EP4635633A1 - Auftragsvorrichtung, filmauftragswerk und verfahren - Google Patents

Auftragsvorrichtung, filmauftragswerk und verfahren

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Publication number
EP4635633A1
EP4635633A1 EP25167899.1A EP25167899A EP4635633A1 EP 4635633 A1 EP4635633 A1 EP 4635633A1 EP 25167899 A EP25167899 A EP 25167899A EP 4635633 A1 EP4635633 A1 EP 4635633A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
application
guide element
application device
nozzle
spray
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP25167899.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Benjamin Méndez-Gallon
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 EP4635633A1 publication Critical patent/EP4635633A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02—Spray pistols; Apparatus for discharge
    • B05B7/08—Spray pistols; Apparatus for discharge with separate outlet orifices, e.g. to form parallel jets, i.e. the axis of the jets being parallel, to form intersecting jets, i.e. the axis of the jets converging but not necessarily intersecting at a point
    • B05B7/0807—Spray pistols; Apparatus for discharge with separate outlet orifices, e.g. to form parallel jets, i.e. the axis of the jets being parallel, to form intersecting jets, i.e. the axis of the jets converging but not necessarily intersecting at a point to form intersecting jets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B12/00—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area
    • B05B12/16—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area for controlling the spray area
    • B05B12/32—Shielding elements, i.e. elements preventing overspray from reaching areas other than the object to be sprayed
    • 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
    • D21H23/50—Spraying or projecting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02—Spray pistols; Apparatus for discharge
    • B05B7/025—Nozzles having elongated outlets, e.g. slots, for the material to be sprayed

Definitions

  • liquid starch solutions or low-viscosity liquids For applying liquid starch solutions or low-viscosity liquids to a substrate, it is known to spray the coating medium in the form of a fine spray directly onto the substrate, or to spray it indirectly onto an application roller and from there to transfer it to the substrate.
  • Single-component spray-generating principles use only the liquid to be atomized and generate the spray by accelerating thin liquid jets produced by suitable fine nozzles.
  • the acceleration of the liquid is generated by a high pressure difference at the outlet of the spray nozzle channel. Due to the sharp increase in velocity, the fine liquid threads break down into fine droplets. The higher the acceleration, the finer the generated spray.
  • Multi-component spray-generating principles use at least one other substance (e.g. gases or other liquids) and pressure to accelerate the liquid to be atomized.
  • substance e.g. gases or other liquids
  • Secondary spray consists of the remaining portion of the spray that is not transferred to the substrate or surface.
  • An optimal spray transfer rate of 100% is generally not achievable.
  • Reasons for this include the geometry of the spray curtain or spray cone used, an unfavorable impact angle relative to the surface, and thus reflection of the spray during spray transfer.
  • state-of-the-art extraction systems or devices are used to capture, filter, or separate these fine liquid droplets.
  • Vacuum chambers, cyclones, centrifuges, electrostatic precipitators, etc. are some of the devices used for this purpose.
  • Such a system is used, for example, in the EP3332955 B1 described.
  • the object of the invention is to propose an application device that enables a stable spray application, in particular a spray application of starch, in a simple and cost-effective manner.
  • a further object of the invention is to reduce the tendency of the application device to become dirty.
  • Proposed is an application device for applying a coating medium to a moving surface, in particular to a moving surface in a machine for producing or processing a fibrous web.
  • the application device comprises an application nozzle configured to spray the coating medium onto the moving surface in the form of a spray curtain, the spray curtain extending across the entire application width of the application device.
  • the application device has a first guide element for guiding air flows, which extends over the entire application width of the application device and which is arranged on a first side of the application nozzle in the immediate vicinity of the nozzle outlet of the application nozzle, wherein the first guide element is curved or angled.
  • the application device has a second guide element for guiding air flows, which extends over the entire application width of the application device and which is arranged on a second side of the application nozzle in the immediate vicinity of the nozzle outlet of the application nozzle, wherein the second guide element is curved or angled, and wherein the second guide element is arranged on a different side of the application nozzle than the first guide element.
  • the coating medium can be a liquid or pasty coating medium, or a dry powder or fiber-containing medium.
  • the coating medium can preferably be a starch solution, but can also be a coating color, a barrier medium, or another suitable medium.
  • the moving surface intended for the application of the coating medium can be realized in particular in the form of a moving paper web (direct application) or in the form of a transfer surface, e.g. a transfer roller (indirect application).
  • the speed of the running surface essentially corresponds to the production speed and can, for example, in modern paper machines, be 1000 m/min and more, in particular 1200 m/min, 1400 m/min, 1600 m/min up to 2000 m/min or more.
  • the application of the spray curtain to the moving surface creates two sides of the application nozzle: one side is in front of the application area of the spray curtain in the direction of travel of the surface, and another side is after the application area of the spray curtain. These sides are referred to below when referring to a "first side” or a "second side” of the application nozzle. Unless otherwise stated, the first side can be located either before or after the application area. The second side is then the side that is not the first side.
  • the spray curtain After leaving the application nozzle, the spray curtain expands into a spray wedge until it reaches the moving surface.
  • the opening angle of this spray wedge is determined primarily by the size of the nozzle gap, the shape, sharpness, and geometry of the nozzle end edges, and the velocity of the escaping gas. (In this application, the spray wedge is sometimes referred to as a spray cone, although this is not a cone in the mathematical sense.)
  • the fine spray droplets are slowed down slightly by air friction and thus deflected slightly outward.
  • the high velocity of the spray droplets (which can range from 5 m/s to over 10 m/s to over 18 m/s) generates negative pressure effects that accelerate the surrounding air, causing it to travel with the spray flow. This creates turbulent circulation zones around the spray curtain or spray cone, deflecting more spray droplets outward. This process enhances the formation of secondary spray.
  • the secondary spray that is not transferred to the moving surface can accumulate uncontrollably on machine parts and the application device itself, causing contamination.
  • the turbulent flows can affect the spray curtain itself, thereby impairing the application result.
  • a guide element is provided in an application device according to aspects of the invention.
  • This guide element is positioned in the immediate vicinity of the nozzle outlet and is curved or angled.
  • a guide element can be provided on each side of the nozzle.
  • Such a guide element works in two ways. First, its mere existence shields the area around the nozzle outlet from turbulence or air currents, preventing secondary spray from accumulating directly on the application nozzle. This prevents contamination of the application nozzle and thus disruption of the spray curtain.
  • the curved or angled shape introduced within the scope of the invention also makes it possible to specifically direct the air currents and, in particular, to keep them away from the spray curtain. This also makes it possible to significantly reduce the formation of secondary spray or to direct the secondary spray in such a way that it does not flow into the area surrounding the machine or accumulate on neighboring components.
  • the effect of avoiding or reducing secondary spray is also based on the fact that the resulting secondary spray can be reoriented back to the primary spray by the guiding elements or is directed in a spatial direction in which it cannot produce any negative effects.
  • both guide elements can be designed with convex or concave curvature. It is also possible for one guide element to be convex and the other concave or angled.
  • a guide element is to be understood as a curved guide element even if the guide element may also have a certain non-curved area outside the curved zone, which does not serve to guide the flow but, for example, to secure the guide element.
  • the first guide element and/or the second guide element can in particular have a distance of less than 40 mm, in particular between 0 mm and 30 mm, from the outlet of the application nozzle.
  • a distance of 0 mm means that the guide element touches the application nozzle and, if applicable, is also connected to it. In the case of a contacting guide element, contamination of the application nozzle can be avoided very effectively. However, in some applications this may not be possible or desired, so that the guide element is arranged at a certain distance from the application nozzle.
  • a distance of more than 30 mm or more than 40 mm is often too large, so that the desired effect of the guide elements can only be achieved to a very limited extent.
  • the resulting Venturi effect which occurs at this gap between the guide element and the air nozzle outlet opening, can be positive and be used profitably so that the tip of the application nozzle is efficiently and safely protected from contamination with secondary spray.
  • the skilled person has freedom to adapt it to the current geometry of the device and the prevailing flow conditions. It will usually be advantageous if the first guide element and/or the second guide element have radii of curvature between 2 mm and 40 mm, preferably less than 20 mm.
