WO2023222299A1 - Vorrichtung, verwendung und verfahren zum dosieren oder egalisieren - Google Patents

Vorrichtung, verwendung und verfahren zum dosieren oder egalisieren Download PDF

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WO2023222299A1
WO2023222299A1 PCT/EP2023/058787 EP2023058787W WO2023222299A1 WO 2023222299 A1 WO2023222299 A1 WO 2023222299A1 EP 2023058787 W EP2023058787 W EP 2023058787W WO 2023222299 A1 WO2023222299 A1 WO 2023222299A1
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WO
WIPO (PCT)
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magnetic
metering
metering element
dosing
magnetic force
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/058787
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English (en)
French (fr)
Inventor
Benjamin Méndez-Gallon
Original Assignee
Voith Patent Gmbh
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Publication date
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Priority claimed from DE102022126270.7A external-priority patent/DE102022126270A1/de
Application filed by Voith Patent Gmbh filed Critical Voith Patent Gmbh
Publication of WO2023222299A1 publication Critical patent/WO2023222299A1/de

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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
    • D21H23/32—Addition to the formed paper by contacting paper with an excess of material, e.g. from a reservoir or in a manner necessitating removal of applied excess material from the paper
    • D21H23/34—Knife or blade type 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
    • D21H25/00—After-treatment of paper not provided for in groups D21H17/00 - D21H23/00
    • D21H25/08—Rearranging applied substances, e.g. metering, smoothing; Removing excess material

