winding roll 2 cause problems. It must be avoided to wrap too large amounts of air in the winding roll 2, since this would lead to an undesirable influence on the winding hardness and to winding errors, for example folds, in the winding roll 2.
  • the web 1 running onto the winding roll 2 forms with the outermost layer a narrowing inlet gap 3, in which the introduced air builds up an overpressure.
  • the overpressure is reduced too slowly, especially with very large web widths of several meters and with impermeable materials, since the air can only escape with difficulty.
  • a flexible separating element 4 is arranged in the inlet gap 3 and extends approximately parallel to the plane of the web 1 in such a way that the inlet gap 3 is divided into two flow channels 5, 6 from the inlet side.
  • the separating element 4 is at its direction of the moving surface - here the web 1 - the rear end, i.e. on the inlet side. Its front, free end is designed to run flat and extends into the gap 3 without touching the web 1 or the other element delimiting the gap 3 (here the winding roll 2).
  • the flexible separating element 4 consists of a flexible material, in particular a plastic film, so that it can align itself automatically in the middle of the inlet gap 3.
  • a plastic film of 50 ⁇ m to 100 ⁇ m thickness has been shown to be a suitable separating element 4.
  • the separating element 4 extends so far into the gap 3 that the flow channels 5, 6 have a maximum height at the narrowest point at the front end of the separating element 4
  • the separating element 4 preferably extends over the entire width of the
  • the size of the pressure drop depends, among other things, on the position of the front end of the separating element 4, it can be influenced by the depth of immersion of the separating element 4 in the gap 3.
  • the separating element 4 is therefore preferably attached to the inlet side in such a way that the immersion depth in the gap 3 can be varied.
  • the fastening of the separating element 4 on the inlet side can be adjusted in and against the web running direction (arrow 7) by means of an adjusting motor 8. Due to the friction with the air introduced, the separating element 4 is pulled into the gap 3 with a certain force. This offers the possibility of controlling the pressure conditions at the end of the gap 3 via this tensile force.
  • the tensile force determined by a force measuring device 9 serves as a guide variable, and the motor 8 adjusts the position of the separating element 4 as a function of the measured force.
  • the immersion depth of the separating element 4 becomes dependent on the diameter of the winding roll 2 and the speed of the web 1 controlled. This is preferably done automatically via a control device which controls the adjusting motor 8 in such a way that predetermined values of the tensile force are maintained.
  • FIG. 2 shows the arrangement of a separating element 4 according to the invention in the inlet gap 3 between a web 1 made of paper, cardboard or plastic and a driven one Web tension roller 10 shown.
  • the separating element 4 aligns itself automatically in the inlet gap 3 without contact with the web 1 or the roller 10.
  • the pressure drop behind the separating element 4 leads to the web 1 adhering to the driven roller 9 without slipping.
  • the floating of the web 1 on an air cushion formed by the introduced air is avoided. In this way, even with rollers 10 with a smooth metal surface, considerably larger tensile stresses can be transmitted to the web 1. Markings, such as those that can be generated by grooves with grooves in sensitive plastic films, are avoided.
  • separating element according to the invention with freely rotatable guide rollers for material webs is also advantageous. Even when the guide rollers are not driven, a slip-free contact between the web and the roller must be ensured in order to prevent the web from running sideways or markings on sensitive webs.
  • the separating elements according to the invention can advantageously be arranged in the run-on nip of the web on rolls or rollers of so-called edge control devices. Edge control devices of this type serve to precisely guide the longitudinal edges of webs.
  • FIG. 3 shows the arrangement of separating elements 4 in a cooling roller group 11 following the dryer 12 of a coating device.
  • FIG. 4 shows a group of heating rollers 13 for heating and regulating the tension in plastic films.
  • a separating element 4 is arranged in the feed nip of the web 1 for each heating roller 13 in order to improve the heat transfer. Since cooling rolls 11 and heating rolls 13 mostly also serve as pull rolls, the separating elements 4 simultaneously improve the adhesion to the respective roll 11, 13. An increased tensile force can thus be applied to the web 1.
  • two or more separating elements 4.1, 4.2 can also be arranged in the gap 3, as shown in FIG. 5.
  • Each of the separating elements 4.1, 4.2 is then constructed and stored in the manner explained above in the description of FIG. 1.