  • the guide element can be designed in the shape of a circular arc and have a single radius of curvature. Alternatively, the radius of curvature can also vary over the course of the guide element.
  • the arc length of the guide elements can be varied.
  • a cylindrical element with an arc length of 360° is advantageous.
  • the arc length of the first guide element and/or the second guide element can be between 20° and 120°, preferably between 30° and 90°.
  • the size of the angle can be, for example, between 45° and 135°, in particular between 90° and 135°.
  • the inventor has recognized that it is advantageous if the second guide element differs from the first guide element in shape and/or size and/or distance from the application nozzle.
  • the formation of the secondary spray also varies.
  • the coating medium hits the moving surface, it is accelerated tangentially toward the moving surface.
  • the portion of the coating medium that is not transferred to the moving surface moves away from the surface approximately tangentially in the direction of movement. Experimentally, this can be observed as a thin jet of secondary spray.
  • the flow conditions on the two sides of the application nozzle will differ, making it advantageous to adapt the guide elements to these flow conditions by different shapes and/or sizes and/or spacing.
  • the application nozzle is arranged such that the spray curtain hits the moving surface at an angle of 55° or less, for example 45° or less, preferably 40° or less, particularly preferably 35° or less.
  • the angle of impact can be considered the angle formed by an imaginary line in the center of the spray cone with the tangent of the moving surface.
  • the spray cone should ideally be directed against the direction of the moving surface.
  • the secondary spray can be avoided, directed and controlled particularly effectively.
  • the application nozzle can be implemented in various ways.
  • the application nozzle can comprise a fluid head, which is designed to produce a film of coating medium and the application nozzle further comprises a blow head which is designed to produce a linear jet of gaseous medium, wherein the jet of gaseous medium impacts the film of coating medium at the nozzle outlet to form a spray curtain.
  • the gaseous medium can be air.
  • Such application nozzles can be designed in such a way that the film of coating medium is guided onto the wall of the application nozzle before the jet of gaseous medium impacts.
  • a film application unit for applying a liquid or pasty coating medium to a fibrous web comprising a first application roller and a second application roller, which form a transfer nip through which the fibrous web is guided, wherein the film application unit comprises a first application device for applying a coating medium to the first application roller and/or a second application device for applying a coating medium to the second applicator roller.
  • the first applicator or the second applicator is designed according to aspects of the present invention. In advantageous embodiments, both applicators can also be designed according to aspects of the present invention.
  • One or both application rolls may have a roll hardness of 10 P&J or more, especially 20 P&J or more. Such rolls are more commonly referred to as soft rolls.
  • rollers it is also possible for one or both rollers to have a hardness of less than 10 P&J, particularly above 50 ShoreD and above 60 ShoreD or above 70 ShoreD. Such rollers are referred to as hard rollers.
  • a film applicator with two hard rollers (in this sense) is used to apply starch solution, it is referred to as a hard-nip sizer.
  • Application devices according to aspects of the present invention are particularly suitable for such a hard-nip sizer, since the application of the coating medium to the rollers is contactless, i.e., without the use of doctor elements that are in contact with the moving surface.
  • the coating medium can, in particular, be a starch solution or another suitable coating medium.
  • Figure 1 shows a state-of-the-art application nozzle
  • the Figures 2 to 5 each show an application nozzle according to an aspect of the present invention.
  • Figure 1 shows an application nozzle 1 with a fluid head 2, which is designed to produce a film of coating medium 15.
  • the application nozzle 1 further has a blow head 3, which is designed to produce a linear jet of gaseous medium 6, which impacts the film 15 of coating medium at the nozzle outlet 1a, thereby forming a spray curtain 5.
  • the blow head 3 is designed as a slot nozzle.
  • the coating medium is applied to the moving surface 4.
  • the spray curtain 5 extends over the entire application width, for example over the entire width of the fibrous web to be coated.
  • Such application nozzles 1 are known per se from the prior art.
  • the spray curtain 5 After leaving the application nozzle 1, the spray curtain 5 expands into a spray wedge 5 until it reaches the moving surface 4.
  • the opening angle of this spray wedge 5 is determined in particular by the size of the nozzle gap, the shape, sharpness, and geometry of the nozzle end edges at the nozzle outlet 1a, and the velocity of the escaping gas 6.
  • the fine spray droplets are slightly slowed down by air friction and thus deflected slightly outward. This creates a secondary spray 8.
  • the high velocity of the spray droplets (which can be up to 18 m/s or more) generates negative pressure effects that accelerate the surrounding air, causing it to travel with the spray flow. This creates turbulent circulation zones 7 in the vicinity of the spray curtain 5 or the spray cone 5, so that more spray droplets are deflected outward. This process intensifies the formation of the secondary spray 8.
  • Figure 2 an application nozzle 1 according to one aspect of the invention. It differs from the nozzle in Figure 1 in that a first guide element 11 is provided for guiding air flows 7, which extends over the entire application width of the application device, and which is arranged on a first side of the application nozzle in the immediate vicinity of the nozzle outlet 1a of the application nozzle 1.
  • the first guide element 11 is curved here, in particular concave.
  • a second guide element 12 is provided for guiding air flows 7, which extends over the entire application width of the application device, and which is arranged on a second side of the application nozzle 1 in the immediate vicinity of the nozzle outlet 1a.
  • the second guide element 12 is also Figure 2 curved, in particular concave, and is located on the other side of the application nozzle 1 than the first guide element 11.
  • the first guide element 11 is arranged on the side after the impact area of the spray curtain 5 on the running surface 4, and the second guide element 12 on the side in front of the impact area.
  • the resulting Venturi effect which occurs at this gap between guide element 11, 12 and air nozzle outlet opening 1a, can be used, so that the tip of the spray nozzle is efficiently and safely protected from contamination with secondary spray.
  • an optional housing 20 may be provided, which is preferably designed such that a completely or largely enclosed application space is formed by the running surface 4, the guide elements 11, 12, the application nozzle 1 and the housing 20. This also serves the purpose of preventing contamination by the secondary spray on the system or the application nozzle 1. Depending on the design of the guide elements 11, 12, this housing 20 may be omitted.
  • discharge channels 21 are provided in the housing 20 shown in order to be able to discharge coating medium that should be deposited on this housing 20 for further use.
  • Housings 20 of this type can, even if not explicitly mentioned, be provided and advantageous in all application devices according to aspects of the invention.
  • first guide element 11 and/or the second guide element 12 are attached directly to the housing 20, or as an integral part of this Housing 20. This simplifies the assembly of the guide elements and can also provide advantages in terms of manufacturing technology.
  • these guide elements 11, 12 are not permanently connected to the housing 20. This is particularly advantageous when a sensitive and precise adjustment of the guide elements 11, 12 is necessary to achieve optimal flow guidance of the flows 7. In this case, it is advantageous if the guide elements 11, 12 are not permanently connected to the housing and, if applicable, also not to the application nozzle 1.
  • Figure 3 shows an application nozzle 1 according to a further aspect of the invention. It differs from the device of Figure 2 This is due to the fact that the first guide element 11 is not concave, but convex in the shape of a cylinder.
  • the first guide element 11 acts by combining the flow effects of the fluid mechanics of air and spray in conjunction with suitable geometries in the application zone to generate targeted flow effects for the return of secondary spray 8.
  • the Coanda effect C occurs wherever a flow flows over a curved surface.
  • the curvature of a surface creates a vertical pressure gradient on a flow tangential to the curved surface, so that the air flow is deflected in the direction of the curvature.
  • the Magnus effect (M) is a fluid mechanics phenomenon and describes the shear force (force) experienced by a rotating, round body (cylinder or sphere) in a flow.
  • force shear force
  • the Magnus effect arises because, with a rotating surface, boundary layer separation occurs later on one side of the rotating body, namely the side where the flow is aligned with the direction of rotation of the curved body. This gives the flow momentum toward the side of the body rotating opposite the flow.
  • the counterforce to this is the lateral deflection force of the curved body.
  • the secondary spray 8 is returned to the spray generation zone of the application nozzle 1 so that the secondary spray 8 can mix with the primary spray and be reapplied to the moving surface 4.
  • the portion of very fine secondary spray 8 that can pass through or overcome the gap between the guide element 11 and the moving surface 4 is transported further to the moving surface 4 by the Coanda effect C until the Magnus effect M initiates boundary layer separation.
