EP4178781A1 - Beschichtungsanlange und verfahren zur beschichtung - Google Patents

Beschichtungsanlange und verfahren zur beschichtung

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Publication number
EP4178781A1
EP4178781A1 EP21728850.5A EP21728850A EP4178781A1 EP 4178781 A1 EP4178781 A1 EP 4178781A1 EP 21728850 A EP21728850 A EP 21728850A EP 4178781 A1 EP4178781 A1 EP 4178781A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
roller
coating
coating medium
web
applicator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP21728850.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Henninger
Franziska FERRER
Tobias KOHLHAGEN
Harald Hess
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP4178781A1 publication Critical patent/EP4178781A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B29C48/154—Coating solid articles, i.e. non-hollow articles
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    • B29C48/915—Cooling of flat articles, e.g. using specially adapted supporting means with means for improving the adhesion to the supporting means
    • B29C48/917—Cooling of flat articles, e.g. using specially adapted supporting means with means for improving the adhesion to the supporting means by applying pressurised gas to the surface of the flat article
    • 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
    • D21H23/52—Addition to the formed paper by contacting paper with a device carrying the material
    • D21H23/56—Rolls

Definitions

  • the invention relates to a coating system for coating a moving web according to the preamble of claim 1 and a method for coating according to the preamble of claim 13.
  • the coating of running webs, especially paper webs, is a known process.
  • Coating with a starch solution in particular has a long tradition, for example to positively influence the surface quality or strength properties of the web.
  • the starch solution does not essentially remain on the surface of the web but penetrates as deeply as possible into the structure of the web.
  • Starch is usually applied to a paper or cardboard web using a film press.
  • DE 102018 100 924 proposes increasing the roller hardness for one or two of the application rollers, the flattening of the roller surface and thereby obtaining a comparatively hard treatment gap.
  • this effect of the hard treatment gap is not sufficient.
  • a possibility to further increase the penetration of the starch would be desirable here.
  • a further object of the invention is to be able to adapt the penetration behavior of the coating medium quickly and specifically in terms of time and space.
  • a coating system for coating a running web, in particular a paper or cardboard web, with a coating medium which comprises a roller and an application head for applying the coating medium to the roller.
  • a treatment gap is provided for transferring the coating medium from the roller to the web, the treatment gap being formed by the roller and a counter-element.
  • an applicator is arranged between the application head and the treatment gap, viewed in the direction of rotation of the roller, in order to apply steam and/or air to the coating medium on the roller.
  • the applicator is arranged between the application head and the treatment gap is to be understood in such a way that at least the point at which the vapor or the air impinges on the coating medium is arranged at an intermediate point between the application head and the treatment gap. It is advantageous that the applicator is also located at least partially between the application head and the treatment gap.
  • the invention should also include such embodiments in which the applicator is attached, for example, to the applicator head or above it, and from there the roller is acted upon by air and/or steam at an intermediate point.
  • the vapor and/or air is applied to the coating medium while it is on the roller as described.
  • the loading therefore takes place in particular in an area between the application head and the treatment gap.
  • a distance is provided between the area in which air and/or steam impinges on the coating medium and the treatment gap.
  • this distance can be more than 20 mm, for example 30 mm, 40 mm, 50 mm, 60 mm, 70 mm, 80 mm, 90 mm or even more than 100mm.
  • this makes additional installations, such as a hood to shield the applicator, easier.
  • the invention can be advantageously used for a large number of coating media.
  • coating medium, medium and starch are used synonymously in the following, unless explicitly stated otherwise.
  • the rheology of the coating medium can be influenced very easily and in a targeted manner by subjecting the coating medium, for example a starch solution, to steam and/or air.
  • the viscosity of the coating medium can be reduced by applying hot steam. This less viscous medium can then be pressed deeper into the web in the treatment gap.
  • the viscosity of the medium can also be increased by cooling the medium, for example with air, as a result of which the coating medium remains closer to the surface.
  • the temperature of this thin film can be changed very quickly and easily by applying steam or air. In this way, it is possible to react very quickly and directly, e.g. to properties of the running web that fluctuate over time, and the penetration behavior can be adjusted. With the present invention, it is possible to react immediately to the web fluctuations, ie without a time delay. Such a device can thus be used within the framework of a strength control.
  • the coating medium can be applied differently at the edges than in the middle. It is also possible to apply steam/air to only part of the width of the web - for example only the edges.
  • the solids content of the starch solution can also be controlled by applying steam.
  • the application of steam leads to a supply of water to the coating medium through condensation.
  • the solids content of the medium can be adjusted very easily and efficiently.
  • embodiments of the present invention allow the targeted spatial and temporal adjustment of the solids content of the coating medium directly before it is transferred to the web and offer possibilities for use within the framework of a regulation or control.
  • the applicator can consist of a simple tube with nozzle openings. Since steam and compressed air are already available to supply a paper machine, a simple embodiment of the invention can be implemented with extremely little effort. Alternatively or additionally, however, more complex applicators can also be used, such as a steam blower box, which is described as an example in DE 102015217375.
  • the coating medium can also only be charged with air.
  • the counter element can be realized in different ways. For example, it can be a static element or a band - e.g. a polymer tape or a metal tape can be formed.
  • the counter element can be formed by a second roller.