  • the arrangement of two separating elements 4.1, 4.2 divides the gap into three flow channels 5, 6, 14, which at the end of the separating elements 4.1, 4.2 merge into a flow channel of greater height.
  • the arrangement of two or more separating elements 4.1, 4.2 has the advantage that the height difference of the channels in front of and behind the separating elements is greater to enhance the effect, on the other hand it is possible to adjust the pressure between the two separating elements 4.1, 4.2 in order to influence the geometry of the outer flow channels 5, 6. It is thus possible to connect the two separating elements 4.1, 4.2 at their front ends in the gap 3, for example to glue or weld them, in order to build up a pressure between the separating elements 4.1, 4.2 by blowing in air from the inlet side, which pressure in the desired position.
  • the separating element has the shape of a hose with a wedge-shaped cross section that runs flat in the gap 3.
  • FIGS. 6 and 7 show the use of a separating element 4 in a coating device.
  • the coating material is applied to the web 1 by an application unit - here an application roller 15 - which is supported by a counter roller 16 during application.
  • the application roller 10 forms with the web 1 an application gap 3, in which the coating material brought up by the application roller 15 is transferred to the web 1.
  • Coating devices of this type are used to coat paper or cardboard webs with pigment coating ink.
  • a separating element 4 serves to reduce the air boundary layer before the application.
  • a guide element 18 is arranged at a short distance in front of the application gap 17, which forms a tapering gap 3 with the web 1.
  • the separating element 4 dividing the gap 3 into two flow channels is constructed and arranged in the manner described above in the exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2.
  • separating element 4 Immediately behind the separating element 4, at the position where the coating material comes into contact with the web 1, there is a reduction in the volume of the air boundary layer causes. This improves the transition of the coating material from the application roller 15 to the web 1 with the positive effect that either the excess amount of coating material can be reduced and / or the web speed can be increased without uncovered spots on the web 1.
  • the use of a separating element 4 according to the invention in coating devices is not limited to the machine type shown in FIG. 6 with a roller applicator. It can be used with all coating devices in order to reduce the negative effects of the air boundary layer.
  • FIG. 7 shows a coating device in which the separating element 4 serves to reduce the liquid pressure in the application gap 17. Too high a pressure in the application gap 17 leads, in particular in the case of absorbent paper or cardboard webs, to the fact that the coating material penetrates the web 1 in an undesirably large amount.
  • the separating element 4 is arranged such that its front free end extends into the application gap 17 filled with the liquid coating material. It divides the application gap 17 into two flow channels and causes a drop in the liquid pressure.
  • An excess of coating material is usually applied to the web 1 with the application roller 15 in the coating device according to FIGS. 6 and 7.
  • the excess is scraped off in a known manner with a metering system 19 arranged behind the applicator roller 15 in the direction of web travel to the desired coating weight.
  • the metering system 19 contains a known metering element, in the exemplary embodiment a doctor knife 20 which scrapes off the excess and smoothes the applied layer.
  • a separating element is not limited to the exemplary embodiments described above. It can be used wherever a moving surface introduces a fluid, i.e. a liquid or a gas, into a gap, the pressure or volume of which has undesirable effects.
  • the invention makes it possible to reduce the volume or the pressure of the introduced fluid without touching the moving surface or another element or using units which require energy; for example suction devices.

Landscapes

  • Winding Of Webs (AREA)
  • Paper (AREA)
  • Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)
  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)
  • Advancing Webs (AREA)
  • Control Of Fluid Pressure (AREA)
  • Coating Apparatus (AREA)

Description

B E S C H R E I B U N G
Verfahren und Vorrichtung zur Verminderung des Volumens oder Drucks eines Fluids, das von sich bewegenden Oberflächen in einen Spalt eingeschleppt wird
Technisches Gebiet
Auf einer Vielzahl von technischen Gebieten werden sich bewegende Maschinenelemente oder zu bearbeitende bahn- oder bandförmige Elemente so angeordnet oder geführt, daß sie einen zulaufenden Spalt bilden. Die sich bewegende Oberfläche des Elements oder Materials schleppt ein Fluid (Gas, Flüssigkeit) in den Spalt, dessen Volumen oder Druck zu negativen Effekten führt, falls bestimmte Grenzwerte überschritten werden. Die Geometrie des Spalts ist entweder formstabil oder formvariabel. Formstabile Spalte werden beispielsweise gebildet zwischen zwei sich achsparallel drehenden Walzen oder zwischen einer sich bewegenden, von einem Leitelement abgestützten Bahn und einem weiteren Element. Formvariable Spalte bilden beispielsweise ein Element (Antriebswalze, Leitrolle oder -walze, Wickelrolle etc.) und eine darauf zulaufende Bahn oder auch zwei aufeinander zulaufende Bahnen.