  • the distance between the first guide element 11 and the outlet 1a of the application nozzle 1 will often be somewhat greater than with concave guide elements. However, a distance of 40 mm, preferably 30 mm, should not be exceeded.
  • the application nozzle 1 shown essentially corresponds to the one shown in Figure 2
  • the difference lies in the arrangement of the application nozzle 1 relative to the running surface, or rather the angle of incidence ⁇ of the spray curtain 5 on the running surface 4.
  • the spray curtain 5 in Figure 2 perpendicular to the running surface 4
  • the nozzle 1 is in Figure 4 inclined so that the spray curtain impacts at a smaller angle ⁇ .
  • the impact angle is advantageously less than 45°, preferably less than 40°, in particular 35° and less.
  • the angle of impact can be considered to be the angle ⁇ that an imaginary line in the center of the spray cone 5 describes with the tangent of the running surface 5.
  • the spray cone 5 is advantageously directed against the running direction B of the moving surface 4.
  • the coating medium 5 impacts the moving surface 4, the coating medium is accelerated tangentially in the direction of the moving surface.
  • the part of the coating medium that is not transferred to the surface is reflected and moves approximately tangentially away from the surface in the direction of movement B of the surface 4. If the spray curtain 5 is directed against the running direction B of the moving surface 4, the reflected part is moved back in the direction of the spray curtain 5 and can, in particular in combination with a flat impact angle ⁇ , be at least partially absorbed again by this spray curtain 5.
  • the Figure 5 The version shown is similar to that of Figure 4 However, the application device here has only a first guide element 11.
  • This guide element 11 is designed as an angled guide element 11.
  • the angle ⁇ of the angled guide element 11 can in particular be between 45° and 135°.

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  • Coating Apparatus (AREA)

Abstract

Auftragsvorrichtung zum Auftragen eines flüssigen oder pastösen Beschichtungsmediums auf eine laufende Oberfläche, insbesondere auf eine laufende Oberfläche in einer Maschine zur Herstellung oder Verarbeitung einer Faserstoffbahn, wobei die Auftragsvorrichtung eine Auftragsdüse umfasst, welche dazu eingerichtet ist, das Beschichtungsmedium in Form eines Sprühvorhangs auf die laufende Oberfläche, zu sprühen, wobei sich der Sprühvorhang über die gesamte Auftragsbreite der Auftragsvorrichtung erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsvorrichtung ein erstes Leitelement zum Leiten von Luftströmungen aufweist, welches sich über die gesamte Auftragsbreite der Auftragsvorrichtung erstreckt, und welches auf einer ersten Seite der Auftragsdüse in unmittelbare Nähe zum Düsenausgang der Auftragsdüse angeordnet ist, wobei das erste Leitelement gekrümmt ausgeführt ist. Dazu Filmauftragswerk und Auftragsverfahren.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Auftragsvorrichtung zum Auftragen eines Beschichtungsmediums auf eine laufende Oberfläche gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein zugehöriges Auftragsverfahren und ein Filmauftragswerk.
  • Zum Auftragen von flüssigen Stärke-Lösungen oder von niedrig viskösen Flüssigkeiten auf ein Substrat ist es bekannt, das Beschichtungsmedium in Form eines feinen Sprays direkt auf das Substrat zu sprühen, oder indirekt erst auf eine Auftragswalze zu sprühen, und von dort auf das Substrat zu übertragen.
  • Derartige Auftragsverfahren sind beispielsweise in den Schriften DE102022105518 A1 , DE202015009603 U1 oder EP3332955 B1 beschrieben.
  • Dabei existieren verschiedene Arten von Sprays, die sich durch die Größe der zerstäubten Flüssigkeitstropfen unterscheiden: grobe Sprays, mittel feine Spray, feine Sprays und Nebel-Spray.
  • Verschiedene physikalischen Prinzipien werden zum Erzeugen von Spray angewendet.
  • Einstoff-Spray-generierenden Prinzipien verwenden nur die zu zerstäubende Flüssigkeit und erzeugen den Spray durch Beschleunigung von mit geeigneten feinen Düsen hergestellten dünne Flüssigkeitstrahlen. Die Beschleunigung der Flüssigkeitwird durch eine hohe Druckdifferenz am Ausgang der Sprühdüse-Kanal generiert. Durch die starke Geschwindigkeitszunahme zersetzen sich die feinen Flüssigkeitsfäden in feine Tropfen. Je höher die Beschleunigung, umso feiner wird der generierte Spray.
  • Durch spezielle Merkmalen in der Geometrie der Düsenöffnung kann die Form der Spray-Strömung oder entstehenden Sprühvorhang beeinflusst werden. Üblicherweise entsteht eine dreieckige oder eine dreidimensionale kegelige Spray-Geometrie.
  • Weitere Einstoff-Spray-generierende Verfahren nutzen zentrifugal-Kräfte zum Beschleunigen der Flüssigkeit für das Erzeugen von Spray.
  • Mehrstoff Spray-generierende Prinzipien verwenden mindesten einen weiteren Stoff (bspw. Gase oder andere Flüssigkeiten) und Druck, um die zu zerstäubenden Flüssigkeit zu beschleunigen.
  • Eine der Herausforderungen bei der Herstellung und Applizieren von Spray ist das Vermeiden bzw. Kontrollieren von Sekundär Spray. Sekundär Spray besteht aus dem restlichen Anteil des Sprays, der nicht auf das Substrat bzw. die Oberfläche übertragen wird. Eine optimale Spray-Übertragungsrate von 100 % kann in der Regel nicht erreicht werden. Gründe dafür sind unter anderen die verwendete Geometrie des Sprühvorhangs oder des Sprühkegels, ein ungünstiger Auftreffwinkel relativ zur Oberfläche und somit Reflektion von Spray während der Sprayübertragung.
  • Weitere Grunde für die Entstehung von Sekundärspray sind ablenkende Luftströmungen, die durch Unterdruckeffekte oder Turbulenz-Effekte in der Nachbarschaft der Spray-Strömung vorkommen ( Bernoulli- bzw. Venturi Effekte oder Coanda-Effekte, Fremdströmungen, etc..)
  • Sekundär Spray stellt ein Problem dar, da diese Spray-Strömungen schwer beherrschbar sind und zu Verschmutzung und Kontamination der Umgebung der Maschine führen.
  • Um den Sekundär-Spray abzufangen und unschädlich zu machen, werden nach den aktuellen Stand der Technik Absauganlagen bzw. Systeme oder Vorrichtungen zum Abfangen, Filtrieren oder Ausscheiden dieser feinen Flüssigkeitstropfen eingesetzt. Vakuum-Kammer, Zyklonen, Zentrifugen, elektrostatische Abscheider, etc. sind einige der dafür verwendeten Vorrichtungen. Ein derartiges System ist beispielsweise in der EP3332955 B1 beschrieben.
  • Diese Systeme sind in der Regel bei der Installation und dem Betrieb aufwendig , sowie teuer und verbrauchen meistens viel Energie.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Auftragsvorrichtung vorzuschlagen, mit der auf einfache und kostengünstige Weise ein stabiler Sprühauftrag, insbesondere ein Sprühauftrag von Stärke, möglich ist. Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, die Verschmutzungsneigung der Auftragsvorrichtung zu reduzieren.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend dem unabhängigen Anspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
  • Vorgeschlagen wird eine Auftragsvorrichtung zum Auftragen eines Beschichtungsmediums auf eine laufende Oberfläche. insbesondere auf eine laufende Oberfläche in einer Maschine zur Herstellung oder Verarbeitung einer Faserstoffbahn, wobei die Auftragsvorrichtung eine Auftragsdüse umfasst, welche dazu eingerichtet ist, das Beschichtungsmedium in Form eines Sprühvorhangs auf die laufende Oberfläche, zu sprühen, wobei sich der Sprühvorhang über die gesamte Auftragsbreite der Auftragsvorrichtung erstreckt.
  • Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Auftragsvorrichtung ein erstes Leitelement zum Leiten von Luftströmungen aufweist, welches sich über die gesamte Auftragsbreite der Auftragsvorrichtung erstreckt, und welches auf einer ersten Seite der Auftragsdüse in unmittelbare Nähe zum Düsenausgang der Auftragsdüse angeordnet ist, wobei das erste Leitelement gekrümmt oder gewinkelt ausgeführt ist.