  • the treatment nip is then formed by a roller nip.
  • the coating system has a second application head for applying a coating medium to the second roller.
  • the coating medium can be transferred to both sides of the web at the same time.
  • the embodiments and advantages described for the (first) applicator also apply—mutatis mutandis—to the second applicator.
  • all application heads known to those skilled in the art can be used.
  • the application head and/or the second application head can be a non-contact application head, in particular a curtain or spray application head. It can be advantageous here that these application heads do not apply the medium in excess, and therefore no squeegee has to be used to control the application quantity. In combination with very hard roller surfaces, for example, these doctor blades can exhibit heavy wear.
  • a hood can also be provided, which shields the applicator alone or together with the applicator head from the environment.
  • a second hood can also be provided, which shields the second applicator alone or together with the second application head from the environment.
  • hoods prevent, among other things, the escape of hot steam into the environment and can be necessary for safety reasons.
  • hoods of this type can prevent the web run from being disturbed in front of the treatment gap by escaping steam or air.
  • two hard rollers can be provided. It can be advantageous if the surface of the roller and/or the second roller has a hardness of less than 15 P&J, in particular less than 5 P&J, or less than 1 P&J. Since the information in P&J is inaccurate in the case of very hard surfaces, it should be mentioned here that the surface of the roller and/or the second roller must also have a hardness of 45 Shore D and more, in particular more than 70 Shore D, preferably between 80 Shore D and 96 Shore D.
  • a hard treatment gap is generally advantageous for the penetration of coating medium.
  • such a hard nip can be particularly effective, for example through the combination with a reduction in the viscosity of the medium.
  • roller or the second roller is designed as a deflection compensation roller. This allows the pressure profile in the
  • Treatment gap can be changed across the width, which, in particular in combination with an adjustment of the properties of the treatment medium (e.g. viscosity or solids content) by the application of steam or air, enables a very efficient control of the penetration behavior of the coating medium.
  • One of the rollers in particular a deflection compensation roller, can be designed as a ceramic roller.
  • one of the two rollers can be designed as a composite roller. If you look at the diameter of the rolls, it can be advantageous - especially with hard rolls - to avoid vibrations if they are rather large
  • the diameters of the rollers are rather small. It can represent a good compromise if the roller and the second roller have a diameter of between 920 mm and 1280 mm, in particular between 1040 mm and 1120 mm. In addition, if the diameter of the roller and the second roller differ by more than 3% but less than 20%, the tendency to vibrate can often be further reduced.
  • the object is achieved by a method for coating a running web, in particular a paper or cardboard web, with a coating medium, the coating medium being applied to the surface of a roller by means of an application head, and then in a treatment gap from the roller to the web is transferred. It is provided that the coating medium is subjected to steam and/or air between application to the roller and transfer to the web.
  • the coating medium can be a starch solution.
  • the steam and/or the air can have a higher temperature than the coating medium when it is applied.
  • the exposure to air/steam then increases the temperature of the coating medium, which reduces its viscosity. This is also very easy to do, especially when using steam.
  • the temperature of the steam is usually much higher than the temperature of the coating medium.
  • the temperature difference between the coating medium can, for example, be more than 20°C, specifically more than 30°C or more than 40°C.
  • a high steam temperature has the advantage that less steam is used to increase the temperature of the coating medium, and therefore less additional moisture is introduced into the coating medium.
  • the temperature of the coating medium increases by at least 3°, in particular by 5° to 20°, as a result of the application of steam and/or air.
  • a coating medium in particular the same coating medium, can be applied to one side of the web or to both sides of the web simultaneously.
  • the coating medium on the second side can either be applied conventionally or, in an analogous manner, steam and/or air can be applied between application to the roller and transfer to the web.
  • FIG. 1 shows a coating system according to one aspect of the present invention.
  • FIG. 2 shows a coating system according to a further aspect of the present invention.
  • the coating system shown in FIG. 1 has a roller 1 and a second roller 2 as a counter-element 2, which are arranged in such a way that together they form a treatment gap 7. Furthermore, an application head 3 for applying a coating medium to the roller 1 is provided.
  • the applicator head 3 can advantageously be a non-contact applicator head 3, in particular a curtain applicator head 3 or a spray applicator head. In principle, however, any application head 3 can be used.
  • the coating medium can be a starch solution.
  • an applicator 5 is arranged between the application head 3 and the treatment gap 7 . This applicator 5 is designed to apply steam and/or air to the coating medium on the roller 1 .
  • the applicator 5 can consist of a simple tube with nozzle openings. Since steam and compressed air are already available to supply a paper machine, a simple embodiment of the invention can be implemented with extremely little effort.
  • the applicator 5 can also be designed to be more complex, for example in the form of a steam blower box 5. Such a one Applicator 5 then also allows, for example, a different application of steam across the width of web 10.
  • a possible embodiment of the coating device for applying coating medium to both sides is shown in FIG.
  • a second applicator head 4 is provided, which applies a coating medium to the surface of the second roller 2 .
  • This coating medium - which may or may not be the same coating medium as for the first side - is then also transferred to the web in the treatment nip 7 .
  • a second applicator is also provided here in order to apply steam and/or air to the coating medium on the second roller 2 .
  • the design of the second applicator head 5 and the second applicator 6 what was said above for the applicator head 3 and the applicator 5 also applies.
