EP4680804A1 - Auftragsvorrichtung und verfahren - Google Patents

Auftragsvorrichtung und verfahren

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Publication number
EP4680804A1
EP4680804A1 EP24705420.8A EP24705420A EP4680804A1 EP 4680804 A1 EP4680804 A1 EP 4680804A1 EP 24705420 A EP24705420 A EP 24705420A EP 4680804 A1 EP4680804 A1 EP 4680804A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
application
width
application nozzle
nozzle
designed
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
EP24705420.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Franziska FERRER
Christoph Henninger
Benjamin Méndez-Gallon
Christoph Adams
Günther Kriechbaum
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 EP4680804A1 publication Critical patent/EP4680804A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • D21H23/24—Addition to the formed paper during paper manufacture
    • 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
    • D21H23/46—Pouring or allowing the fluid to flow in a continuous stream on to the surface, the entire stream being carried away by the paper
    • D21H23/48—Curtain coaters
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H19/00—Coated paper; Coating material
    • D21H19/10—Coatings without pigments
    • D21H19/14—Coatings without pigments applied in a form other than the aqueous solution defined in group D21H19/12
    • 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

Definitions

  • the invention relates to an application device for coating a fibrous web, in particular a paper, packaging or cardboard web according to the preamble of claim 1, and to a method for coating using such an application device.
  • These coatings can, for example, be the application of pigment-containing coating colors or barrier media, for example based on polyvinyl alcohol or micro-Znanofibrillated cellulose.
  • Another common application is the application of a starch solution to the fibrous web. This can influence the surface of the web, while the starch application can also improve the strength properties of the fibrous web.
  • the starch solution can be applied using a film press.
  • the coating medium is applied in excess to the transfer roller and then dosed to the desired application quantity using suitable doctor blade dosing systems.
  • the application quantity can be varied by doctoring off more or less of the excess coating medium. Changing the application quantity usually requires changing the doctor rod, which requires the machine to be stopped.
  • doctor blade dosing systems are described, for example, in document DE102004029565 A1.
  • application systems are known, for example from EP3332955 B1, in which the coating medium is sprayed onto the application rollers via a series of spray nozzles. In contrast to doctor blade dosing systems, these systems do not require contact dosing systems.
  • DE202020107431 U1 describes a curtain nozzle with a uniform nozzle gap.
  • DE 102022105518.3 describes an application nozzle in which a curtain or film is dispensed from a wide slot nozzle, which is then atomized by means of a blowing head.
  • the properties of a paper web can vary significantly across the width of the web.
  • the properties in the edge areas of the web can differ significantly from those in the middle.
  • the starch is dosed so high that sufficient strength is achieved in the area with the highest demand, it will be overdosed in other areas, which makes neither economic nor ecological sense. If, on the other hand, the dose is too low, the edge areas of the sheet will generally be of inferior quality due to a lack of strength.
  • An application device for coating a fibrous web, in particular a paper, packaging or cardboard web, wherein the application device comprises an application nozzle for applying a coating medium, in particular a starch solution, to a moving surface, and wherein the application nozzle has an outlet gap which is designed to produce a film of coating medium or a curtain of coating medium.
  • the application nozzle has profiling means in order to vary the gap width of the outlet gap over the width of the application nozzle.
  • the application nozzle and the outlet gap usually extend over the entire width of the fibrous web to be coated or over the entire width of the running surface. Since this fibrous web is usually somewhat narrower than the transfer roller, it can be provided that no coating medium is applied for a few centimeters at the edge of the transfer roller.
  • the width of the application nozzle can therefore be up to 10m or more in modern systems.
  • the gap width By varying the gap width, a very large range of order quantities can be covered in an elegant way. For example, if the gap width is If the thickness is increased from 0.5 mm to 1 mm, the application quantity can be doubled. If it is increased to 2 mm, it can even be quadrupled. Such large variations are advantageous for the system operator, as the properties of the web differ greatly from those in the middle of the web, particularly in the edge area due to shrinkage, so that significantly different amounts of starch may have to be applied in these areas. With application nozzles with an outlet gap, this strong profiling can be achieved very efficiently by locally adjusting the gap width.
  • the application nozzle is designed as a curtain nozzle, in which the coating medium is deposited from the outlet gap in the form of a freely falling curtain onto the moving surface under the influence of gravity.
  • the application nozzle further comprises a blow head which is designed to generate a linear jet of gaseous medium, and wherein an impact line is also provided at which the linear jet of gaseous medium impacts the film or curtain of coating medium to form a spray curtain, and wherein the blow head is arranged such that the spray curtain is directed in the direction of the moving surface.
  • Air can be used in particular as the gaseous medium.
  • the application nozzle has a diaphragm which extends in particular over the entire width of the application nozzle, and that the profiling means comprises a number of actuators which are arranged distributed over the width of the application nozzle and which are designed to locally open the outlet gap more or less by moving or deforming the diaphragm.
  • the actuators can be designed, for example, as mechanical actuators and/or electromagnetic actuators.