Definitions

  • the invention relates to a device for metering or leveling a liquid or pasty application medium onto a running surface according to the preamble of claim 1, as well as an associated method and use.
  • liquid or pasty application media are often applied as thin liquid films to the fibrous web or a transfer surface.
  • these film thicknesses are in the range from 1 pm to 100 pm. Both volumetric and hydrodynamic dosing principles can be used to dose these application media.
  • the dosing devices known from EP1761341 B1 and WO 02/27097 can be used. Grooved squeegee bars are used for volumetric dosing, while smooth squeegee bars are used for hydrodynamic dosing. Squeegee blades can also be used for dosing, as shown in WO 02/27097. While the squeegee rod touches the application surface during volumetric dispensing, during hydrodynamic dispensing the squeegee rod or the squeegee blade floats without touching the application surface (aquaplaning effect). However, the two dosing principles can also be implemented in other ways. For example, blades can also be used as metering elements for hydrodynamic metering.
  • hydrodynamic metering elements are not in direct contact with the substrate because the hydrodynamic metering element floats on the liquid film (as in aquaplaning) without it touching the surface of the applicator roller or the substrate.
  • Volumetric dosing is primarily used when the application liquids have a very low “low shear viscosity” (e.g. ⁇ 200 mPas Brookfield at 100 rpm) or when the machine speeds are so low ( ⁇ 1000 m/min) that sufficient hydrodynamics for film formation cannot be generated with the available hydrodynamic metering elements. Volumetric dosing methods are also used when larger film thicknesses (> 25 pm) have to be applied directly or indirectly to the fibrous web.
  • Hydrodynamic dosing methods are or can only be used if the “low shear viscosity” of the application medium is high (e.g. > 800 mPas Brookfield) or if the “high shear viscosity” of the application medium is high (e.g. > 80 mPas, capillary viscometer at high Shear rates > 1.E-05).
  • the geometry of the dosing element must be designed in such a way that it can generate sufficient hydrodynamic pressure under the dosing element so that the liquid film can form in the desired film thickness. The longer the contact length between the liquid and the dosing element, the greater the hydrodynamics generated under the dosing element. The higher the machine speed or the higher the viscosity, the more hydrodynamics are generated, so that a wide working window can be achieved for setting and controlling the wet film thickness.
  • a common and increasingly economically relevant application for film application is starch application (sizing) using a film press.
  • a starch film is dosed onto the surface of a transfer roller, which is then transferred to the fibrous web in a transfer nip.
  • transfer rollers There is a tendency, particularly when sizing packaging papers, to use transfer rollers with harder surfaces.
  • Such film presses are described, for example, in DE102018100924 A1.
  • the object of the invention is to overcome the limitations of the hydrodynamic metering elements.
  • viscosity of the application medium is always meant the “high shear viscosity”, measured with the capillary viscometer at high shear rates > 1.E-05.
  • the task is solved by a device for metering or leveling a liquid or pasty application medium onto a moving surface.
  • the device comprises a metering element for contacting the application medium in a contact zone, as well as a pressing unit for pressing the metering element against the running surface.
  • the dosing element consists entirely or partially of a magnetic material, in particular a ferromagnetic material, and that the device further comprises at least one magnetic element which has a repelling or attractive effect on the dosing element.
  • the magnetic element is arranged such that the magnetic force between the pressing unit and the contact zone, in particular in the area of the contact zone, acts on the metering element.
  • the at least one magnetic element is designed in such a way that the magnetic force counteracts the pressing force of the pressing unit and the magnetic force has a particularly attractive effect on the metering element.
  • the magnetic force acts as a return force for the dosing element.
  • the magnetic force has a repelling effect on the metering element and completely or partially takes over the function of the pressing unit.
  • a return force is provided for the metering element, which counteracts the repelling magnetic force. This can be achieved using return means such as a pre-stressed or bent elastically resilient blade, a pre-stressed, elastically resilient holder of the doctor rod or comparable means.
  • the magnetic force is essential for the functioning of the dosing device.
  • the repelling magnets take on the function of the pressing unit.
  • a return force for example via a prestressed or bent elastically resilient blade or a prestressed, elastically resilient holder of the doctor rod, can be influenced and sensitively regulated by changing the repelling magnetic force.
  • such a design is very advantageous because the metering device requires few mechanical parts and is therefore simple and inexpensive to manufacture.
  • the elements known from the prior art can be used as metering elements. It is advantageous to use smooth, non-grooved squeegee rods.
  • the squeegee rods can be hard or soft squeegee rods, and their surface can consist, for example, of a rubber, a polyurethane or a metal.
  • Metering blades are advantageous for use in a device according to aspects of the invention since they often already consist of a magnetic or ferromagnetic material. But such magnetic or ferromagnetic elements can also be easily attached to the metering devices with doctor rods.
  • the contact pressure with which the dosing element is pressed against the running surface can also be adjusted essentially via the pressure unit within the scope of the invention.
  • These pressing units are usually mechanical pressing units, whereby the pressing force can be generated, for example, by means of adjusting screws, by means of a pressure hose or by means of deflection.
  • the blade geometry such as the blade deflection and the position of the contact zone can also be adjusted using the pressing unit.
  • the contact zone is the area where the metering element is in contact with the application medium or the area where the hydrodynamic force acts on the metering element.
  • the inventor has recognized that by adding a magnetic field (for example in the form of one or more magnetic elements), particularly in the area of this contact zone, the contact pressure can be very precisely and specifically influenced, in particular reduced.
  • a magnetic field for example in the form of one or more magnetic elements
  • the contact force can now be influenced very specifically and very sensitively.
  • the magnetic element acts on the dosing element, which must consist of a magnetic or ferromagnetic material or at least include an element made of magnetic or ferromagnetic material. In principle, this effect can be repulsive or attractive.
  • the at least one magnetic element is designed in such a way that the magnetic force counteracts the contact pressure of the pressure unit. In this case, the magnetic element relieves the contact pressure that the metering element exerts on the running surface to be coated, without any significant change in geometry being noticeable in the positioning or deflection of the metering element.