  • the second applicator head 4 and the second applicator 6 and/or the applicator 5 and the second applicator 6 can be of identical design. This is advantageous, for example, when applying the same coating medium to both sides of the web 10 with the same objective, e.g., deep penetration into the web 10 to increase strength. Alternatively, however, different media can be applied to both sides and/or different goals can be pursued.
  • the applicator 5 it is also possible for the applicator 5 to apply hot steam to the coating medium in order to cause the starch to penetrate deeply into the web, for example, by reducing the viscosity, while the second applicator 6 applies cold air to the medium on the second roller 2, to keep the medium just more on the surface.
  • the second applicator 6 applies cold air to the medium on the second roller 2, to keep the medium just more on the surface.
  • one Treatment step both increase the strength of the web 10 and finish one of the tops.
  • a fluff 8 is provided, which shields the applicator 5 together with the applicator head 3 from the environment.
  • a similar fluff 9 is provided for the second applicator 6 and the second applicator head 4 .
  • flaps 8, 9 are not absolutely necessary, they can be advantageous for a stable coating or necessary for safety reasons. It is also possible to configure the fluffs 8, 9 in such a way that only the applicator 5 or the second applicator 6 is surrounded by the fluff, but not the applicator head 3 or the second applicator head 4.
  • rollers 1, 2 The person skilled in the art has a great deal of freedom in designing the rollers 1, 2. In principle, all roller types customary for coating systems can be used.
  • rollers with hard surfaces so that, for example, both the roller 1 and the second roller 2 have surface hardnesses of 45 Shore D and more, in particular more than 70 Shore D, preferably between 80 Shore D and 96 Shore D.
  • Rollers 1, 2 for conventional coating systems with diameters of up to 200 cm and more can also be used for coating devices as in FIG.
  • the diameter of the roller 1 and the second roller 2 advantageously differ by more than 3% but less than 20%.
  • the treatment gap 7 is very short and the coating medium is transferred to the web 10 with a short but strong pressure pulse. As a result, the penetration of the coating medium into the depth of the web 10 can be supported in particular.
  • FIG. 2 shows an example of a coating device for coating on one side. It differs from the embodiment shown in Figure 1 in that that the second roller 2 now acts only as a counter-roller 2.
  • the application head 3 for applying the coating medium is designed as a spray application head 3 .
  • FIG. 2 also shows that a hood 8, 9 can optionally be dispensed with. This demonstrates the great flexibility and variety that can be realized with implementations in accordance with aspects of this invention.

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Abstract

Beschichtungsanlage und Verfahren zur Beschichtung einer laufenden Bahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn mit einem Beschichtungsmedium, umfassend eine Walze und einen Auftragskopf zum Auftragen des Beschichtungsmediums auf die Walze, sowie einen Behandlungsspalt zum Übertragen des Beschichtungsmedium von der Walze auf die Bahn, wobei der Behandlungsspalt durch die Walze und ein Gegenelement gebildet, wobei in Drehrichtung der Walze betrachtet zwischen dem Auftragskopf und dem Behandlungsspalt ein Applikator angeordnet ist, um das Beschichtungsmedium auf der Walze mit Dampf und/oder Luft zu beaufschlagen.

Description

Beschichtungsanlange und Verfahren zur Beschichtung.
Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsanlage zur Beschichtung einer laufenden Bahn gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Beschichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
Das Beschichten von laufenden Bahnen, insbesondere von Papierbahnen ist ein bekanntes Verfahren. Insbesondere das Beschichten mit Stärkelösung hat eine lange Tradition, um beispielsweise die Oberflächengüte oder Festigkeitseigenschaften der Bahn positiv zu beeinflussen. Um die Festigkeit der Bahn zu erhöhen ist es meist vorteilhaft, wenn die Stärkelösung nicht im Wesentlichen an der Oberfläche der Bahn verbleibt sondern möglich tief in die Struktur der Bahn eindringt.
Ein Stärkeauftrag auf eine Papier- oder Kartonbahn erfolgt meist mittels einer Filmpresse. Um bei solchen Filmpressen das Penetrieren der Stärke in die Bahn zu verbessern wird in der DE 102018 100 924 vorgeschlagen, die Walzenhärte für eine oder zwei der Auftragswalzen die Flärte der Walzenoberfläche zu erhöhen und dadurch einen vergleichsweise harten Behandlungsspalt zu erhalten. Bei einigen Anwendungen ist diese Wirkung des harten Behandlungsspalts jedoch nicht ausreichend. Hier wäre eine Möglichkeit wünschenswert, die Penetration der Stärke noch weiter zu erhöhen.
Zudem wäre eine Möglichkeit wünschenswert, auch bei bestehenden Auftragswerken ohne Austausch der Walzen eine Steigerung der Stärkepenetration erreichen zu können.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Steigerung der Penetration eines Beschichtungsmedius vorzuschlagen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine einfache Umrüstung für bestehende Auftragswerke ermöglichen, um die Penetration in die Bahn zu verbessern.
Es ist schließlich eine weitere Aufgabe der Erfindung, das Penetrationsverhalten des Beschichtungsmediums zeitlich und räumlich schnell und gezielt anpassen zu können. Diese Aufgaben werden vollständig gelöst durch eine Beschichtungsanlage gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 13.