  • In besonders bevorzugten Ausführungen kann vorgesehen sein, dass die Auftragsvorrichtung ein zweites Leitelement zum Leiten von Luftströmungen aufweist, welches sich über die gesamte Auftragsbreite der Auftragsvorrichtung erstreckt, und welches auf einer zweiten Seite der Auftragsdüse in unmittelbare Nähe zum Düsenausgang der Auftragsdüse angeordnet ist, wobei das zweite Leitelement gekrümmt oder gewinkelt ausgeführt ist, und wobei das zweite Leitelement auf einer andere Seite der Auftragsdüse angeordnet ist, als der erste Leitelement.
  • Bei dem Beschichtungsmedium kann es sich um ein flüssiges oder pastöses Beschichtungsmedium oder um ein trockenes pulverförmiges bzw. ein faserhaltiges Medium handeln. Das Beschichtungsmedium kann vorzugsweise eine Stärkelösung, aber auch eine Streichfarbe, ein Barrieremedium oder ein anderes geeignetes Medium sein.
  • Die für den Auftrag des Beschichtungsmediums vorgesehene laufende Oberfläche kann dabei insbesondere in Form einer laufenden Papierbahn (direkter Auftrag) oder in Form einer Übertragungsfläche, z.B. einer Übertragungswalze (indirekter Auftrag) realisiert sein.
  • Die Geschwindigkeit der laufenden Oberfläche entspricht im Wesentlichen der Produktionsgeschwindigkeit und kann z.B. bei modernen Papiermaschinen 1000m/min und mehr, insbesondere 1200 m/min, 1400 m/min, 1600 m/min bis hin zu 2000 m/min oder mehr betragen.
  • Durch den Auftrags des Sprühvorhangs auf die laufenden Oberfläche entstehen zwei Seiten der Auftragsdüse, und zwar ist die eine Seite in Laufrichtung der Oberfläche vor dem Auftragsbereich des Sprühvorhangs, und eine weitere Seite nach dem Auftragsbereich des Sprühvorhangs. Diese Seiten sollen im Folgenden gemeint sein, wenn von einer "ersten Seite" oder einer "zweiten Seite" der Auftragsdüse gesprochen wird. Dabei kann die erste Seite, wenn nicht anders erwähnt, sowohl vor als auch nach dem Auftragsbereich liegen. Die zweite Seite ist dann die Seite, die nicht die erste Seite ist.
  • Durch experimentelle Beobachtung und Messung der Umgebung bekannter Sprayerzeugende Vorrichtung (Spray-Düse) hat der Erfinder erkannt, dass mehrere, teils turbulente Strömungsprozesse im unmittelbaren umgebenden Luftraum beim Ausströmen des Sprays aus der Spray-Düse entstehen. Der Erfinder hat weiterhin erkannt, dass diese Strömungsprozesse einen starken Einfluss sowohl auf das Ergebnis des Sprühauftrags als auch auf die Prozessstabilität und auf die Entstehung von Sekundär-Spray aufweisen.
  • Der Sprühvorhang weitet sich nach dem Verlassen der Auftragsdüse bis zum Erreichen des laufenden Oberfläche zu einem Sprühkeil auf. Der Öffnungswinkel dieses Sprühkeils wird insbesondere durch die Größe der Düsenspaltweite, durch die Ausformung, Schärfe und Geometrie der Düsenendkanten, sowie durch die Geschwindigkeit der ausströmendem Gases festgelegt. (Im Rahmen dieser Anmeldung wird der Sprühkeil bisweilen auch als Sprühkegel bezeichnet, obgleich es sich dabei nicht um einen Kegel im mathematischen Sinne handelt.)
  • An beiden Rändern des Sprühkeils werden die feinen Spray-Tropfen durch die Luftreibung etwas abgebremst und dadurch etwas nach außen abgelenkt. Die hohe Geschwindigkeit der Spray-tropfen (die mehr als 5 m/s, 10m/s bis hin zu über 18 m/s betragen kann) generiert Unterdruckeffekte, die die umgebende Luft beschleunigen und mit dem Spray-Strömung mitreisen. So entstehen turbulente Zirkulationszonen in der Umgebung des Sprühvorhangs bzw. des Sprühkegels, so dass dadurch mehr Spray-Tropfen nach außen umgelenkt werden. Dieser Prozess verstärkt die Entstehung vom Sekundär-Spray.
  • Wenn außerdem weitere Luftströmungen in der Umgebung des Sprühkeils vorkommen (beispielsweise Luftschlepp-Strömungen der laufenden Oberfläche oder anderen bewegten Bauteilen), können diese auch eine zusätzliche Ausbreitung und Streuung des Sekundär Sprays in der Umgebung verursachen.
  • Die geschilderten Effekte sind unter anderem aus zwei Gründen nachteilig. Zum einen kann sich der Sekundärspray, der nicht auf die laufende Oberfläche übertragen wird, unkontrolliert an Maschinenteilen sowie auch an der Auftragsvorrichtung selbst anlagern, und dort zu Verschmutzungen führen. Außerdem kann durch die turbulenten Strömungen der Sprühvorhang selbst beeinflusst werden, wodurch sich das Auftragsergebnis verschlechtert.
  • Zur Vermeidung oder zumindest zur deutlichen Reduzierung dieser Nachteile wird in einer Auftragsvorrichtung gemäß Aspekten der Erfindung ein Leitelement vorgesehen. Dieses Leitelement ist in unmittelbarer Nähe zum Düsenauslass platziert, und gekrümmt oder gewinkelt ausgeführt. Vorteilhafterweise kann auf jeder Seite der Düse ein solches Leitelement vorgesehen sein.
  • Ein solches Leitelement wirkt auf zweierlei Art. Zum einen schirmt es durch seine bloße Existenz die Region um den Düsenauslass von Turbulenzen oder Luftströmungen ab, so dass sich Sekundärspray nicht direkt auf der Auftragsdüse anlagern kann. So wird die Verschmutzung der Auftragsdüse und damit eine Störung des Sprühvorhangs vermieden.
  • Durch die im Rahmen der Erfindung eingeführte gekrümmte oder gewinkelte Form ist es weiterhin möglich, die auftretenden Luftströmungen gezielt zu leiten und insbesondere auch vom Sprühvorhang weg zu halten. Dadurch ist es auch möglich, die Entstehung von Sekundär-Spray deutlich zu verringern bzw. den Sekundär-Spray so auszurichten, dass er nicht in die Umgebung der Maschine ausströmt bzw. sich an benachbarten Bauteilen anlagert.
  • Der Effekt der Vermeidung oder Verringerung von Sekundär-Spray basiert in diesem Fall auch darauf, dass der entstandene Sekundär Spray zurück durch die Leitelemente zur Primär-Spray umorientiert werden kann bzw. in eine Raumrichtung geleitet wird, in der er keine negative Effekte erzeugen kann.
  • Die Leitelemente können dabei prinzipiell beide konvex oder konkav gekrümmt ausgeführt sein. Auch ist es möglich, dass ein Leitelement konvex und ein Leitelement konkav gekrümmt bzw. gewinkelt ist.
  • Aus den experimentellen Untersuchungen mit verschiedenen Geometrien der Leitelemente stellte sich heraus, dass konkave Flächen sehr gut dafür geeignet sind, diese störenden Luft-Strömungen und die schädliche Sekundär-Spray-Strömungen abzufangen und diese in Richtung des primären Sprühkegels zu orientieren, so dass das Abströmen von Sekundär-Spray in die Umgebung der Spray-Düse reduziert bzw. vermieden wird. Hauptziel dieser Maßnahme ist die Vermeidung von Ablagerungen und Verschmutzung an der Oberflächen der Spray-Düse oder von Maschinen Teilen durch Sekundär Spray. Ebenfalls kann das Ausströmen von Spray-Nebel in die Umgebung der Auftragsvorrichtung dadurch vermieden werden.