  • the mechanical actuators can be operated manually and/or by motor and/or hydraulically, for example.
  • a design with adjusting screws or threaded spindles is possible.
  • the cover can be made of metal, plastic or other suitable materials.
  • the entire cover can be made of a magnetic material.
  • the cover can be made of a non-magnetic material, such as a plastic, to which elements made of a magnetic material and/or suitable permanent magnets are attached for cooperation with the electromagnets.
  • the profiling means comprise electromagnetic actuators which are arranged distributed over the width of the application nozzle and which are designed to locally vary the width of the outlet gap by varying the magnetic force.
  • the width of the application nozzle 1 can be up to 10 m or more, it will often be useful to provide several actuators distributed over the width of the application nozzle to change the gap width.
  • the mechanical actuators and/or the electromagnetic actuators are arranged unevenly distributed over the width of the application nozzle, wherein the distances between adjacent actuators at the edges of the application nozzle are smaller than in the middle of the application nozzle.
  • This is particularly advantageous for balancing the shrinkage profile. Since the paper web shrinks very strongly at the edge but remains almost unchanged in the middle of the web, such profiles have strong gradients in the edge zones but remain largely constant in the middle. It is therefore advantageous to provide more actuators in the edge areas. For economic reasons, fewer actuators can be provided in the middle of the web.
  • the application device has a control unit that is set up to automatically change the gap width.
  • This control unit can, for example, be integrated into the central machine and system control. This enables a high degree of automation and, for example, the gap width can be adjusted based on measured or specified values from the machine control.
  • the application device can be designed as a direct application device in which the coating medium is applied directly to the fibrous web as the running surface.
  • the application device can also be designed as an indirect application device in which the coating medium is transferred from the running surface to the fibrous web.
  • the running surface can be the surface of a transfer roller.
  • the application device has a first application nozzle for application to a first running surface and a second application nozzle for application to a second running surface, wherein the first running surface and the second running surface are each designed as the surface of a transfer roller, and the two transfer rollers form a transfer nip in which the coating medium can be transferred to the fibrous web.
  • Such application devices can be used for the simultaneous application, in particular of starch, to both sides of the fibrous web.
  • the surface of the first transfer roller and/or the surface of the second transfer roller have a hardness of more than 55 ShoreD, in particular more than 90 ShoreD.
  • An application device for applying starch that comprises two hard rollers is called a “hard nip sizer”. This allows particularly good penetration of the starch into the fibrous web.
  • a method for coating a fibrous web in particular a paper, packaging or cardboard web, is proposed, wherein the coating is carried out by means of an application device according to one aspect of the present invention.
  • the coating medium is a starch solution.
  • the coating of the fibrous web takes place indirectly, whereby the coating medium is first applied to a moving surface in the form of a transfer roller and from there transferred to the fibrous web in a transfer nip.
  • the method comprises the steps: a. specifying a default profile for the amount of coating medium to be applied across the width of the application nozzle and b. varying the gap width of the outlet gap across the width of the application nozzle so that the default profile is achieved.
  • the default profile can be specified, for example, depending on the type of product produced. This default profile can be developed from experience or previous tests for the respective type. If a suitable control unit is available, the profile can be automatically adjusted when the type is changed without the need for a machine downtime.
  • an actual profile of a property, in particular a strength property of the fibrous web, is determined and from this the specification profile for the coating medium is determined.
  • the parameter can be determined directly by direct measurement or indirectly.
  • the strength parameter can be modeled from a variety of measured variables. This can be a physical or purely statistical model, for example. Such model-based determinations of parameters are sometimes also called 'virtual sensors'.
  • Figure 1 shows an application device according to one aspect of the invention
  • Figure 2 shows an application device according to a further aspect of the invention.
  • Figure 1 shows an application device with an application nozzle 1, which is designed as a curtain nozzle 1.
  • the coating medium is deposited in the form of a freely falling curtain (14) on a moving surface 4.
  • the moving surface 4 is designed as the surface of a transfer roller. From this transfer roller, the coating medium can be transferred to the web in a transfer nip. Alternatively, the curtain of coating medium 14 can also be applied directly to a fibrous web.
  • the application nozzle 1 usually extends over the entire width of the running surface 4, at least over the entire width of the fibrous web to be coated. Since this fibrous web is usually somewhat narrower than the transfer roller, it can be provided that no coating medium is applied to the edge of the transfer roller for a few centimeters.
  • the coating medium leaves the curtain nozzle through an outlet gap 2 with the width W.
  • the gap width W correlates with the amount of coating medium released.
  • the profiling means for varying the gap width W comprise a diaphragm 101 that extends across the width of the application nozzle 1.
  • This diaphragm 100 can be made of metal or plastic.
  • This diaphragm 101 is arranged on the outlet gap 2 in such a way that by locally moving or deforming the diaphragm 101, the outlet gap 2 can be more or less closed or opened, and thus the local gap width W can be varied.
  • the profiling means further comprise suitable actuators 102.