Vorteilhafte Ausführungen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Vorgeschlagen wird eine Beschichtungsanlage zur Beschichtung einer laufenden Bahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn mit einem Beschichtungsmedium, welche eine Walze und einen Auftragskopf zum Aufträgen des Beschichtungsmediums auf die Walze umfasst. Zudem ist ein Behandlungsspalt zum Übertragen des Beschichtungsmediums von der Walze auf die Bahn vorgesehen, wobei der Behandlungsspalt durch die Walze und ein Gegenelement gebildet ist. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass in Drehrichtung der Walze betrachtet zwischen dem Auftragskopf und dem Behandlungsspalt ein Applikator angeordnet ist, um das Beschichtungsmedium auf der Walze mit Dampf und/oder Luft zu beaufschlagen.
Dabei ist das Merkmal, dass der Applikator zwischen dem Auftragskopf und dem Behandlungsspalt angeordnet ist so zu verstehen, dass zumindest die Stelle, an der der Dampf oder die Luft auf das Beschichtungsmedium auftrifft an einer Zwischenstelle zwischen dem Auftragskopf und dem Behandlungsspalt angeordnet ist. Dabei ist es vorteilhaft, dass sich auch der Applikator zumindest teilweise zwischen dem Auftragskopf und dem Behandlungsspalt befindet. Allerdings sollen von der Erfindung auch solche Ausführungen umfasst sein, bei denen der Applikator beispielsweise an dem Auftragskopf oder darüber angebracht ist, und von dort die Walze an einer Zwischenstelle mit Luft und/oder Dampf beaufschlagt.
Der Auftrag des Dampfes und/oder der Luft erfolgt wie beschrieben auf das Beschichtungsmedium, während es sich auf der Walze befindet. Die Beaufschlagung erfolgt daher insbesondere in einem Bereich zwischen dem Auftragskopf und dem Behandlungsspalt. Es ist vorteilhaft, wenn zwischen dem Bereich, in dem Luft und/oder Dampf auf das Beschichtungsmedium auftrifft, und dem Behandlungsspalt ein Abstand vorgesehen ist. Dieser Abstand kann insbesondere mehr als 20mm betragen, beispielsweise 30mm, 40mm, 50mm, 60mm, 70mm, 80mm, 90mm oder sogar mehr als 100 mm. Dadurch kann zum einen sicher vermieden werden, dass der Dampf und/oder die Luft auf die laufende Bahn gelangen. Zum anderen werden dadurch zusätzliche Einbauten, wie zum Beispiel eine Haube zum Abschirmen des Applikators einfacher möglich.
Die Erfindung kann für eine Vielzahl von Beschichtungsmedien vorteilhaft eingesetzt werden. Da ein wichtiger Anwendungsfall jedoch der Stärkeauftrag ist, werden im Folgenden soweit nicht explizit anders erwähnt, die Begriffe Beschichtungsmedium, Medium und Stärke synonym verwendet.
Durch das Beaufschlagen des Beschichtungsmediums, also beispielsweise einer Stärkelösung mit Dampf und/ oder Luft lässt sich die Rheologie des Beschichtungsmediums sehr einfach und gezielt beeinflussen. So kann beispielsweise durch das Beaufschlagen mit heißem Dampf die Viskosität des Beschichtungsmediums gesenkt werden. Dieses geringer-viskose Medium kann dann im Behandlungsspalt tiefer in die Bahn eingepresst werden. Alternativ kann durch Kühlen des Mediums, beispielsweise mit Luft, auch die Viskosität des Mediums erhöht werden, wodurch das Beschichtungsmedium näher an der Oberfläche verbleibt.
Da auf der Walze nur ein sehr dünner Film des Beschichtungsmediums aufgetragen ist, kann die Temperatur dieses dünnen Films durch das Beaufschlagen mit Dampf oder Luft sehr schnell und einfach verändert werden. Somit kann sehr schnell und direkt z.B. auf zeitlich schwankende Eigenschaften der laufenden Bahn reagiert, und das Penetrationsverhalten angepasst werden. Mit der vorliegenden Erfindung kann dabei sofort, das heißt ohne zeitliche Verzögerung auf die Bahnschwankungen reagiert werden. Somit kann eine solche Vorrichtung aus im Rahmen einer Festigkeitsregelung Einsatz finden.
Auch auf unterschiedliche Eigenschaften über die Breite der Bahn kann so einfach reagiert werden. So unterscheiden sich Papierbahnen an den Rändern durch den Schrumpf bei der Trocknung deutlich von der Bahnmitte, wo die Bahn während der Trocknung kaum schrumpft. Mit einer Vorrichtung wie in der Erfindung vorgeschlagen kann das Beschichtungsmedium an den Rändern anders beaufschlagt werde, als in der Mitte. Es ist auch möglich, nur einen Teil der Bahnbreite mit Dampf/Luft zu beaufschlagen - beispielsweise nur die Ränder.