Ein wichtiges technisches Anwendungsgebiet für das Verfahren bzw. die Vorrichtung ist die Herstellung und Weiterverarbeitung von bahnformigen Materialien (Papier-, Karton- bahnen, Kunststoffolien), wo es vielfach erforderlich ist, die auf ein Element (Walze, Rolle, starres Leitelement, Wickelrolle) auflaufende Bahn in sehr engen Kontakt mit diesem Element zu bringen.
Insbesondere bei hohen Bahngeschwindigkeiten kann dabei die in den Zulaufspalt eingeschleppte Luft Probleme bereiten. Die eingeschleppte Luft baut einen Überdruck auf, der die Bahn von dem Element wegdrückt und so unerwünscht negative Effekte verursacht: So wird beim Aufwickeln von Materialbahnen zu Wickelrollen beim Auflaufen der Bahn auf die Wickelrolle unerwünschterweise Luft mit eingewickelt. Bei Antriebswalzen beginnt die Bahn durch das eingeschleppte Luftpolster zu schwimmen. Die Haftung und somit die Antriebskraft geht verloren. Bei Walzen oder anderen Leitelementen, die zum Steuern des Bahnlaufs dienen, führt ein Aufschwimmen dazu, daß die Funktion nicht mehr gegeben ist, die Bahn seitlich verläuft.
Bei Kühl- oder Heizwalzen für Bahnen reduziert das eingeschleppte Luftvolumen den Wärmeübergang zwischen den Walzenoberflächen und der Bahn und damit auch die Kühl- oder Heizleistung. Da Kühl- oder Heizwalzengruppen meistens auch als Zugstationen für die Bahn dienen, ist eine gute Haftung auch notwendig, um die Zugkraft zu übertragen. Beim Beschichten von Materialbahnen, beispielsweise Papier- oder Kartonbahnen, stört das eingeschleppte Luftpolster den Übergang des Beschichtungs- materials von dem Auftragwerk auf die Bahn.
Stand der Technik
Es sind verschiedene Verfahren bekannt, um den durch die eingeschleppte Luft in dem Spalt zwischen einer Bahn und einem weiteren Element verursachten negativen Effekten entgegenzuwirken: So werden beim Aufwickeln von Bahnen zu Wickelrollen Andruckwalzen eingesetzt, die beim Auflaufen der Bahn auf die Wickelrolle die Luft abquetschen. Andruckwalzen sind konstruktiv aufwendig und können bei empfindlichen Materialien zu Markierungen führen. Zudem können sie unerwünschterweise die Wickelhärte beim Aufwickeln beeinflussen. Eine Kontaktverbesserung mit Andruckwalzen ist dann nicht möglich, wenn die Bahn beschichtet ist oder wenn beim Andrücken Falten gebildet werden. Bei Antriebswalzen ist es bekannt, durch eine entsprechende Gestaltung der Mantelfläche, beispielsweise durch Aufbringung von Nuten, den Kontakt zu verbessern. Allen diesen Gegenmaßnahmen ist gemeinsam, daß sie entweder konstruktiv sehr aufwendig sind oder zu unerwünschten Nebeneffekten führen können.