  • These actuators 102 can be designed as mechanical actuators 103, for example in the form of threaded spindles 103. These can be operated manually or by motor or even hydraulically.
  • the actuators 102, 103 are arranged unevenly distributed over the width of the application nozzle 1, with the distances neighboring actuators 102 at the edges of the application nozzle 1 are smaller than in the middle of the application nozzle 1. This is particularly advantageous for compensating the shrinkage profile. Since the paper web shrinks very strongly at the edge but remains almost unchanged in the middle of the web, such profiles have strong gradients in the edge zones but remain largely constant in the middle. Therefore, for economic reasons, fewer actuators can be provided in the area of the middle of the web.
  • FIG. 2 shows an application device according to a further aspect of the invention.
  • the application nozzle 1 again has a nozzle head which has an outlet gap 2 which extends in the width direction of the application nozzle 1.
  • the coating medium is dispensed in the form of a film 15 which is deposited on a support surface 7.
  • This support surface 7 can be designed as a separate component. Alternatively, it can also be provided that part of the wall of the application nozzle 1 is used as the support surface 7.
  • the application nozzle 1 has a blow head 5 which is designed to generate a linear jet of gaseous medium, and wherein an impact line is also provided at which the linear jet of gaseous medium impacts the film 15 of coating medium and forms a spray curtain 6.
  • the blow head 5 is arranged such that the spray curtain 6 is directed in the direction of the running surface 4.
  • the profiling is not carried out by varying the blowing head 5 or the jet of gaseous medium, but by varying the width W of the outlet gap 2.
  • Suitable profiling means are provided on the application nozzle for this purpose.
  • adjusting means 102 in the form of electromagnetic actuators 105 are provided here. These are arranged distributed over the width of the application nozzle 1, and are designed to locally vary the width of the outlet gap by varying the magnetic force.

Landscapes

  • Paper (AREA)
  • Coating Apparatus (AREA)

Abstract

Auftragsvorrichtung und Verfahren zum Beschichten einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Verpackungs- oder Kartonbahn, wobei die Auftragsvorrichtung eine Auftragsdüse zum Auftragen eines Beschichtungsmediums, insbesondere einer Stärkelösung, auf eine laufende Oberfläche umfasst, und wobei die Auftragsdüse einen Auslasspalt aufweist, der sich in Breitenrichtung der Auftragsdüse erstreckt, und der dazu ausgebildet ist, einen Film aus Beschichtungsmedium oder einen Vorhang aus Beschichtungsmedium zu erzeugen. Dabei ist vorgesehen, dass die Auftragsdüse Profiliermittel aufweist, um die Spaltweite des Auslassspalts über die Breite der Auftragsdüse zu variieren.

Description

Auftragsvorrichtung und Verfahren
Die Erfindung betrifft eine Auftragsvorrichtung zum Beschichten einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Verpackungs- oder Kartonbahn gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Beschichtung unter Verwendung einer solchen Auftragsvorrichtung.
Bei der Herstellung oder Verarbeitung von Faserstoffbahnen, insbesondere von Papier-, Verpackungs- oder Kartonbahnen ist es üblich, diese Bahnen mit einer oder mehreren Beschichtungen zu versehen.
Bei diesen Beschichtungen kann es sich beispielsweise um den Auftrag von pigmenthaltigen Streichfarben oder um Barrieremedien, beispielsweise auf Basis von Polyvinylalkohol oder micro-Znanofibrillieriter Zellulose, handeln.
Eine weitere häufige Anwendung ist der Auftrag einer Stärkelösung auf die Faserstoffbahn. Dadurch kann einerseits die Oberfläche der Bahn beeinflusst werden, andererseits können durch den Stärkeauftrag auch die Festigkeitseigenschaften der Faserstoffbahn verbessert werden.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedenen Auftragsvorrichtungen bekannt.
So kann die Stärkelösung beispielsweise mittels einer Filmpresse aufgetragen werden. Dabei wird das Beschichtungsmedium im Überschuss auf die Übertragungswalze aufgegeben, und dann mittels geeigneter Rakeldosiersysteme auf die gewünschte Auftragsmenge dosiert. Eine Variation der Auftragsmenge wird dadurch erreicht, dass mehr oder weniger von dem Überschuss an Beschichtungsmedium abgerakelt wird. Für einen Wechsel der Auftragsmenge ist in der Regel ein Wechsel des Rakelstabes notwendig, wozu ein Stillstand der Maschine notwendig ist. Derartige Rakeldosiersysteme sind beispielsweise in der Schrift DE102004029565 A1 beschrieben. Alternativ sind beispielsweise aus der EP3332955 B1 Auftragswerke bekannt, bei denen das Beschichtungsmedium über eine Reihe von Sprühdüsen auf die Auftragswalzen gesprüht wird. Diese Systeme kommen im Gegensatz zu Rakeldosiersystemen ohne berührende Dosiersysteme aus.