Über das Beaufschlagen mit Dampf kann auch der Feststoffgehalt der Stärkelösung gesteuert werden. Das Beaufschlagen mit Dampf führt durch Kondensation zu einer Zufuhr von Wasser zum Beschichtungsmedium. Durch Steigerung oder Verringerung der Dampfmenge lässt sich somit der Feststoffgehalt des Mediums sehr einfach und Effizient einstellen. Auch hier erlauben Ausführungen der vorliegenden Erfindung die gezielte räumliche und zeitliche Anpassung des Feststoffgehalts des Beschichtungsmediums direkt vor der Übertragung auf die Bahn und bieten Möglichkeiten für den Einsatz im Rahmen einer Regelung oder Steuerung.
Weiterhin ist an der vorgeschlagenen Lösung vorteilhaft, dass sie auch in bestehende Anlagen sehr einfach und kostengünstig nachgerüstet werden kann. Der Applikator kann in einfachen Fällen aus einem schlichten Rohr mit Düsenöffnungen bestehen. Da zur Versorgung einer Papiermaschine Dampf und Druckluft ohnehin vorhanden sind, kann eine einfache Ausführung der Erfindung mit extrem geringem Aufwand realisiert werden. Alternativ oder zusätzlich können aber auch komplexere Applikatoren verwendet werden, wie z.B. ein Dampfblaskasten, der exemplarisch in der DE 102015217375 beschrieben.
Es kann oft vorteilhaft sein, wenn das Beschichtungsmedium nur mit Dampf beaufschlagt wird. Alternativ kann das Beschichtungsmedium auch nur mit Luft beaufschlagt werden. In wieder anderen Ausführungen kann vorgesehen sein, das Beschichtungsmedium mit Dampf und mit Luft zu beaufschlagen. Dies kann separat geschehen, oder auch in Form eines Dampf-Luft-Gemisches.
Das Gegenelement kann auf verschiedenen Weisen realisiert sein. Es kann beispielsweise durch ein statisches Element oder durch ein Band -z.B. ein Polymerband oder ein Metallband- gebildet werden.
In bevorzugten Ausführungen kann das Gegenelement von einer zweiten Walze gebildet werden. Der Behandlungsspalt wird dann durch einen Walzenspalt gebildet. ln solchen Ausführungen kann es wiederum sehr vorteilhaft sein, wenn die Beschichtungsanlage einen zweiten Auftragskopf zum Aufträgen eines Beschichtungsmediums auf die zweite Walze aufweist.
Auf diese Weise kann das Beschichtungsmedium gleichzeitig auf beide Seiten der Bahn übertragen werden.
Es kann dabei insbesondere vorgesehen sein, dass in Drehrichtung der zweiten Walze betrachtet zwischen dem zweiten Auftragskopf und dem Behandlungsspalt ein zweiter Applikator angeordnet ist, um das Beschichtungsmedium auf der zweiten Walze mit Dampf und/oder Luft zu beaufschlagen.
Die für den (ersten) Applikator beschriebenen Ausführungsformen und Vorteile gelten - mutatis mutandis- auch für den zweiten Applikator. Prinzipiell können alle dem Fachmann bekannten Auftragsköpfe verwendet werden. Vorteilhafterweise kann es sich jedoch bei dem Auftragskopf und/oder dem zweiten Auftragskopf um einen berührungslosen Auftragskopf, insbesondere einen Vorhang oder Sprühauftragskopf handeln. Dabei kann vorteilhaft sein, dass diese Auftragsköpfe das Medium nicht im Überschuss auftragen, und daher keine Rakel zum Steuern der Auftragsmenge verwendet werden müssen. Diese Rakel können beispielsweise in Kombination mit sehr harten Walzenoberflächen einen starken Verschleiß aufweisen.
Vorteilhafterweise kann auch eine Haube vorgesehen sein, die den Applikator alleine oder zusammen mit dem Auftragskopf gegenüber der Umgebung abschirmt. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine zweite Haube vorgesehen sein, die den zweiten Applikator alleine oder zusammen mit dem zweiten Auftragskopf gegenüber der Umgebung abschirmt.
Deratige Hauben verhindern unter anderem ein Austreten des heißen Dampfes in die Umgebung und können aus Sicherheitsgründen notwendig sein. Zudem kann durch solche Hauben vermieden werden, dass durch austretenden Dampf oder Luft der Bahnlauf vor dem Behandlungsspalt gestört wird. ln einer besonders bevorzugten Ausführung können zwei harte Walzen vorgesehen sein. So kann es vorteilhaft sein, wenn die Oberfläche der Walze und/oder der zweiten Walze eine Härte von weniger als 15 P&J, insbesondere weniger als 5 P&J, bzw. weniger als 1 P&J aufweist. Da bei sehr harten Oberflächen die Angaben in P&J ungenau werden sei hier angeführt, dass die Oberfläche der Walze und/oder der zweiten Walze insbesondere auch eine Härte von 45 Shore D und mehr, insbesondere von mehr als 70 Shore D, bevorzugt zwischen 80 Shore D und 96 Shore D aufweisen können.