Ein weiteres Anwendungsgebiet der Erfindung ist das Beschichten von Materialbahnen in einem Verfahren, bei dem ein flüssiges Beschichtungsmaterial mittels eines Auftragselements, beispielsweise einer Auftragswalze, aufgetragen wird, die mit der Bahn einen sich verengenden Auftragspalt bildet. Das von dem Auftragselement in den Auftragspalt geförderte flüssige Beschichtungsmaterial baut einen Druck auf, der die Auftragsmenge auf die Bahn entscheidend beeinflußt. Ein zu hoher Druck im Auftragspalt führt bei saugfähigen Papier- oder Kartonbahnen dazu, daß das Beschichtungsmaterial, beispielsweise Pigmentfarbe, in einer unerwünscht großen Menge in die Bahn eindringt. Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem sich das Volumen oder der Druck eines von sich bewegenden Oberflächen in einen Spalt eingeschleppten Fluids konstruktiv einfach vermindern läßt, ohne daß unerwünschte Nebeneffekte auftreten.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Ein erfindungsgemäß eingesetztes Trennelement bewirkt eine Druck- oder Volumenverminderung im Spalt, ohne daß die sich bewegende Oberfläche (beispielsweise die Bahn) oder ein anderes, den Spalt bildendes Element berührt wird. Das Trennelement benötigt weder einen mechanischen Antrieb noch sonstige Energiezufuhr. Es bietet darüber hinaus die Möglichkeit, allein durch seine Gestaltung und Position die Druck- oder Volumenver- hältnisse im Spalt gezielt zu beeinflussen. So kann beispielsweise beim Aufwickeln von Materialbahnen eine - wenn auch geringe - Menge von Luft eingewickelt werden, wenn dies für die Wickelqualität gewünscht wird.
Die Erfindung macht sich den physikalischen Effekt zunutze, daß der Übergang von zwei durch ein Trennelement getrennten Strömungen in zwei Kanälen geringerer Höhe zu nur einer Strömung in einem Kanal größerer Höhe eine von der Viskosität des strömenden Fluids, der Länge- und Höhen der Kanäle und der Strömungsgeschwindigkeit abhängige Druckabsenkung bewirkt und/oder der Volumenstrom des in den Spalt einströmenden Fluids sich verringert.
Die Unteransprüche enthalten bevorzugte Varianten und Ausgestaltungen der Erfindung zum Einsatz bei der Herstellung und Verarbeitung bahnförmiger Materialien.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Zeichnung dient zur Erläuterung der Erfindung anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele:
Figur 1 zeigt den Einsatz einer Folie als Trennelement beim Aufwickeln einer Bahn zu einer Wickelrolle, Figur 2 zeigt den Einsatz eines Trennelements an einer Bahnzugwalze,
Figur 3 zeigt den Einsatz von Trennelementen in einer Kühlwalzengruppe hinter dem Trockner einer Beschichtungsanlage für bahnförmige Materialien,
Figur 4 zeigt eine Heizwalzengruppe zum Erwärmen und Spannungsregulieren bei
Kunststoffolien, Figur 5 zeigt den Einsatz zweier Trennelemente im Zulaufspalt einer Bahn zu einer
Walze,
Figur 6 zeigt die Seitenansicht einer Beschichtungsvorrichtung, bei der ein Trennelement zum Abbau der Luftgrenzschicht vor dem Auftragspalt eingesetzt wird, und
Figur 7 zeigt die Seitenansicht einer Beschichtungsvorrichtung, bei der das Trennele- ment zur Verminderung des Flüssigkeitsdrucks im Auftragspalt dient.
Wege zur Ausführung der Erfindung
In Figur 1 sind die Anordnung und die Gestaltung eines erfindungsgemäßen Trennele- ments am Beispiel einer Aufwicklung dargestellt, bei der eine Bahn 1 , vorzugsweise eine Papier-, Karton- oder Kunststoffbahn, zu einer Wickelrolle 2 aufgewickelt wird. Bei der Herstellung von Wickelrollen 2 bereiten die an der Bahn 1 und an der äußersten Lage der Wickelrolle 2 anhaftenden Luftgrenzschichten Probleme. Es muß vermieden werden, zu große Luftmengen in die Wickelrolle 2 einzuwickeln, da dies zu einer unerwünschten Beeinflussung der Wickelhärte und zu Wickelfehlem, beispielsweise Falten, in der Wickelrolle 2 führen würde.
Die auf die Wickelrolle 2 auflaufende Bahn 1 bildet mit der äußersten Lage einen sich verengenden Zulaufspalt 3, in dem die eingeschleppte Luft einen Überdruck aufbaut. Der Überdruck wird insbesondere bei sehr großen Bahnbreiten von mehreren Metern und bei undurchlässigen Materialien zu langsam abgebaut, da die Luft nur schwer entweichen kann.