  • Auch bei der Verwendung eines konvexen Leitelement, beispielsweise in Form eines zylindrischen Leitelements, kann man durch eine entsprechende Anordnung und die systematische Aneinanderreihung von Fluid-mechanischen Effekten (Coanda-Effekt, Venturi-Effekt und Magnus Effekt) erreichen, dass der Sekundär-Spray wieder in Richtung des primären Sprühvorhangs transportiert, und erneut in Richtung der laufenden Oberfläche beschleunigt wird.
  • Es ist für den Fachmann klar, dass ein Leitelement auch dann als gekrümmtes Leitelement zu verstehen ist, wenn das Leitelement außerhalb der gekrümmten Zone gegebenenfalls auch noch einen gewissen nicht gekrümmten Bereich aufweist, der nicht der Strömungsleitung dient, sondern z.B. der Befestigung des Leitelements. Analoges gilt für ein gewinkeltes Leitelement.
  • Das erste Leitelement und/oder das zweite Leitelement können insbesondere einen Abstand von weniger als 40 mm, insbesondere zwischen 0mm und 30mm zum Ausgang der Auftragsdüse aufweisen. Ein Abstand von 0mm bedeutet, dass das Leitelement die Auftragsdüse berührt, und gegebenenfalls mit dieser auch verbunden ist. Im Falle eines kontaktierenden Leitelement kann die Verschmutzung der Auftragsdüse sehr effizient vermieden werden. Allerdings kann dies in manchen Anwendungen nicht möglich, oder nicht gewünscht sein, so dass das Leitelement mit einem gewissen Abstand zur Auftragsdüse angeordnet wird. Ein Abstand von mehr als 30mm oder mehr als 40 mm ist aber häufig zu groß, so dass die gewünschte Wirkung der Leitelemente nur in einem sehr reduzierten Maß realisiert werden kann. Bei kleinen Abstände im Bereich von 1mm bis 5 mm zwischen Auftragsdüse und gekrümmten Leitelement) kann der entstehende Venturi Effekt, der an diesem Spalt zwischen Leitelement und Luft-Düsen-Austrittsöffnung entsteht, positiv und gewinnbringend genutzt werden, so dass die Spitze der Auftragsdüse vor Verschmutzungen mit Sekundär-Spray effizient und sicher geschützt wird.
  • Hinsichtlich der Krümmung hat der Fachmann Freiheiten, diese der aktuellen Geometrie der Vorrichtung sowie den vorherrschend Strömungsverhältnissen anzupassen. Meist wird es dabei vorteilhaft sein, wenn das erste Leitelement und/oder das zweite Leitelement Krümmungsradien aufweisen, die zwischen 2mm und 40mm, bevorzugt unter 20mm liegen. Dabei kann das Leitelement in Form eines Kreisbogens ausgeführt sein, und einen einzigen Krümmungsradius aufweisen. Alternativ kann sich der Krümmungsradius über den Verlauf des Leitelements auch ändern.
  • Zur Optimierung der Strömungsleitung kann die Bogenlänge der Leitelemente variiert werden. Im speziellen Fall des konvexen Leitelement wurde schon beschrieben, dass hier ein zylindrisches Element vorteilhaft ist, das eine Bogenlänge von 360° aufweist. Speziell bei konkaven Leitelementen kann es aber aufgrund des unterschiedlichen Wirkprinzips vorteilhaft sein, deutlich geringere Bogenlägen vorzusehen. So kann in vorteilhaften Ausführungen vorgesehen sein, dass die Bogenlänge des ersten Leitelements und/oder des zweiten Leitelements zwischen 20°und 120°, bevorzugt zwischen 30° und 90° beträgt.
  • Bei gewinkelten Leitelementen kann die Größe des Winkels beispielsweise zwischen 45° und 135°, insbesondere zwischen 90° und 135° liegen.
  • Weiterhin hat der Erfinder erkannt, dass es vorteilhaft ist, wenn sich das zweite Leitelement in Form und/oder Größe und/oder Abstand von der Auftragsdüse vom ersten Leitelement unterscheidet.
  • Dies ist verständlich, da sich die Strömungsverhältnisse auf der ersten Seite und er zweiten Seite signifikant unterscheiden, und zwar hauptsächlich bedingt durch die Wirkung der laufenden Oberfläche.
  • Auf der Seite, die in Laufrichtung der Oberfläche vor dem Auftragsbereich des Sprühvorhangs ist, wird durch die laufende Oberfläche mitgeschleppte Luft in Richtung des Sprühvorhangs transportiert, während auf der Seite nach dem Auftragsbereich die Luft vom Auftragsbereich weg transportiert wird.
  • Zudem ist auch die Bildung des Sekundär-Sprays unterschiedlich. Beim Auftreffen des Beschichtungsmediums auf die laufende Oberfläche wird das Beschichtungsmedium tangential in Richtung der laufenden Oberfläche beschleunigt. Der Teil des Beschichtungsmediums, der nicht auf der laufenden Oberfläche übertragen haftet, bewegt sich in etwa tangential von der Oberfläche in Bewegungsrichtung der Fläche weg. Experimentell kann man das als dünnen Strahl von Sekundär-Spray wahrnehmen.
  • Daher werden sich die Strömungsverhältnisse auf den beiden Seiten der Auftragsdüse unterscheiden, wodurch es vorteilhaft ist, die Leitelemente durch unterschiedliche Form und/oder Größe und/oder Abstände an diese Strömungsverhältnisse anzupassen.
  • Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn die Auftragsdüse so angeordnet ist, dass der Sprühvorhang in einem Winkel von 55° oder weniger, beispielsweise 45° oder weniger, bevorzugt 40° oder weniger, besonders bevorzugt von 35° oder weniger auf die laufende Oberfläche trifft.
  • Als Auftreffwinkels kann der Winkel betrachtet werden, den eine gedachte Linie in der Mitte des Sprühkegels mit der Tangente der laufenden Oberfläche beschreibt. Dabei sollte der Sprühkegel vorteilhafterweise gegen die Laufrichtung der laufenden Oberfläche gerichtet sein.
  • Mit einer solchen Ausrichtung des Sprühkegels in Kombination mit einem oder mehreren gekrümmten Leitelementen lässt sich der Sekundär-Spray besonders effektiv vermeiden bzw. leiten und beherrschen.
  • Die Auftragsdüse kann auf verschiedene Arten realisiert sein. In einer vorteilhaften Ausführung kann vorgesehen sein, dass die Auftragsdüse einen Fluidkopf umfasst, der dazu ausgebildet ist, einen Film aus Beschichtungsmedium zu erzeugen und die Auftragsdüse weiterhin einen Blaskopf umfasst, der dazu ausgebildet ist einen linienförmigen Strahl aus gasförmigem Medium zu erzeugen, wobei der Strahl aus gasförmigem Medium am Düsenausgang auf den Film aus Beschichtungsmedium unter Ausbildung eines Sprühvorhangs prallt.
  • Bei dem gasförmigen Medium kann es sich um Luft handeln.
  • Bei spezifischen Beschichtungsmedien kann es aber auch vorteilhaft sein, ein anderes Gas zu verwenden, insbesondere, wenn man eine übermäßige Reaktion des Beschichtungsmediums mit Sauerstoff vermeiden muss oder will.
  • Derartige Auftragsdüsen können dabei so ausgeführt sein, dass der Film aus Beschichtungsmedium vor dem Aufprallen des Strahls aus gasförmigem Medium auf der Wandung der Auftragsdüse geführt wird.
  • Bei solchen Düsen wird eine störende Ablagerung von Sekundär-Spray zumindest auf einem Teil der Auftragsdüse dadurch vermieden, dass dieser Bereich ständig mit Beschichtungsmedium überströmt und dadurch gespült wird. Ähnlich wie bei der Rückführung des Sekundär-Sprays zum Sprühvorhang durch eine geeignete Strömungsleitung wird auch hier das Beschichtungsmedium im Sekundär-Spray direkt wiederverwendet und trägt nicht zur Verschmutzung bei.
  • Die erlaubt zudem auch eine freiere Gestaltung des Leitelements, da dieses nun relativ einfach mit einem gewissen Abstand zum Düsenausgang angeordnet werden kann, ohne eine unerwünschte Verschmutzung der Düse durch Sekundärspray zu riskieren.