Wie bereits erwähnt, ist ein harter Behandlungsspalt generell vorteilhaft für das Penetrieren von Beschichtungsmedium. In einer Vorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung kann ein solcher harter Nip jedoch besonders wirkungsvoll sein, zum Beispiel durch die Kombination mit einer Erniedrigung der Viskosität des Mediums.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Walze oder die zweite Walze als Biegeausgleichswalze ausgeführt ist. Dadurch kann das Druckprofil im
Behandlungsspalt über die Breite verändert werden, was insbesondere in Kombination mit einer Anpassung der Eigenschaften des Behandlungsmediums (z.B. Viskosität oder Feststoffgehalt) durch die Beaufschlagung mit Dampf oder Luft eine sehr effiziente Steuerung des Penetrationsverhaltens des Beschichtungsmediums ermöglicht. Eine der Walzen, insbesondere eine Biegeausgleichswalze, kann als Keramikwalze ausgeführt sein.
Weiterhin kann einer der beiden Walzen als Komposite-Walze ausgeführt sein. Betrachtet man die Durchmesser der Walzen, so kann es -speziell bei harten Walzen- zur Vermeidung von Vibrationen vorteilhaft sein, einen eher großen
Walzendurchmesser zu wählen.
Andererseits ist es zur Erzeugung eines kurzen, starken Druck-Peaks im Behandlungsspalt vorteilhaft, wenn die Durchesser der Walzen eher klein sind. Dabei kann es einen guten Kompromiss darstellen, wenn die Walze und die zweite Walze einen Durchmesser zwischen 920mm und 1280mm, insbesondere zwischen 1040mm und 1120mm aufweisen. Wenn sich zudem der Durchmesser der Walze und der zweiten Walze um mehr als 3%, aber weniger als 20% unterscheiden lässt sich die Vibrationsneigung häufig noch weiter reduzieren.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Beschichtung einer laufenden Bahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn mit einem Beschichtungsmedium, wobei das Beschichtungsmedium mittels eines Auftragskopfes auf die Oberfläche einer Walze aufgetragen, und anschließen in einem Behandlungsspalt von der Walze auf die Bahn übertragen wird. Dabei ist vorgesehen, dass das Beschichtungsmedium zwischen dem Aufträgen auf die Walze und der Übertragung auf die Bahn mit Dampf und/oder Luft beaufschlagt wird.
In bevorzugten Ausführungen kann es sich bei dem Beschichtungsmedium um eine Stärkelösung handeln.
Vorteilhafterweise können der Dampf und/oder die Luft beim Beaufschlagen eine höhere Temperatur aufweisen, als das Beschichtungsmedium. Durch das Beaufschlagen mit Luft/Dampf erhöht sich dann die Temperatur des Beschichtungsmediums, wodurch sich dessen Viskosität erniedrigt. Gerade bei der Verwendung von Dampf ist dies auch sehr einfach möglich. Hier ist üblicherweise die Temperatur des Dampfes sehr viel höher, als die Temperatur des Beschichtungsmediums. Die Temperaturdifferenz zwischen Beschichtungsmedium kann beispielsweise mehr als 20°C, speziell mehr als 30°C oder mehr als 40°C betragen. Eine hohe Dampftemperatur hat den Vorteil, dass zur Erhöhung der Temperatur des Beschichtungsmediums weniger Dampf eingesetzt, und damit auch weniger zusätzliche Feuchtigkeit in das Beschichtungsmedium eingebracht wird. Weiterhin kann es im Hinblick auf die Senkung der Viskosität vorteilhaft sein, wenn sich die Temperatur des Beschichtungsmediums durch das Beaufschlagen mit Dampf und/oder Luft um mindestens 3°, insbesondere um 5° bis 20° erhöht. Mit den beschriebenen Verfahren kann sowohl auf eine Seite der Bahn, oder auch auf beide Seiten der Bahn gleichzeitig ein Beschichtungsmedium insbesondere dasselbe Beschichtungsmedium aufgetragen werden.
Beim beidseitigen Auftrag kann das Beschichtungsmedium der zweiten Seite entweder konventionell aufgebracht werden, oder in analoger Weise zwischen dem Aufträgen auf die Walze und der Übertragung auf die Bahn mit Dampf und/oder Luft beaufschlagt werden.
Anhand von nicht maßstäblichen Figuren wird die vorliegende Erfindung weiter erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die hier gezeigten Ausführungen beschränkt.
Figur 1 zeigt eine Beschichtungsanlage gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Figur 2 zeigt eine Beschichtungsanlage gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Die in Figur 1 gezeigte Beschichtungsanlage weist dabei eine Walze 1 sowie eine zweite Walze 2 als Gegenelement 2 auf, die so angeordnet sind, dass gemeinsam einen Behandlungsspalt 7 bilden. Weiterhin ist ein Auftragskopf 3 zum Aufträgen eines Beschichtungsmediums auf die Walze 1 vorgesehen. Der Auftragskopf 3 kann dabei vorteilhafterweise ein berührungsloser Auftragskopf 3, insbesondere ein Vorhangauftragskopf 3 oder Sprühauftragskopf sei. Prinzipiell kann aber jeder Auftragskopf 3 verwendet werden. In vorteilhaften Ausführungen kann es sich bei dem Beschichtungsmedium um eine Stärkelösung handeln. In Drehrichtung der Walze 1 betrachtet ist zwischen dem Auftragskopf 3 und dem Behandlungsspalt 7 ein Applikator 5 angeordnet. Dieser Applikator 5 ist dazu ausgelegt, um das Beschichtungsmedium auf der Walze 1 mit Dampf und/oder Luft zu beaufschlagen. Der Applikator 5 kann in einfachen Fällen aus einem schlichten Rohr mit Düsenöffnungen bestehen. Da zur Versorgung einer Papiermaschine Dampf und Druckluft ohnehin vorhanden sind, kann eine einfache Ausführung der Erfindung mit extrem geringem Aufwand realisiert werden. Alternativ kann der Applikator 5 aber auch komplexer ausgeführt sein, z.B. in Form eines Dampfblaskastens 5. Ein solcher Applikator 5 ermöglicht dann beispielsweise auch eine unterschiedliche Beaufschlagung mit Dampf über die Breite der Bahn 10.