Wiederum alternativ sind Auftragsdüsen mit einem Auslassspalt bekannt. So beschreibt die DE202020107431 U1 eine Vorhangdüse mit einem gleichmäßigen Düsenspalt. Aus der Patentanmeldung DE 102022105518.3 der Anmelderin ist eine Auftragsdüse bekannt, bei der aus einer Breitschlitzdüse ein Vorhang oder Film abgegeben wird, der dann mittels eines Blaskopfes zerstäubt wird.
Allen geschilderten Auftragswerken gemein ist, dass sie darauf ausgelegt sind, eine möglichst gleiche und gleichmäßige Menge an Beschichtungsmedium über die Breite der laufenden Oberfläche abzugeben.
Jedoch können die Eigenschaften einer Papierbahn über die Bahnbreite hinweg signifikant schwanken. So können beispielsweise durch den Bahnschrumpf während der Trocknung die Eigenschaften in den Randbereichen der Bahn von denen in der Bahnmitte stark abweichen.
Daraus resultiert, dass auch der Bedarf z.B. an Stärke zum Erzielen einer gewissen Festigkeit nicht über die gesamte Bahnbreite gleich ist.
Dosiert man die Stärke so hoch, um im Bereich mit dem höchsten Bedarf eine ausreichende Festigkeit zu erzielen, wird in anderen Bereichen überdosiert, was weder ökonomisch noch ökologisch sinnvoll ist. Wird hingegen zu niedrig dosiert, sind in der Regel die Randbereich der Bahn aufgrund mangelnder Festigkeit von minderer Qualität.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Schwächen des Standes der Technik zu überwinden.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Auftragsvorrichtung vorzuschlagen, die gezielt auf die zu beschichtende Bahn angepasst werden kann. Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzuschlagen, um eine Faserstoffbahn in ausreichender Qualität herzustellen, und dabei Verschwendung zu vermeiden.
Die Aufgaben werden vollständig gelöst durch eine Auftragsvorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 10. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Vorgeschlagen wird eine Auftragsvorrichtung zum Beschichten einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Verpackungs- oder Kartonbahn, wobei die Auftragsvorrichtung eine Auftragsdüse zum Aufträgen eines Beschichtungsmediums, insbesondere einer Stärkelösung, auf eine laufende Oberfläche umfasst, und wobei die Auftragsdüse einen Auslasspalt aufweist, der dazu ausgebildet ist, einen Film aus Beschichtungsmedium oder einen Vorhang aus Beschichtungsmedium zu erzeugen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Auftragsdüse Profiliermittel aufweist, um die Spaltweite des Auslassspalts über die Breite der Auftragsdüse zu variieren.
Die Auftragsdüse sowie der Auslassspalt erstrecken sich üblicherweise über die gesamte Breite der zu beschichtenden Faserstoffbahn bzw. über die gesamte Breite der laufenden Oberfläche. Da diese Faserstoffbahn meist etwas schmaler ist als die Übertragungswalze, kann vorgesehen sein, dass am Rand der Übertragungswalze auf einige Zentimeter kein Beschichtungsmedium aufgegeben wird.
Die Breite der Auftragsdüse kann daher bei modernen Anlagen bis zu 10m oder mehr betragen.
Mit einem Auftragswerk gemäß einem Aspekt der Erfindung ist es nun möglich, die Menge an Beschichtungsmedium über die Breite der Faserstoffbahn gezielt an die benötigte Menge anzupassen. Dies kann über eine gezielte Anpassung der Spaltweite des Auslassspalts geschehen.
Mittels der Variation der Spaltweite kann auf elegante Weise ein sehr großer Bereich von Auftragsmengen abgedeckt werden. Wird beispielsweise die Spaltweit von 0,5mm auf 1 mm vergrößert, kann damit eine Verdopplung der Auftragsmenge erzielt werden. Bei einer Erweiterung auf 2mm sogar eine Vervierfachung. Derartig große Variationen sind für den Betreiber der Anlagen vorteilhaft, da sich insbesondere im Randbereich der Bahnen bedingt durch den Schrumpf die Eigenschaften der Bahn sehr stark von denen in der Bahnmitte unterscheiden, so dass in diesen Bereichen gegebenenfalls deutlich unterschiedliche Mengen an Stärke aufgetragen werden müssen. Bei Auftragsdüsen mit Auslassspalt kann diese starke Profilierung über eine lokale Anpassung der Spaltweite sehr effizient realisiert werden.
In einer vorteilhaften Ausführung kann vorgesehen sein, dass die Auftragsdüse als Vorhangdüse ausgeführt ist, bei der das Beschichtungsmedium aus dem Auslassspalt in Form eines frei fallenden Vorhangs unter Einfluss der Schwerkraft auf die laufende Oberfläche abgelegt wird.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Auftragsdüse weiter einen Blaskopf umfasst, der dazu ausgebildet ist einen linienförmigen Strahl aus gasförmigem Medium zu erzeugen, und wobei weiterhin eine Aufpralllinie vorgesehen ist, an der der linienförmige Strahl aus gasförmigem Medium auf den Film oder Vorhang aus Beschichtungsmedium prallt unter Ausbildung eines Sprühvorhangs, und wobei der Blaskopf so angeordnet ist, dass der Sprühvorhang in Richtung der laufenden Oberfläche gerichtet ist. Als gasförmiges Medium kann insbesondere Luft verwendet werden.