  • Weiterhin wir vorgeschlagen ein Filmauftragswerk zum Auftragen eines flüssigen oder pastösen Beschichtungsmediums auf eine Faserstoffbahn, umfassend eine erste Auftragswalze und eine zweite Auftragswalze, welche einen Übertragungsnip ausbilden, durch welchen die Faserstoffbahn geführt wird, wobei das Filmauftragswerk eine erste Auftragsvorrichtung zum Auftragen eines Beschichtungsmediums auf die erste Auftragswalze und/oder eine zweite Auftragsvorrichtung zum Auftragen eines Beschichtungsmediums auf die zweite Auftragswalze aufweist. Dabei ist zumindest die erste Auftragsvorrichtung oder die zweite Auftragsvorrichtung gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung ausgeführt. In vorteilhaften Ausführungen können auch beide Auftragsvorrichtungen gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung ausgeführt sein.
  • Eine oder beide Auftragswalzen können eine Walzenhärte aufweisen, die 10 P&J oder mehr beträgt, insbesondere 20 P&J oder mehr. Solche Walzen werden eher als weiche Walzen bezeichnet.
  • Es ist auch möglich, dass eine oder beide Walzen eine Walzenhärte aufweisen, die weniger als 10 P&J beträgt, insbesondere über 50 ShoreD und über 60 ShoreD oder über 70 ShoreD. Solche Walzen werden als harte Walzen bezeichnet.
  • Wird ein Filmauftragswerk mit zwei in diesem Sinne harten Walzen zum Auftrag von Stärkelösung verwendet, spricht man von einem Hard-Nip-Sizer. Für einen derartigen Hard-Nip-Sizer sind Auftragsvorrichtungen gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung besonders geeignet, da der Auftrag des Beschichtungsmediums auf wie Walzen kontaktlos erfolgt, da heißt ohne die Verwendung von Rakelelementen, die im Kontakt mit der laufenden Oberfläche stehen..
  • Weiterhin wird Verfahren zum Auftragen eines Beschichtungsmediums auf eine laufende Oberfläche, insbesondere auf eine laufende Oberfläche in einer Maschine zur Herstellung oder Verarbeitung einer Faserstoffbahn unter Verwendung einer Auftragsvorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung oder unter Verwendung eines Filmauftragswerks gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung beschrieben. Bei dem Beschichtungsmedium kann es sich insbesondere um eine Stärkelösung handeln, oder um ein anderes geeignetes Beschichtungsmedium.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren weiter erläutert. Die Erfindung ist dabei aber nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt.
  • Die Figuren zeigen im Einzelnen:
    Figur 1 zeigt eine Auftragsdüse gemäß dem Stand der Technik
  • Die Figuren 2 bis 5 zeigen jeweils eine Auftragsdüse gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
  • Figur 1 zeigt eine Auftragsdüse 1 mit einem Fluidkopf 2, der dazu ausgebildet ist, einen Film aus Beschichtungsmedium 15 zu erzeugen. Die Auftragsdüse 1 weist weiterhin einen Blaskopf 3 auf, der dazu ausgebildet ist einen linienförmigen Strahl aus gasförmigem Medium 6 zu erzeugen, welcher am Düsenausgang 1a auf den Film 15 aus Beschichtungsmedium prallt, und dabei Ausbildung einen Sprühvorhangs 5 erzeugt. Der Blaskopf 3 ist dazu als Schlitzdüse ausgeführt. In Form dieses Sprühvorhangs 5, wird das Beschichtungsmedium auf die laufende Oberfläche 4 aufgebracht. Der Sprühvorhang 5 erstreckt sich dabei über die gesamte Auftragsbreite, als beispielsweise über die gesamte Breite der zu beschichtenden Faserstoffbahn. Derartige Auftragsdüsen 1 sind per se aus dem Stand der Technik bekannt.
  • Der Sprühvorhang 5 weitet sich nach dem Verlassen der Auftragsdüse 1 bis zum Erreichen des laufenden Oberfläche 4 zu einem Sprühkeil 5 auf. Der Öffnungswinkel dieses Sprühkeils 5 wird insbesondere durch die Größe der Düsenspaltweite, durch die Ausformung, Schärfe und Geometrie der Düsenendkanten am Düsenausgang 1a, sowie durch die Geschwindigkeit der ausströmendem Gases 6 festgelegt. An den Rändern des Sprühkeils 5 werden die feinen Spray-Tropfen durch die Luftreibung etwas abgebremst und dadurch etwas nach außen abgelenkt. Es entsteht ein Sekundär-Spray 8. Die hohe Geschwindigkeit der Spraytropfen (die bis zu 18 m/s oder mehr betragen kann) generiert Unterdruckeffekte, die die umgebende Luft beschleunigen und mit dem Spray-Strömung mitreisen. So entstehen turbulente Zirkulationszonen 7 in der Umgebung des Sprühvorhangs 5 bzw. des Sprühkegels 5, so dass dadurch mehr Spray-Tropfen nach außen umgelenkt werden. Dieser Prozess verstärkt die Entstehung vom Sekundär-Spray 8.
  • Wenn außerdem weitere Luftströmungen in der Umgebung des Sprühkeils 5 vorkommen (beispielsweise Luftschlepp-Strömungen der laufenden Oberfläche 4 oder anderen bewegten Bauteilen), können diese auch eine zusätzliche Ausbreitung und Streuung des Sekundär Sprays 8 in der Umgebung verursachen.
  • Demgegenüber zeigt Figur 2 eine Auftragsdüse 1 gemäß einem Aspekt der Erfindung. Sie unterscheidet sich von der Düse in Figur 1 dadurch, dass ein erstes Leitelement 11 zum Leiten von Luftströmungen 7 vorgesehen ist, welches sich über die gesamte Auftragsbreite der Auftragsvorrichtung erstreckt, und welches auf einer ersten Seite der Auftragsdüse in unmittelbare Nähe zum Düsenausgang 1a der Auftragsdüse 1 angeordnet ist. Das erste Leitelement 11 ist hier gekrümmt, insbesondere konkav ausgeführt. Zudem ist ein zweites Leitelement 12 zum Leiten von Luftströmungen 7 vorgesehen, welches sich über die gesamte Auftragsbreite der Auftragsvorrichtung erstreckt, und welches auf einer zweiten Seite der Auftragsdüse 1 in unmittelbare Nähe zum Düsenausgang 1a angeordnet ist. Auch das zweite Leitelement 12 ist in Figur 2 gekrümmt, insbesondere konkav ausgeführt, und befindet sich auf der anderen Seite der Auftragsdüse 1 als der erste Leitelement 11. Hier ist das erste Leitelement 11 auf der Seite nach dem Auftreffbereich des Sprühvorhangs 5 auf die laufende Oberfläche 4 angeordnet, und das zweite Leitelement 12 auf der Seite vor dem Auftreffbereich.
  • Konkave Leitelemente 11, 12 sind dabei sehr gut dafür geeignet, die störenden Luft-Strömungen 7 und die schädliche Sekundär-Spray-Strömungen 7 abzufangen und diese in Richtung des primären Sprühkegels 5 zu orientieren, so dass das Abströmen von Sekundär-Spray 8 in die Umgebung der Auftragsdüse 1 reduziert bzw. vermieden wird. So können Ablagerungen und Verschmutzung an der Oberflächen der Auftragsdüse 1 oder von Maschinen Teilen durch Sekundär Spray 8 vermieden werden. Ebenfalls kann das Ausströmen von Spray-Nebel 8 in die Umgebung der Auftragsvorrichtung dadurch vermieden werden.
  • Das erste Leitelement 11 ist in Figur 2 mit einem Abstand zum Düsenausgang 1a angeordnet. Dieser Abstand, der beispielsweise 5mm-10mm betragen kann, selten 30mm oder mehr, ist hier unter anderem deshalb notwendig, da der Film 15 aus Beschichtungsmedium vor dem Aufprallen des Strahls aus gasförmigem Medium 6 auf der Wandung der Auftragsdüse 1 geführt wird. Daher kann das erste Leitelement 11 in diesem Fall nicht mit der Auftragsdüse 1 in Kontakt stehen. Andererseits ist es hier auch nicht störend, wenn durch den Abstand Sekundär-Spray auf die Wandung der Auftragsdüse geführt wird. Durch die dauernde Spülung durch den Film aus Beschichtungsmedium 15 kann es hier nicht zu einer Verschmutzung kommen. Anders im Fall des zweiten Leitelements 12, das an der anderen Seite angeordnet ist. Hier ist es ohne weiteres möglich, dass das zweite Leitelement 12 in direktem Kontakt mit der Auftragsdüse 1 steht, wodurch Ablagerungen von Sekundär-Spray 7, 8 effektiv verhindert werden können.