Ist die Temperatur der Luft oder des Dampfes höher als die des Beschichtungsmediums erhöht sich die Temperatur des Mediums, wodurch die Viskosität reduziert wird. Dieses geringer-viskose Medium kann dann im Behandlungsspalt 7 tiefer in die Bahn 10 eingepresst werden. Alternativ kann durch Kühlen des Mediums, beispielsweise mit Luft, auch die Viskosität des Mediums erhöht werden, wodurch das Beschichtungsmedium näher an der Oberfläche der Bahn 10 verbleibt. In Figur 1 ist eine mögliche Ausführung Beschichtungsvorrichtung zum beidseitigen Auftrag von Beschichtungsmedium gezeigt. Dabei ist ein zweiter Auftragskopf 4 vorgesehen, der ein Beschichtungsmedium auf die Oberfläche der zweiten Walze 2 aufträgt. Dieses Beschichtungsmedium - bei dem es sich um das gleiche Beschichtungsmedium, wie für die erste Seite handeln kann, aber nicht muss- wird dann auch im Behandlungsspalt 7 auf die Bahn übertragen. Auch hier ist wieder ein zweiter Applikatore vorgesehen, um das Beschichtungsmedium auf der zweiten Walze 2 mit Dampf und/oder Luft zu beaufschlagen. Bezüglich der Ausgestaltung des zweiten Auftragskopfs 5 sowie des zweiten Applikators 6 gilt auch das oben für den Auftragskopf 3 und den Applikator 5 gesagte. Je nach Anwendung sind hier verschiedenen Ausführungen denkbar. So können der zweite Auftragskopf 4 und der zweite Applikator 6 und/oder der Applikator 5 und der zweite Applikator 6 identisch ausgeführt sein. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn auf beide Seiten der Bahn 10 das gleiche Beschichtungsmedium mit dem gleichen Ziel aufgetragen wird, z.B. das tiefe Eindringen in die Bahn 10 zur Festigkeitssteigerung. Alternativ können auf beiden Seiten aber unterschiedliche Medien aufgetragen und/oder unterschiedliche Ziele verfolgt werden.
So ist es beispielsweise auch möglich, dass der Applikator 5 das Beschichtungsmedium mit heißen Dampf beaufschlagt, um durch Viskositätssenkung ein tiefes Eindringen z.B. der Stärke in die Bahn zu bewirken, während der zweite Applikator 6 das Medium auf der zweiten Walze 2 mit kalter Luft beaufschlagt, um das Medium gerade eher an der Oberfläche zu halten. Auf diese Weise lässt sich in einem Behandlungsschritt sowohl die Festigkeit der Bahn 10 steigern als auch eine der Oberseiten veredeln.
Bei der Ausführung in Figur 1 ist eine Flaube 8 vorgesehen, die den Applikator 5 zusammen mit dem Auftragskopf 3 gegenüber der Umgebung abschirmt. Eine analoge Flaube 9 ist für den zweiten Applikator 6 und den zweiten Auftragskopf 4 vorgesehen. Diese Flauben 8, 9 sind zwar nicht zwingend erforderlich, können jedoch für eine stabile Beschichtung vorteilhaft oder aus Sicherheitsgründen notwendig sein. Es ist auch möglich, die Flauben 8, 9 so auszugestalten, dass lediglich der Applikator 5 bzw. der zweite Applikator 6 von der Flaube umfasst wird, nicht aber der Auftragskopf 3 bzw. der zweite Auftragskopf 4.
Bei der Ausgestaltung der Walzen 1, 2 hat der Fachmann sehr große Freiheiten. Prinzipiell können alle für Beschichtungsanlagen üblichen Walzentypen verwendet werden.
Um speziell ein tiefes Eindringen von Beschichtungsmedium in die Bahn 10 zu unterstützen kann es vorteilhaft sein, Walzen mit harten Oberflächen zu verwenden, so dass beispielsweise sowohl die Walze 1 als auch die zweite Walze 2 Oberflächenhärten von 45 Shore D und mehr, insbesondere von mehr als 70 Shore D, bevorzugt zwischen 80 Shore D und 96 Shore D aufweisen.
Walzen 1, 2 für übliche Beschichtungsanlagen mit Durchmessern bis zu 200 cm und mehr können auch für Beschichtungsvorrichtungen wie in Figur 1 verwendet werden. Sehr vorteilhaft - insbesondere in Kombination mit den oben beschriebenen harten Oberflächen- kann es jedoch sein, wenn die Walze 1 und die zweite Walze 2 einen Durchmesser zwischen 920mm und 1280mm, insbesondere zwischen 1040mm und 1120mm aufweisen. Dabei unterscheidet sich der Durchmesser der Walze 1 und der zweiten Walze 2 vorteilhafterweise um mehr als 3%, aber weniger als 20%.