In einer vorteilhaften Ausführung kann zudem vorgesehen sein, dass die Auftragsdüse eine Blende aufweist, die sich insbesondere über die gesamte Breite der Auftragsdüse erstreckt, und dass die Profiliermittel eine Anzahl von Stellgliedern umfasst, die über die Breite der Auftragsdüse verteilt angeordnet sind, und die dazu eingerichtet sind, durch Bewegen oder Verformen der Blende den Auslassspalt lokal mehr oder weniger zu öffnen.
Die Stellglieder können beispielsweise als mechanischen Stellglieder und/oder elektromagnetische Stellglieder ausgeführt sein. Die mechanischen Stellglieder können beispielsweise manuell und/oder motorisch und/oder hydraulisch betätigt werden. Insbesondere ist eine Ausführung mit Stellschrauben bzw. Gewindespindeln möglich.
Die Blende kann dabei aus einem Metall, einem Kunststoff oder anderen geeigneten Materialien bestehen.
Bei der Verwendung elektromagnetischer Stellglieder kann entweder die gesamte Blende aus einem magnetischen Material ausgeführt sein. Alternativ kann aber auch die Blende aus einem nichtmagnetischen Material, beispielsweise einem Kunststoff ausgeführt sein, an dem zur Kooperation mit den Elektromagneten Elemente aus einem magnetischen Material und/oder geeignete Permanentmagneten angebracht sind.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Profiliermittel elektromagnetische Stellglieder umfassen, die über die die Breite der Auftragsdüse verteilt angeordnet sind, und die dazu eingerichtet sind, durch Variation der magnetischen Kraft die Weite des Auslassspalts lokal zu variieren.
Es können dabei sowohl Anziehungskräfte (Verjüngung des Auslassspalts) als auch abstoßende Kräfte (Erweiterung des Spaltes) erzeugt werden, um eine Profilierung zu bewirken. Vorteil ist bei dieser Ausführung, dass keine mechanischen Bauteile benötigt werden, wodurch sich die Verschleißanfälligkeit verringern lässt.
Da die Breite der Auftragsdüse 1 bis zu 10m oder mehr betragen kann, wird es häufig zweckmäßig sein, zur Veränderung der Spaltweite mehrere Stellglieder vorzusehen, die über die Breite der Auftragsdüse verteilt angeordnet sind.
In besonders bevorzugten Ausführungen kann vorgesehen sein, dass die mechanischen Stellglieder und/oder die elektromagnetischen Stellglieder ungleichmäßig über die Breite der Auftragsdüse verteilt angeordnet sind, wobei die Abstände benachbarter Stellglieder an den Rändern der Auftragsdüse geringer sind als in der Mitte der Auftragsdüse. Die ist insbesondere vorteilhaft zum Ausgleichen des Schrumpfprofil. Da die Papierbahn am Rand sehr stark schrumpft, aber in der Bahnmitte nahezu unverändert bleibt, weisen solche Profile in den Randzonen starke Gradienten auf, bleiben aber in der Mitte weitgehend konstant. Daher ist es vorteilhaft, in den Randbereichen mehr Stellglieder vorzusehen. Dafür können aus ökonomischen Gründen im Bereich der Bahnmitte weniger Stellglieder vorgesehen werden.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn die Auftragsvorrichtung eine Steuerungseinheit aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Spaltweite automatisch zu verändern. . Diese Steuereinheit kann beispielsweise die zentrale Maschinen- und Anlagensteuerung integriert sein. Somit ist ein hoher Grad an Automatisierung möglich, und es kann beispielsweise eine Verstellung der Spaltweite auf Basis von gemessenen oder vorgegebenen Werten aus der Maschinensteuerung erfolgen.
Die Auftragsvorrichtung kann als direkte Auftragsvorrichtung ausgeführt sein, bei der das Beschichtungsmedium direkt auf die Faserstoffbahn als laufender Oberfläche aufgetragen wird.
Alternativ kann die Auftragsvorrichtung auch als indirekte Auftragsvorrichtung ausgeführt sein, bei der das Beschichtungsmedium von der laufenden Oberfläche auf die Faserstoffbahn übertragen wird. Die laufende Oberfläche kann dabei die Oberfläche einer Übertragungswalze sein.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Auftragsvorrichtung eine erste Auftragsdüse zum Aufträgen auf eine erste laufende Oberfläche sowie eine zweite Auftragsdüse zum Aufträgen auf eine zweite laufende Oberfläche, wobei die erste laufende Oberfläche und die zweite laufende Oberfläche jeweils als Oberfläche einer Übertragungswalze ausgeführt sind, und die beiden Übertragungswalzen einen Übertragungsnip bilden, in dem das Beschichtungsmedium auf die Faserstoffbahn übertragen werden kann. Derartige Auftragsvorrichtungen können zum simultanen Auftrag, insbesondere von Stärke, auf beide Seiten der Faserstoffbahn verwendet werden.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn die Oberfläche der ersten Übertragungswalze und/oder die Oberfläche der zweiten Übertragungswalze eine Härte von über 55 ShoreD, insbesondere über 90 ShoreD aufweisen.