In dem Zulaufspalt 3 ist ein biegsames Trennelement 4 sich in etwa parallel zur Ebene der Bahn 1 erstreckend so angeordnet, daß der Zulaufspalt 3 von der Zulaufseite her in zwei Strömungskanäle 5, 6 unterteilt wird. Das Trennelement 4 ist an seinem in Bewegungs- richtung der bewegten Oberfläche - hier der Bahn 1 - hinteren Ende, also an der Zulaufseite, gelagert. Sein vorderes, freies Ende ist flach auslaufend gestaltet und erstreckt sich in den Spalt 3 hinein, ohne die Bahn 1 oder das andere, den Spalt 3 begrenzende Element (hier die Wickelrolle 2) zu berühren. Das biegsame Trennelement 4 besteht aus einem flexiblen Material, insbesondere einer Kunststoffolie, so daß es sich selbsttätig in der Mitte des Zulaufspalts 3 ausrichten kann. Als geeignetes Trennelement 4 hat sich eine Kunststoffolie von 50 μm bis 100 μm Dicke gezeigt.
Das Trennelement 4 reicht so weit in den Spalt 3 hinein, daß die Strömungskanäle 5, 6 an der engsten Stelle am vorderen Ende des Trennelements 4 eine Höhe von maximal
1 mm aufweisen. Anschließend erweitert sich der Zulaufspalt 3 schlagartig. Dies führt an dieser Stelle zu einer Verminderung des Volumenstroms an eingeschleppter Luft und zu einem Druckabfall, der den Kontakt zwischen der auflaufenden Bahn 1 und der Wickelrolle
2 erheblich verbessert. Damit der Druckabfall im Zulaufspalt 3 über die gesamte Breite der Bahn 1 auftritt, erstreckt sich das Trennelement 4 bevorzugt über die gesamte Breite der
Bahn 1.
Da die Größe des Druckabfalis unter anderem von der Position des vorderen Endes des Trennelements 4 abhängt, läßt sie sich durch die Eintauchtiefe des Trennelements 4 in den Spalt 3 beeinflussen. Bevorzugt ist das Trennelement 4 an der Zulaufseite daher so befestigt, daß die Eintauchtiefe in den Spalt 3 variiert werden kann. Wie in Figur 1 dargestellt, ist dazu die Befestigung des Trennelements 4 an der Zulaufseite in und gegen Bahnlaufrichtung (Pfeil 7) mittels eines Verstellmotors 8 verstellbar. Aufgrund der Reibung mit der eingeschleppten Luft wird das Trennelement 4 mit einer gewissen Kraft in den Spalt 3 hineingezogen. Dies bietet die Möglichkeit, die Druckverhältnisse am Ende des Spalts 3 über diese Zugkraft zu steuern. Die von einem Kraftmeßgerät 9 ermittelte Zugkraft dient als Führungsgröße, in Abhängigkeit von der gemessenen Kraft verstellt der Motor 8 die Position des Trennelements 4. Beim Aufwickeln wird die Eintauchtiefe des Trennelements 4 in Abhängigkeit vom Durchmesser der Wickelrolle 2 und der Geschwin- digkeit der Bahn 1 gesteuert. Bevorzugt erfolgt dies automatisch über eine Steuereinrichtung, die den Verstellmotor 8 so steuert, daß vorgegebene Werte der Zugkraft eingehalten werden.
In Figur 2 ist die Anordnung eines erfindungsgemäßen Trennelements 4 im Zulaufspalt 3 zwischen einer Bahn 1 aus Papier, Karton oder Kunststoff und einer angetriebenen Bahnzugwalze 10 dargestellt. Auch bei dieser Ausführungsform richtet sich das Trennelement 4 selbsttätig im Zulaufspalt 3 aus, ohne daß eine Berührung mit der Bahn 1 oder der Walze 10 auftritt. Der Druckabfall hinter dem Trennelement 4 führt dazu, daß die Bahn 1 auf der angetriebenen Walze 9 schlupffrei haftet. Das Aufschwimmen der Bahn 1 auf einem von der eingeschleppten Luft gebildeten Luftpolster wird vermieden. So lassen sich auch bei Walzen 10 mit glatter Metalloberfläche erheblich größere Zugspannungen auf die Bahn 1 übertragen. Markierungen, wie sie beispielsweise Walzen mit Nuten bei empfindlichen Kunststoffolien erzeugen können, werden vermieden.