  • Bei Einstellung von kleinen Abständen (ca. 1mm bis 5 mm zwischen Spray-Düse 1 und gekrümmtem Leitelement 11, 12) kann der entstehende Venturi Effekt, der an diesem Spalt zwischen Leitelement 11,12 und Luft-Düsen-Austrittsöffnung 1a entsteht, genutzt werden, so dass die Spitze der Spray-Düse vor Verschmutzungen mit Sekundär-Spray effizient und sicher geschützt wird
  • Zudem kann fakultativ noch eine Einhausung 20 vorgesehen sein, die vorzugsweise so ausgeführt ist, dass durch die laufende Oberfläche 4, die Leitelemente 11, 12 die Auftragsdüse 1 sowie die Einhausung 20 ein ganz oder weitgehen geschlossener Auftragsraum gebildet wird. Dies dient zusätzlich dem Zweck, Verschmutzung durch den Sekundär-Spray an der Anlage oder der Auftragsdüse 1 zu vermeiden. Je nach Ausgestaltung der Leitelemente 11, 12 kann auf diese Einhausung 20 gegebenenfalls verzichtet werden. Bei der in Figur 2 gezeigten Einhausung 20 sind zudem Abführkanäle 21 vorgesehen, um Beschichtungsmedium, das sich an dieser Einhausung 20 ablagern sollte, zur weitere Verwendung abführen zu können.
  • Einhausungen 20 diese Art können, auch wenn nicht explizit erwähnt, in allen Auftragsvorrichtungen gemäß Aspekten der Erfindung vorgesehen und vorteilhaft sein.
  • Prinzipiell ist es möglich, dass das erste Leitelement 11 und/oder das zweite Leitelement 12 direkt an der Einhausung 20 befestigt, oder als integraler Teil dieser Einhausung 20 ausgeführt sind. Dies vereinfacht die Montage der Leitelemente und kann auch fertigungstechnisch Vorteile bringen.
  • Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, wenn diese Leitelemente 11, 12 nicht fest mit der Einhausung 20 verbunden sind. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine feinfühlige und genaue Justierung der Leitelemente 11, 12 notwendig ist, um die optimale Leitung der Strömungen 7 zu erzielen. In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn die Leitelemente 11, 12 nicht mir der Einhausung und gegebenenfalls auch nicht mir der Auftragsdüse 1 fest verbunden sind.
  • Figur 3 zeigt einer Auftragsdüse 1 gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung. Sie unterscheidet sich von der Vorrichtung aus Figur 2 dadurch, dass das erste Leitelement 11 nicht konkav, sondern konvex in Form eines Zylinders ausgeführt ist. Hier wirkt das erste Leitelement 11 durch das Zusammenführung von Strömungseffekte der Fluid Mechanik von Luft und Spray in Verbindung mit geeigneten Geometrien an der Auftragszone zum Generieren von zielgerichtete Strömungseffekte zur Rückführung von Sekundär Spray 8.
  • Der Coanda Effekt C ist dort anzutreffen, wo eine Strömung über eine gekrümmte Oberfläche fließt. Die Krümmung einer Oberfläche erzeugt einen senkrechten Druckgradient an einer tangential an der gekrümmten Oberfläche auftreffenden Strömung, so dass die Luftströmung in Richtung der Krümmung abgelenkt wird.
  • Der Durckgradient berechnet sich durch: dP/dr = ß.(dV2/r) (P: Druck, r: Radius, ß: Dichte des Mediums, V: Geschwindigkeit). Je höher die Strömungsgeschwindigkeit und je kleiner der Krümmungsradius, umso stärker ist der Druckgradient, der die Strömungsumlenkung hervorruft.
  • Der Venturi-Effekt V basiert auf die Energieerhaltung. Als Bernoulli-Effekt (Venturi-Effekt) bezeichnet man die Abnahme des statischen Drucks in strömenden Fluiden mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit! Fließt ein Fluid durch einen Kanal und an dem Kanal ist seitlich ein zweiter Kanal angeschlossen, so entsteht einen Unterdruck in den zweiten Kanal, wenn die Strömungsgeschwindigkeit in dem ersten Kanal erhöht wird. Je höher die Strömungsgeschwindigkeit im ersten Kanal ist, desto größer ist der Unterdruck bzw. der Saugeffekt im zweiten Kanal.
  • Der Magnus-Effekt M ist ein Phänomen der Strömungsmechanik und beschreibt die Querkraftwirkung (Kraft), die ein rotierender runder Körper (Zylinder oder Kugel) in einer Strömung erfährt. In der Grenzschicht entsteht durch Reibung an der gekrümmten rotierenden Oberfläche eine Zirkulationsströmung, und auf der strömungsabgewandten Seite dieser Oberfläche löst sich die Luft aus der Grenzschicht (Grenzschichtablösung). Dadurch entsteht außerhalb der Grenzschicht eine Strömung, die der Bernoulli-Relation genügt. Rotiert die umströmte gekrümmte Oberfläche nicht,
    erfolgt die Grenzschichtablösung symmetrisch. Der Magnus-Effekt entsteht dadurch, dass bei der rotierender Oberfläche die Grenzschichtablösung auf einer Seite des rotierenden Körpers später erfolgt, nämlich jener, wo die Strömung gleichgerichtet mit der Drehrichtung des gekrümmten Körpers ist. Hierdurch erhält die Strömung einen Impuls in Richtung der Seite des Körpers, die entgegen der Strömung dreht. Die Gegenkraft hierzu ist die seitliche Ablenkungskraft des gekrümmten Körpers.
  • Bei der in Figur 3 gezeigten Ausführung wird der Sekundär Spray 8 in die Zone der Spray-Erzeugung der Auftragsdüse 1 zurückgeführt, so dass der Sekundär Spray 8 sich mit dem Primär Spray mischen kann und zur laufenden Oberfläche 4 erneut aufgetragen wird. Der Anteil von sehr feinem Sekundär Spray 8, der den Spalt zwischen dem Leitelement 11 und der laufenden Oberfläche 4 passiert bzw. überwinden kann wird durch die Coanda-Effekt C weiter auf die laufende Oberfläche 4 transportiert bis den Magnus-Effekt M die Grenzschicht-Ablösung einleitet.
  • Wird zum Beispiel bei einer Anwendung in einem Filmauftragswerk die relative Position der Auftragsvorrichtung so gewählt, dass der Effekt der Grenzschicht-Ablösung durch den Magnus-Effekt M noch nicht ausreichend bis zum Übertragungsnip angewachsen ist, kann der restliche Sekundär Spray 8 bis zu diesem Nip auf der laufenden Oberfläche 4 also in dem Fall der Walzenoberfläche 4 stabil geführt werden.
  • Der Abstand des ersten Leitelements 11 zum Ausgang 1a der Auftragsdüse 1 wird in dieser Ausführung oft etwas größer sein als bei den konkaven Leitelementen. Jedoch sollte auch hier ein Abstand von 40mm, bevorzugt von 30mm nicht überschritten werden.
  • Die in Figur 4 gezeigte Auftragsdüse 1 entspricht im Wesentlichen der in Figur 2 gezeigten Ausführung. Der Unterschied besteht in der Anordnung der Auftragsdüse 1 relativ zur laufenden Oberfläche, bzw. dem Auftreffwinkel θ des Sprühvorhangs 5 auf die laufende Oberfläche 4. Während der Sprühvorhang 5 in Figur 2 senkrecht auf die laufende Oberfläche 4 trifft, ist die Düse 1 in Figur 4 geneigt, so dass der Sprühvorhang in einem kleineren Winkel θ auftrifft. Der Auftreffwinkel ist dabei vorteilhafterweise kleiner als 45°, bevorzugt kleiner als 40°, insbesondere 35° und kleiner.