Eine Auftragsvorrichtung für den Auftrag von Stärke, die zwei harte Walzen umfasst, wird als „Hard-Nip-Sizer“ bezeichnet. Damit kann eine besonders gute Penetration der Stärke in die Faserstoffbahn erreicht werden.
Weiterhin wird ein Verfahren zum Beschichten einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Verpackungs- oder Kartonbahn vorgeschlagen, wobei die Beschichtung mittels einer Auftragsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn es sich bei dem Beschichtungsmedium um eine Stärkelösung handelt.
Dabei ist bevorzugt, dass das Beschichten der Faserstoffbahn indirekt erfolgt, wobei das Beschichtungsmedium zuerst auf eine laufende Oberfläche in Form einer Übertragungswalze aufgetragen, und von dort in einem Übertragungsnip auf die Faserstoffbahn übertragen wird.
In einer Variante des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Verfahren die Schritte umfasst: a. Vorgeben eines Vorgabeprofil für die aufzutragende Menge an Beschichtungsmedium über die Breite der Auftragsdüse und b. Variieren Spaltweite des Auslassspalts über die Breite der Auftragsdüse, so dass das Vorgabeprofil erreicht wird.
Ein solches Verfahren kann im Rahmen deiner Steuerung oder Regelung verwendet werden. Das Vorgabeprofil kann beispielsweise in Abhängigkeit von der produzierten Sorte vorgegeben werden. Dieses Vorgabeprofil kann aus der Erfahrung oder vorherigen Versuchen für die jeweilige Sorte entwickelt werden. Falls eine geeignete Steuerungseinheit vorhanden ist, kann das Profil beim Sortenwechsel automatisch angepasst werden, ohne dass ein Maschinenstillstand notwendig ist.
Es kann auch zusätzlich noch vorgesehen sein, dass ein Ist-Profil einer Eigenschaft, insbesondere einer Festigkeitseigenschaft der Faserstoffbahn bestimmt, und daraus das Vorgabeprofil für das Beschichtungsmedium ermittelt wird.
Dies ist in Verbindung mit dem Stärkeauftrag eine sehr vorteilhafte Ausführung, da über den Stärkeauftrag verschiedene Festigkeitseigenschaften der Faserstoffbahn beeinflusst werden können.
Die Ermittlung der Kenngröße kann unmittelbar durch direkte Messung oder mittelbar erfolgt.
Da heute immer noch viele Festigkeitsmessungen zerstörende Messungen sind, die nur im Labor, nicht aber in der laufenden Maschine durchgeführt werden können, werden die Kenngrößen für die Festigkeit häufig mittelbar bestimmt werden.
Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass eine Größe gemessen wird, von der man - z.B. aus Versuchen- weiß, dass diese Größe mit der gewünschten Festigkeitskenngröße korreliert.
Alternativ können auch komplexere Abhängigkeiten genutzt werden. So kann die Kenngröße der Festigkeit aus einer Vielzahl von Messgrößen modelliert werden. Dabei kann es sich beispielsweise um ein physikalische oder auch ein rein statistisches Modell handeln. Solche modellbasierte Bestimmungen von Kenngrößen werden bisweilen auch .Virtuelle Sensoren' genannt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Dabei ist die Erfindung nicht auf die in den Figuren gezeigten Ausführungen beschränkt. Figur 1 zeigt eine Auftragsvorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung
Figur 2 zeigt eine Auftragsvorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung.
Figur 1 zeigt eine Auftragsvomchtung mit einer Auftragsdüse 1 , die als Vorhangdüse 1 ausgeführt ist. Dabei wird das Beschichtungsmedium in Form eines frei fallenden Vorhangs (14) auf eine laufende Oberfläche 4 abgelegte. In Figur 1 ist die laufende Oberfläche 4 als Oberfläche einer Übertragungswalze ausgeführt. Von dieser Übertragungswalze kann das Beschichtungsmedium in einem Übertragungsnip auf die Bahn übertragen werden. Alternativ kann der Vorhang aus Beschichtungsmedium 14 jedoch auch direkt auf eine Faserstoffbahn aufgetragen werden.
Die Auftragsdüse 1 erstreckt sich dabei meist über die gesamte Breite der laufenden Oberfläche 4, zumindest über die gesamte Breite der zu beschichtenden Faserstoffbahn. Da diese Faserstoffbahn meist etwas schmaler ist als die Übertragungswalze, kann vorgesehen sein, dass am Rand der Übertragungswalze auf einige Zentimeter kein Beschichtungsmedium aufgegeben wird.
Das Beschichtungsmedium verlässt die Vorhangdüse durch einen Auslassspalt 2 mit der Weite W. Die Spaltweite W korreliert dabei mit der abgegebenen Menge an Beschichtungsmedium.