Ebenso vorteilhaft ist die Anordnung eines erfindungsgemäßen Trennelements bei frei drehbaren Führungsrollen für Materialbahnen. Auch bei nicht angetriebenen Führungsrollen muß ein schlupffreier Kontakt zwischen der Bahn und der Rolle gewährleistet sein, um ein seitliches Verlaufen der Bahn oder Markierungen bei empfindlichen Bahnen zu verhindern. So lassen sich die erfindungsgemäßen Trennelemente vorteilhaft im Auflaufspalt der Bahn auf Rollen oder Walzen von sogenannten Kantensteuerungseinrichtungen anordnen. Derartige Kantensteuerungseinrichtungen dienen dazu, die Längskanten von Bahnen exakt zu führen.
Weiterhin sind die Trennelemente vorteilhaft bei Kühl- oder Heizwalzen für Bahnen einsetzbar, um den Wärmeübergang zwischen den Walzenoberflächen und der Bahn zu verbessern. Das von der Bahn in den Auflaufspalt zu der Kühl- oder Heizwalze eingeschleppte Luftvolumen reduziert den Wärmeübergang und damit die Kühl- oder Heizleistung. In Figur 3 ist die Anordnung von Trennelementen 4 in einer Kühlwalzengruppe 11 im Anschluß an den Trockner 12 einer Beschichtungsvorrichtung dargestellt. Die im Zulaufspalt 3 zwischen einer Kühlwalze 11 und der Bahn 1 auf vorstehend beschriebene Weise angeordneten Trennelemente 4 reduzieren das Volumen an eingeschleppter Luft.
Figur 4 zeigt eine Gruppe von Heizwalzen 13 zum Erwärmen und Spannungsregulieren bei Kunststoffolien. Auch bei dieser Heizwalzengruppe ist im Zulaufspalt der Bahn 1 zu jeder Heizwalze 13 ein Trennelement 4 angeordnet, um den Wärmeübergang zu verbessern. Da Kühlwalzen 11 und Heizwalzen 13 meistens auch als Zugwalzen dienen, verbessern die Trennelemente 4 zugleich die Haftung auf der jeweiligen Walze 11 , 13. Es läßt sich so eine erhöhte Zugkraft auf die Bahn 1 aufbringen. Anstelle nur eines Trennelements 4 können in dem Spalt 3 auch zwei oder mehr Trennelemente 4.1 , 4.2 angeordnet sein, wie in Figur 5 dargestellt ist. Jedes der Trennelemente 4.1 , 4.2 ist dann auf die vorstehend bei der Beschreibung zu Figur 1 erläuterte Weise aufgebaut und gelagert. Die Anordnung von zwei Trennelementen 4.1 , 4.2 teilt den Spalt in drei Strömungskanäle 5, 6, 14 auf, die am Ende der Trennelemente 4.1 , 4.2 in einen Strömungskanal größerer Höhe übergehen. Die Anordnung von zwei oder mehr Trennelementen 4.1 , 4.2 hat zum einen den Vorteil, daß die Höhendifferenz der Kanäle vor und hinter den Trennelementen zur Verstärkung des Effekts größer ist, zum anderen wird die Möglichkeit geboten, den Druck zwischen den beiden Trennelementen 4.1 , 4.2 einzustellen, um so die Geometrie der äußeren Strömungskanäle 5, 6 zu beeinflussen. So ist es möglich, die beiden Trennelemente 4.1 , 4.2 an ihren vorderen Enden im Spalt 3 miteinander zu verbinden, beispielsweise zu verkleben oder zu verschweißen, um durch Einblasen von Luft von der Zulaufseite her einen Druck zwischen den Trennelementen 4.1 , 4.2 aufzubauen, der diese in die gewünschte Position drückt. Das Trennelement hat bei dieser Ausführungsform die Form eines flach im Spalt 3 auslaufenden Schlauchs mit keilförmigen Querschnitt.