Bei der Verwendung von verhältnismäßig kleinen und harten Walzen 1, 2 ist der Behandlungsspalt 7 sehr kurz, und das Beschichtungsmedium wird mit einem kurzen aber starken Druckpuls auf die Bahn 10 übertragen. Dadurch kann besonders das Penetrieren des Beschichtungsmediums in die Tiefe der Bahn 10 unterstützt werden.
Figur 2 zeigt exemplarisch eine Beschichtungsvorrichtung zum einseitigen Beschichten. Sie unterscheidet sich von der in Figur 1 gezeigten Ausführung dadurch, dass die zweite Walze 2 nun lediglich als Gegenwalze 2 fungiert. Zudem ist der Auftragskopf 3 zum Aufträgen des Beschichtungsmediums als Sprühauftragskopf 3 ausgeführt. Schließlich zeigt die Figur 2 auch noch, dass gegebenenfalls auf eine Haube 8, 9 verzichtet werden kann. Dies zeigt die große Flexibilität und Vielfalt, die mit Ausführungen gemäß Aspekten dieser Erfindung realisiert werden können.
Bezugszeichenliste
1 Walze
2 zweite Walze 3 Auftragskopf
4 zweiter Auftragskopf
5 Applikator
6 zweiter Applikator
7 Behandlungsspalt 8 Haube
9 zweite Haube
10 Bahn

Claims

Patentansprüche
1. Beschichtungsanlage zur Beschichtung einer laufenden Bahn (10), insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn (10) mit einem Beschichtungsmedium, umfassend eine Walze (1 ) und einen Auftragskopf (3) zum Aufträgen des Beschichtungsmediums auf die Walze (1), sowie einen Behandlungsspalt (7) zum Übertragen des Beschichtungsmedium von der Walze (1 ) auf die Bahn (10), wobei der Behandlungsspalt (7) durch die Walze (1) und ein Gegenelement (2) gebildet, dadurch gekennzeichnet, dass in Drehrichtung der Walze (1) betrachtet zwischen dem Auftragskopf (1) und dem Behandlungsspalt (7) ein Applikator (5) angeordnet ist, um das Beschichtungsmedium auf der Walze (1) mit Dampf und/oder Luft zu beaufschlagen.
2. Beschichtungsanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement (2) von einer zweiten Walze (2) gebildet wird.
3. Beschichtungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsanlage einen zweiten Auftragskopf (4) zum Aufträgen eines Beschichtungsmediums auf die zweite Walze (2) aufweist.
4. Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Drehrichtung der zweiten Walze (2) betrachtet zwischen dem zweiten Auftragskopf (4) und dem Behandlungsspalt (7) ein zweiter Applikator (6) angeordnet ist, um das Beschichtungsmedium auf der zweiten Walze (2) mit Dampf und/oder Luft zu beaufschlagen.
5. Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Auftragskopf (3) und/oder dem zweiten Auftragskopf (4) um einen berührungslosen Auftragskopf, insbesondere einen Vorhang- oder Sprühauftragskopf (3, 4) handelt.
6. Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Haube (8) vorgesehen ist, die den Applikator (5) alleine oder zusammen mit dem Auftragskopf (3) gegenüber der Umgebung abschirmt.
7. Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Haube (9) vorgesehen ist, die den zweiten Applikator (6) alleine oder zusammen mit dem zweiten Auftragskopf (4) gegenüber der Umgebung abschirmt.
8. Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Walze (1) und/oder der zweiten Walze (2) eine Härte von 45 Shore D und mehr, insbesondere von mehr als 70 Shore D, bevorzugt zwischen 80 Shore D und 96 Shore D aufweist.
9. Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (1) oder die zweite Walze (2) als Biegeausgleichswalze ausgeführt ist.
10. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die andere der beiden Walzen (2, 1 ) als Komposite-Walze ausgeführt ist.
11. Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (1) und die zweite Walze (2) einen Durchmesser zwischen 920mm und 1280mm, insbesondere zwischen 1040mm und 1120mm aufweisen und/oder sich der Durchmesser der
Walze (1) und der zweiten Walze (2) um mehr als 3%, aber weniger als 20% unterscheiden.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Bereich, in dem die Luft und/oder der Dampf auf das Beschichtungsmedium auftrifft, und dem Behandlungsspalt (7) ein Abstand vorgesehen ist, wobei dieser Abstand insbesondere 20mm oder mehr beträgt.
13. Verfahren zur Beschichtung einer laufenden Bahn (10), insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn (10) mit einem Beschichtungsmedium, wobei das Beschichtungsmedium mittels eines Auftragskopfes (3) auf die Oberfläche einer Walze (1) aufgetragen, und anschließen in einem Behandlungsspalt (7) von der Walze (1) auf die Bahn übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmedium zwischen dem Aufträgen auf die Walze (1) und der Übertragung auf die Bahn (10) mit Dampf und/oder Luft beaufschlagt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf und/oder die Luft beim Beaufschlagen eine höhere Temperatur aufweisen, als das Beschichtungsmedium.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Temperatur des Beschichtungsmediums durch das Beaufschlagen mit Dampf und/oder Luft um mindestens 3°, insbesondere um 5° bis 20° erhöht.
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