Die Profiliermittel zur Variation der Spaltweite W umfassen bei der in Figur 1 gezeigten Ausführung eine Blende 101 , die sich über die Breite der Auftragsdüse 1 erstreckt. Diese Blende 100 kann aus einem Metall oder aus Kunststoff ausgeführt sein. Diese Blende 101 ist so am Auslasspalt 2 angeordnet, dass durch lokales Bewegen oder Verformen der Blende 101 der Auslasspalt 2 mehr oder weniger verschlossen bzw. geöffnet werden, und damit die lokale Spaltweite W variiert werden kann.
Zum Bewegen oder Verformen der Blende 101 umfassen die Profiliermittel weiterhin geeignete Stellglieder 102. Diese Stellglieder 102 können als mechanische Stellglieder 103 beispielsweise in Form von Gewindespindeln 103 ausgeführt sein. Diese können manuell oder motorisch oder aber auch hydraulisch betätigt werden.
Bei der Auftragsdüse 1 der Figur 1 sind die Stellglieder 102, 103 ungleichmäßig über die Breite der Auftragsdüse 1 verteilt angeordnet sind, wobei die Abstände benachbarter Stellglieder 102 an den Rändern der Auftragsdüse 1 geringer sind als in der Mitte der Auftragsdüse 1. Die ist insbesondere vorteilhaft zum Ausgleichen des Schrumpfprofil. Da die Papierbahn am Rand sehr stark schrumpft, aber in der Bahnmitte nahezu unverändert bleibt, weisen solche Profile in den Randzonen starke Gradienten auf, bleiben aber in der Mitte weitgehend konstant. Daher können aus ökonomischen Gründen im Bereich der Bahnmitte weniger Stellglieder vorgesehen werden.
Figur 2 zeigt eine Auftragsvorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung. Dabei weist die Auftragsdüse 1 wieder einen Düsenkopf auf, welcher einen Auslasspalt 2 aufweist, der sich in Breitenrichtung der Auftragsdüse 1 erstreckt. Das Beschichtungsmedium wird dabei aber in Form eines Films 15 abgegeben, der auf eine Stützfläche 7 abgelegt wird. Diese Stützfläche 7 kann dabei als separates Bauteil ausgeführt sein. Alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass ein Teil der Wandung der Auftragsdüse 1 als Stützfläche 7 genutzt wird.
Zusätzlich weist die Auftragsdüse 1 einen Blaskopf 5 auf, der dazu ausgebildet ist, einen linienförmigen Strahl aus gasförmigem Medium zu erzeugen, und wobei weiterhin eine Aufpralllinie vorgesehen ist, an der der linienförmige Strahl aus gasförmigem Medium auf den Film 15 aus Beschichtungsmedium prallt und einen Sprühvorhangs 6 ausbildet. Dabei ist der Blaskopf 5 so angeordnet ist, dass der Sprühvorhang 6 in Richtung der laufenden Oberfläche 4 gerichtet ist.
Auch hier erfolgt die Profilierung nicht über eine Variation des Blaskopfes 5 oder des Strahls aus gasförmigem Medium, sondern durch eine Variation der Weite W des Auslassspalts 2. Dazu sind an der Auftragsdüse geeignete Profiliermittel vorgesehen. Statt der ebenfalls möglichen Blende 101 sind hier Stellmittel 102 in Form von elektromagnetischen Stellgliedern 105 vorgesehen. Diese sind über die die Breite der Auftragsdüse 1 verteilt angeordnet. , und die dazu eingerichtet sind, durch Variation der magnetischen Kraft die Weite des Auslassspalts lokal zu variieren.
Es können dabei sowohl Anziehungskräfte (Verjüngung des Auslassspalts 2) als auch abstoßende Kräfte (Erweiterung des Auslassspalts) erzeugt werden, um eine Profilierung zu bewirken. Vorteilhaft bei dieser Ausführung ist, dass keine mechanischen Bauteile benötigt werden, wodurch sich die Verschleißanfälligkeit verringern lässt. Diese Stellglieder 102, 105 können gleichmäßig oder auch wieder ungleichmäßig über die Breite der Auftragsdüse verteilt angeordnet sein.