In den Figuren 6 und 7 ist die Verwendung eines Trennelements 4 in einer Beschichtungsvorrichtung dargestellt. Das Beschichtungsmaterial wird von einem Auftragwerk - hier einer Auftragwalze 15 - auf die Bahn 1 aufgetragen, die beim Auftragen von einer Gegenwalze 16 abgestützt wird. Die Auftragwalze 10 bildet mit der Bahn 1 einen Auftragspalt 3, in dem das von der Auftragwalze 15 herangeführte Beschichtungsmaterial an die Bahn 1 übergeben wird. Derartige Beschichtungsvorrichtungen werden eingesetzt, um Papier- oder Kartonbahnen mit Pigmentstreichfarbe zu beschichten.
Insbesondere bei hohen Bahngeschwindigkeiten von mehr als 1500 m/min stört die an der Bahn 1 anhaftende Luftgrenzschicht den Übergang des Beschichtungsmaterials von dem Auftragwerk auf die Bahn 1 mit der Folge, daß unbedeckte Stellen auftreten oder ungleichmäßig aufgetragen wird. In der in Figur 6 dargestellten Beschichtungsvorrichtung dient ein Trennelement 4 dazu, die Luftgrenzschicht vor dem Auftragen zu verringern. Dazu ist mit geringem Abstand vor dem Auftragspalt 17 ein Leitelement 18 angeordnet, das mit der Bahn 1 einen zulaufenden Spalt 3 bildet. Das den Spalt 3 in zwei Strömungskanäle aufteilende Trennelement 4 ist auf die vorstehend bei dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 beschriebene Weise aufgebaut und angeordnet. Unmittelbar hinter dem Trennelement 4 wird an der Position, an der das Beschichtungsmaterial in Kontakt mit der Bahn 1 tritt, eine Verminderung des Volumens der Luftgrenzschicht bewirkt. Dies verbessert den Übergang des Beschichtungsmaterials von der Auftragwalze 15 auf die Bahn 1 mit dem positiven Effekt, daß entweder die Überschußmenge an Beschichtungsmaterial verringert und/oder die Bahngeschwindigkeit erhöht werden kann, ohne daß unbedeckte Stellen auf der Bahn 1 entstehen. Der Einsatz eines Trennelements 4 nach der Erfindung in Beschichtungsvorrichtungen ist nicht auf den in Figur 6 dargestellten Maschinentyp mit einem Walzenauftragwerk beschränkt. Es läßt sich bei allen Beschichtungsvorrichtungen einsetzen, um die negativen Effekte der Luftgrenzschicht zu vermindern.
In Figur 7 ist eine Beschichtungsvorrichtung dargestellt, bei der das Trennelement 4 dazu dient, den Flüssigkeitsdruck im Auftragspalt 17 zu vermindern. Ein zu hoher Druck im Auftragspalt 17 führt insbesondere bei saugfähigen Papier- oder Kartonbahnen dazu, daß das Beschichtungsmaterial in einer unerwünscht großen Menge in die Bahn 1 eindringt. Das Trennelement 4 ist so angeordnet, daß sein vorderes freies Ende sich in den von dem flüssigen Beschichtungsmaterial gefüllten Auftragspalt 17 erstreckt. Es teilt den Auftragspalt 17 in zwei Strömungskanäle auf und bewirkt einen Abfall des Flüssigkeitsdrucks.
Üblicherweise wird mit der Auftragwalze 15 bei der Beschichtungsvorrichtung nach den Figuren 6 und 7 ein Überschuß an Beschichtungsmaterial auf die Bahn 1 aufgetragen. Der Überschuß wird auf bekannte Weise mit einem in Bahnlaufrichtung hinter der Auftragwalze 15 angeordneten Dosiersystem 19 bis auf das gewünschte Strichgewicht abgerakelt. Das Dosiersystem 19 enthält ein bekanntes Dosierelement, im Ausführungsbeispiel ein Schabermesser 20, das den Überschuß abrakelt und die aufgetragene Schicht glättet.
Der Einsatz eines Trennelements nach der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Es kann überall dort eingesetzt werden, wo eine sich bewegende Oberfläche ein Fluid, also eine Flüssigkeit oder ein Gas, in einen Spalt einschleppt, dessen Druck oder Volumen unerwünschte Auswirkungen zeigt. Die Erfindung ermöglicht es, das Volumen oder den Druck des eingeschleppten Fluids zu verringern, ohne daß die bewegte Oberfläche oder ein weiteres Element berührt wird oder Aggregate eingesetzt werden, die Energie benötigen; beispielsweise Absaugeinrichtungen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1.