  • Als Auftreffwinkels kann der Winkel θ betrachtet werden, den eine gedachte Linie in der Mitte des Sprühkegels 5 mit der Tangente der laufenden Oberfläche 5 beschreibt.
  • Wie in Figur 4 gezeigt, ist der Sprühkegel 5 vorteilhafterweise gegen die Laufrichtung B der laufenden Oberfläche 4 gerichtet sein. Beim Auftreffen des Beschichtungsmediums 5 auf die laufende Oberfläche 4 wird das Beschichtungsmedium tangential in Richtung der laufenden Oberfläche beschleunigt. Der Teil des Beschichtungsmediums, der nicht auf die Oberfläche übertragen wird, wird reflektiert und bewegt sich in etwa tangential von der Oberfläche in Bewegungsrichtung B der Fläche 4 weg. Ist der Sprühvorhang 5 gegen die Laufrichtung B der laufenden Oberfläche 4 gerichtet, wird der reflektierte Teil wieder in Richtung des Sprühvorhangs 5 bewegt und kann, insbesondere in Kombination mit einem flachen Auftreffwinkel θ zumindest teilweise wieder von diesem Sprühvorhang 5 aufgenommen werden.
  • Die in Figur 5 gezeigte Ausführung ähnelt der aus Figur 4. Jedoch weist die Auftragsvorrichtung hier nur ein erstes Leitelementauf 11 auf. Dieses Leitelement 11 ist dabei als gewinkeltes Leitelement 11 ausgeführt. Der Winkel λ des gewinkelten Leitelements 11 kann dabei insbesondere zwischen 45° und 135° betragen.
  • Sowohl die gewinkelten als auch die gekrümmten Leitelemente 11, 12 weisen aus baulichen Gründen oft eine relativ große Materialstärke auf. Da die Leitelemente 11, 12 in unmittelbarer Nähe des Düsenausgangs angeordnet werden, kann diese Materialstärke bisweilen störend sein. Daher kann vorgesehen sein, dass die gekrümmten oder gewinkelten Leitelemente 11, 12 eine Fase 25 aufweisen. Dies ist exemplarisch in Figur 5 dargestellt. Ein solches Leitelement 11 mit einer oder mehrerenen Fasen 25 soll im Rahmen dieser Anmeldung weiterhin als gewinkelt bzw. gekrümmt bezeichnet werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Auftragsdüse
    1a
    Düsenausgang
    2
    Fluidkopf
    3
    Blaskopf
    4
    Laufende Oberfläche
    5
    Sprühvorhang
    6
    Strahl aus gasförmigem Medium
    7
    Luftströmung, Zirkulationszone
    8
    Sekundär Spray
    11
    Erstes gekrümmtes oder gewinkeltes Leitelement
    12
    Zweites gekrümmtes oder gewinkeltes Leitelement
    15
    Film aus Beschichtungsmedium
    20
    Einhausung
    21
    Abführkanal
    25
    Fase
    B
    Bewegungsrichtung/Laufrichtung der Oberfläche
    C
    Coanda Effekt
    M
    Magnus Effekt
    V
    Venturi Effekt
    θ
    Auftreffwinkel
    λ
    Winkel des gewinkelten Leitelements

Claims (14)

  1. Auftragsvorrichtung zum Auftragen eines Beschichtungsmediums auf eine laufende Oberfläche (4), insbesondere auf eine laufende Oberfläche (4) in einer Maschine zur Herstellung oder Verarbeitung einer Faserstoffbahn, wobei die Auftragsvorrichtung eine Auftragsdüse (1) umfasst, welche dazu eingerichtet ist, das Beschichtungsmedium in Form eines Sprühvorhangs (5) auf die laufende Oberfläche (4), zu sprühen, wobei sich der Sprühvorhang (5) über die gesamte Auftragsbreite der Auftragsvorrichtung erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsvorrichtung ein erstes Leitelement (11) zum Leiten von Luftströmungen aufweist, welches sich über die gesamte Auftragsbreite der Auftragsvorrichtung erstreckt, und welches auf einer ersten Seite der Auftragsdüse in unmittelbare Nähe zum Düsenausgang (1a) der Auftragsdüse (1) angeordnet ist, wobei das erste Leitelement (11) gekrümmt oder gewinkelt ausgeführt ist.
  2. Auftragsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsvorrichtung ein zweites Leitelement (12) zum Leiten von Luftströmungen aufweist, welches sich über die gesamte Auftragsbreite der Auftragsvorrichtung erstreckt, und welches auf einer zweiten Seite der Auftragsdüse in unmittelbare Nähe zum Düsenausgang (1a) der Auftragsdüse (1) angeordnet ist, wobei das zweite Leitelement wobei das zweite Leitelement (12) gekrümmt oder gewinkelt ausgeführt ist, und wobei das zweite Leitelement (12) auf einer andere Seite der Auftragsdüse (1) angeordnet ist, als der erste Leitelement (11).
  3. Auftragsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Leitelement (11) und/oder das zweite Leitelement (12) konvex ausgeführt ist bzw. sind.
  4. Auftragsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Leitelement (11) und/oder das zweite Leitelement (12) konkav ausgeführt ist bzw. sind.
  5. Auftragsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Leitelement (11) und/oder das zweite Leitelement (12) einen Abstand von weniger als 40 mm, insbesondere zwischen 0mm und 30mm zum Ausgang (1a) der Auftragsdüse (1) aufweisen.
  6. Auftragsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Leitelement (11) und/oder das zweite Leitelement (12) als gekrümmte Leitelemente (11, 12) ausgeführt sind, und Krümmungsradien aufweisen, die zwischen 2mm und 40mm, bevorzugt unter 20mm liegen
  7. Auftragsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenlänge des ersten Leitelements (11) und/oder des zweiten Leitelements (12) zwischen 20°und 120°, bevorzugt zwischen 30° und 90° beträgt.
  8. Auftragsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Leitelement (11) als gewinkeltes Leitelement (11) ausgeführt ist und insbesondere einen Winkel (λ) zwischen 45° und 135°, bevorzugt zwischen 90° und 135° aufweist.
  9. Auftragsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsdüse (1) so angeordnet ist, dass der Sprühvorhang (5) in einem Winkel von 45° oder weniger, bevorzugt 40° oder weniger, besonders bevorzugt von 35° oder weniger auf die laufende Oberfläche (4) trifft.
  10. Auftragsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprühvorhang (5) gegen die Laufrichtung (B) der laufenden Oberfläche (4) gerichtet ist.
  11. Auftragsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsdüse (1) einen Fluidkopf (2) umfasst, der dazu ausgebildet ist, einen Film aus Beschichtungsmedium (15) zu erzeugen und die Auftragsdüse (1) weiterhin einen Blaskopf (3) umfasst, der dazu ausgebildet ist einen linienförmigen Strahl aus gasförmigem Medium (6) zu erzeugen, wobei der Strahl aus gasförmigem Medium (6) am Düsenausgang (1a) auf den Film (15) aus Beschichtungsmedium unter Ausbildung eines Sprühvorhangs (5) prallt.
  12. Auftragsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Film (15) aus Beschichtungsmedium vor dem Aufprallen des Strahls aus gasförmigem Medium (6) auf der Wandung der Auftragsdüse (1) geführt wird.
  13. Filmauftragswerk zum Auftragen Beschichtungsmediums auf eine Faserstoffbahn (4), umfassend eine erste Auftragswalze und eine zweite Auftragswalze, welche einen Übertragungsnip ausbilden, durch welchen die Faserstoffbahn geführt wird, wobei das Filmauftragswerk eine erste Auftragsvorrichtung zum Auftragen eines Beschichtungsmediums auf die erste Auftragswalze und/oder eine zweite Auftragsvorrichtung zum Auftragen eines Beschichtungsmediums auf die zweite Auftragswalze aufweist, und wobei die erste Auftragsvorrichtung und/oder die zweite Auftragsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche ausgeführt ist.
  14. Verfahren zum Auftragen eines Beschichtungsmediums auf eine laufende Oberfläche (4), insbesondere auf eine laufende Oberfläche (4) in einer Maschine zur Herstellung oder Verarbeitung einer Faserstoffbahn unter Verwendung einer Auftragsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei es sich bei dem Beschichtungsmedium insbesondere um eine Stärkelösung handeln kann.
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