Bezugszeichenliste
1 Auftragsdüse
2 Auslassspalt
4 laufende Oberfläche
5 Blaskopf
6 Sprühvorhang
7 Stützfläche
14 Vorhang aus Beschichtungsmedium
15 Film aus Beschichtungsmedium
101 Blende
102 Stellglieder
103 mechanische Stellglieder
105 elektromagnetische Stellglieder
W Spaltweite

Claims

Patentansprüche
1 ) Auftragsvorrichtung zum Beschichten einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Verpackungs- oder Kartonbahn, wobei die Auftragsvorrichtung eine Auftragsdüse (1) zum Aufträgen eines Beschichtungsmediums, insbesondere einer Stärkelösung, auf eine laufende Oberfläche (4) umfasst, und wobei die Auftragsdüse (1 ) einen Auslasspalt (2) aufweist, der sich in Breitenrichtung der Auftragsdüse (1 ) erstreckt, und der dazu ausgebildet ist, einen Film aus Beschichtungsmedium (15) oder einen Vorhang aus Beschichtungsmedium (14) zu erzeugen, wobei die Auftragsdüse (1 ) Profiliermittel aufweist, um die Spaltweite (W) des Auslassspalts (2) über die Breite der Auftragsdüse (1 ) zu variieren. dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsdüse (1) weiter einen Blaskopf (5) umfasst, der dazu ausgebildet ist einen linienförmigen Strahl aus gasförmigem Medium zu erzeugen, und wobei weiterhin eine Aufpralllinie vorgesehen ist, an der der linienförmige Strahl aus gasförmigem Medium auf den Film (15) oder Vorhang (14) aus Beschichtungsmedium prallt unter Ausbildung eines Sprühvorhangs (6), und wobei der Blaskopf (5) so angeordnet ist, dass der Sprühvorhang (6) in Richtung der laufenden Oberfläche (4) gerichtet ist.
2) Auftragsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsdüse (1 ) als Vorhangdüse (1 ) ausgeführt ist, bei der das Beschichtungsmedium aus dem Auslassspalt (2) in Form eines frei fallenden Vorhangs (14) unter Einfluss der Schwerkraft auf die laufende Oberfläche (4) abgelegt wird.
3) Auftragsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Profiliermittel eine Blende (101 ) umfassen, die sich insbesondere über die gesamte Breite der Auftragsdüse (1 ) erstreckt, und dass die Profiliermittel weiter eine Anzahl von Stellgliedern (102) umfassen, die über die Breite der Auftragsdüse (1 ) verteilt angeordnet sind, und die dazu eingerichtet sind, durch Bewegen oder Verformen der Blende (101 ) den Auslassspalt (2) lokal mehr oder weniger zu öffnen.
4) Auftragsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellglieder als mechanische Stellglieder (103) ausgeführt sind, diemanuell und/oder motorisch und/oder hydraulisch betätigt werden können Oder als elektromagnetische Stellglieder (105) ausgeführt sind.
5) Auftragsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Profiliermittel eine Anzahl von Stellgliedern (102) umfassen, die als elektromagnetische Stellglieder (105) ausgeführt sind, und die über die die Breite der Auftragsdüse (1 ) verteilt angeordnet sind, und die dazu eingerichtet sind, durch Variation der magnetischen Kraft die Spaltweite (W) des Auslassspalts (2) lokal zu variieren.
6) Auftragsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Kraft anziehend wirkt, so dass die Spaltweite (W) des Auslassspalts (2) durch stärkere oder schwächere Anziehung variiert werden kann.
7) Auftragsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Kraft abstoßend wirkt, so dass die Spaltweite (W) des Auslassspalts (2) durch stärkere oder schwächere Abstoßung variiert werden kann.
8) Auftragsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellglieder (102) ungleichmäßig über die Breite der Auftragsdüse verteilt angeordnet sind, wobei die Abstände benachbarter Stellglieder (102) an den Rändern der Auftragsdüse (1) geringer sind als in der Mitte der Auftragsdüse (1 ).
9) Auftragsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsvorrichtung eine erste Auftragsdüse (1 ) zum Aufträgen auf eine erste laufende Oberfläche (4) sowie eine zweite Auftragsdüse (1) zum Aufträgen auf eine zweite laufende Oberfläche, wobei die erste laufende Oberfläche (4) und die zweite laufende Oberfläche jeweils als Oberfläche einer Übertragungswalze (4) ausgeführt sind, und die beiden Übertragungswalzen einen Übertragungsnip bilden, in dem das Beschichtungsmedium auf die Faserstoffbahn übertragen werden kann.
10) Verfahren zum Beschichten einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Verpackungs- oder Kartonbahn, insbesondere mit einer Stärkelösung, wobei die Beschichtung mittels einer Auftragsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche erfolgt.
11 ) Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichten der Faserstoffbahn indirekt erfolgt, wobei das Beschichtungsmedium zuerst auf eine laufende Oberfläche (4) in Form einer Übertragungswalze (4) aufgetragen, und von dort in einem Übertragungsnip auf die Faserstoffbahn übertragen wird.
12) Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte umfasst: a. Vorgeben eines Vorgabeprofil für die aufzutragende Menge an Beschichtungsmedium über die Breite der Auftragsdüse (1 ) und b. Variieren Spaltweite (W) des Auslassspalts (2) über die Breite der Auftragsdüse (1), so dass das Vorgabeprofil erreicht wird.
13) Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ist-Profil einer Eigenschaft, insbesondere einer Festigkeitseigenschaft der Faserstoffbahn bestimmt, und daraus das Vorgabeprofil für das Beschichtungsmedium ermittelt wird.
14) Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung Ist-Profil einer Eigenschaft, unmittelbar durch direkte Messung oder mittelbar erfolgt.
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