Verfahren zur Verminderung des Volumens oder Drucks eines Fluids, das von sich bewegenden Oberflächen in einen Spalt (3,17) eingeschleppt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (3, 17) mittels eines oder mehrerer biegsamer Trennelemente (4) in zwei oder mehr Strömungskanäle (5, 6, 14) unterteilt wird, wobei jedes Trennelement (4) an seinem in Bewegungsrichtung der Oberflächen hinteren Ende gelagert ist und sein vorderes, flach auslaufendes Ende sich in den Spalt (3, 17) erstreckt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (3, 17) mittels eines oder mehrerer Trennelemente (4) in zumindest zwei Strömungskanäle (5, 6) unterteilt wird, die jeweils an der engsten Stelle eine Höhe von maximal 1 mm aufweisen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintauchtiefe des Trennelements (4) in den Spalt (3) gesteuert wird.
4.
Vorrichtung zur Verminderung des Volumens oder Drucks eines Fluids, das von sich bewegenden Oberflächen in einen Spalt (3, 17) eingeschleppt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (3, 17) mittels eines oderer mehrerer biegsamer Trennelemente (4) in zwei oder mehr Strömungskanäle (5, 6, 14) unterteilt ist, wobei jedes Trennelement (4) an seinem in Bewegungsrichtung der Oberflächen hinteren Ende gelagert ist und sein vorderes, flach auslaufendes Ende sich in den Spalt (3, 17) erstreckt.
5.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement aus einer Folie, insbesondere mit einer Dicke zwischen 50 μm und 100 μm, gefertigt ist.
6.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintauchtiefe des Trennelements (4) in den Spalt (3) einstellbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft, mit der das Trennelement (4) in den Spalt (3) gezogen wird, als Regelgröße für die Eintauchtiefe benutzt wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft mit einem
Meßgerät (9) ermittelt wird und die Position des Trennelements (4) von einem Stellantrieb (8) automatisch geregelt wird.
9. Vorrichtung zum Aufwickeln einer Materialbahn (1 ), insbesondere einer Papier- oder
Kartonbahn oder einer Kunststoffolie, dadurch gekennzeichnet, daß im Zulaufspalt (3) zwischen der Wickelrolle (2) und der auflaufenden Bahn (1) ein Trennelement (4) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6 angeordnet ist.
10.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8 und nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (4) in Abhängigkeit vom Durchmesser der Wickelrolle (2) und der Bahngeschwindigkeit bezüglich seiner Eintauchtiefe in den Zulaufspalt (3) steuerbar ist.
11.
Vorrichtung zum Antreiben oder Führen einer Warenbahn (1) mit einer Bahnzugwalze (10) oder Führungsrolle, dadurch gekennzeichnet, daß im Zulaufspalt (3) zwischen der Bahn (1) und der Bahnzugwalze (10) oder Führungsrolle ein Trennelement (4) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6 angeordnet ist.
12.
Vorrichtung zum Kühlen oder Heizen einer Bahn (1 ) mit Kühlwalzen (11) oder Heizwalzen (13), die von der Bahn (1 ) umschlungen werden, dadurch gekennzeichnet, daß im Zulaufspalt zwischen der Bahn (1 ) und einer Kühlwalze (11 ) oder Heizwalze (13) ein Trennelement (4) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6 angeordnet ist.
13.
Vorrichtung zum Beschichten einer Warenbahn (1 ), insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Auftragwerk zum Auftragen von Beschichtungsmaterial auf die Bahn (1 ) ein Leitelement (18) angeordnet ist, das mit der Bahn (1 ) einen Spalt (3) bildet, in dem ein Trennelement (4) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6 angeordnet ist.
14. Vorrichtung zum Beschichten einer Warenbahn (1 ), insbesondere einer Papier- oder
Kartonbahn, dadurch gekennzeichnet, daß im Auftragspalt (17) zwischen der Bahn (1 ) und einer das Beschichtungsmaterial zuführenden Auftragwalze (15) ein Trennelement (4) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6 angeordnet ist.
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