  • Another advantage of this device is that by providing magnetic elements it is possible to influence the contact pressure without noticeably changing the geometry of the metering element, such as the blade deflection or the contact zone.
  • the magnetic field of dispensing blades tends to change the stiffness of the blade, but hardly changes the deformation of the blade.
  • the effect of the magnetic element is - for an external observer - similar to a (virtual) increase in the viscosity of the application medium when dosing liquid or pasty films hydrodynamically.
  • the proposed solution is also advantageous because it can be easily retrofitted into existing systems.
  • the magnetic element simply needs to be added to the holding device of the dosing element. Likewise, this magnetic element can be guided sensitively with a precise positioning device without major difficulties. This means that the user can significantly expand the range of applications of his coating devices with little outlay on costs. Since dismantling is also possible very quickly and easily by removing the magnetic elements, The user does not take any risk when converting, which further increases the acceptance of the new device.
  • the magnetic element can be designed as an electromagnet or as a permanent magnet.
  • the distance of the magnetic element from the metering element is less than 20mm, especially less than 10mm, in particular less than 5mm. Distances of 1 mm or less are also possible.
  • the magnetic force that acts on the metering element can be controlled.
  • the effect of the magnetic force on the metering element can be switched off completely or largely.
  • the magnetic force can also be controlled when using permanent magnets.
  • the distance between the magnetic element and the metering element is adjustable.
  • a manually operated adjustment device is conceivable for such an adjustment.
  • at least one servomotor is provided in order to adjust the distance of the magnetic element to the metering element.
  • servomotors especially with linear servomotors, a very precise and sensitive adjustment of the distance can be achieved.
  • a movement of the magnets in the pm range or in the 1/10 mm range relative to the magnetic or ferromagnetic part of the dosing element is possible here, whereby the magnetic force acting on the dosing element can be reduced or increased in very small steps. The dosing element can therefore be relieved by the magnetic force in very fine steps.
  • the metering elements in modern systems such as paper machines can extend over 10 m or more.
  • the magnetic element extends over the entire length of the metering element (in the cross-machine direction).
  • the magnetic element can be designed as a continuous magnetic strip.
  • the magnetic element can be constructed from several individual magnets that are arranged next to one another. The distances between these individual magnets can be adjusted to the type of dosing element and the materials used. The distances between two adjacent magnets are often 10mm or more, in particular 20mm or more.
  • the pitch and thus the distance between adjacent magnetic segments
  • the pitch can be in the range of 50mm to 100mm or in individual cases more than 100mm.
  • means for profiling the magnetic force are provided over the length of the metering element and thus in the transverse direction of the machine when the device is installed.
  • a very precise profiling of the active contact pressure on the running surface is possible.
  • These means can be implemented, for example, in that when using several individual magnets, several, in particular all, of these magnets are provided with a servomotor in order to adjust the distance between the magnets and the dosing element.
  • a plurality of electromagnets can also be used, in which the magnetic force can be changed independently of one another, for example by varying the current strength.
  • manual adjustment using a spindle with a fine spindle movement is also possible.
  • the magnetic force per cm is between 0.01 g/cm and 10 kg/cm, preferably between 0.1 g/cm and 10 kg/cm, in particular between 0.05 g/cm and 5 kg/cm. cm, particularly preferably between 0.5 g/cm and 3 kg/cm. It is particularly advantageous if the magnetic force is on the dosing element can be varied in the specified ranges - for example by varying the distance of the magnetic element from the dosing element.
  • the magnetic or ferromagnetic material used does not lose its ferromagnetic properties, even if there is an increased temperature at the place of use - for example due to an operating error or extraordinary production situations.
  • the Curie temperature (Tc) of the magnetic or ferromagnetic material is at least 80 ° C, in particular at least 100 ° C.
  • a starch solution is used as the application medium. This must be heated before application.
  • the starch used wheat, potato, corn, rye starch
  • the temperature required for gelatinization varies, which means that the heating of the dosing element due to contact with the starch can vary.
  • the dosing element can be used for all common types of starch without the risk of a loss of the magnetic properties of the magnetic or ferromagnetic material, and thus to a There is a malfunction in the function of the dosing device.
  • Neodymium magnets can be set to temperatures of over 100°C using Curie. These materials are therefore particularly suitable for use as a magnetic or ferromagnetic material for the metering element.
  • Neodymium magnets are particularly suitable because they can provide high magnetic forces with a small material volume, which enables a compact design of the application device.
  • the task is solved by a method for metering or leveling a liquid or pasty application medium onto a running Surface, wherein the application medium is first applied to the running surface and then metered or leveled using a device, the device being designed according to one aspect of the invention.
  • the running surface can be either a material web to be coated, for example a paper, packaging or cardboard web (“direct coating”).
  • the running surface can also be the surface of a transfer element, in particular a transfer roller, from which the application medium is then transferred to the material web.
  • the application medium has a “high-shear viscosity” of less than 80 mPas, and/or a film with a film thickness between 5pm and 100pm, in particular between 5m and 50pm, is dosed.
  • a particularly preferred embodiment is the use of a starch solution as the application medium.
  • low-viscosity application liquids can also be used as the application medium for producing barrier layers (water-vapor barriers, fat barriers, oxygen barriers, bacterial barriers, light barriers, etc.).
  • a device comes into play in particular when such a device is used for metering or leveling a liquid or pasty application medium onto a running surface, the running surface being the surface of a roller, and this surface having a hardness between 60 -100 shoreD, preferably between 80 - 95 shoreD.
  • Such rollers are increasingly being used in the area of starch application.
  • hard-nip sizing a starch solution is dosed onto two hard rollers in a film press and then into one The transfer gap formed by the two rollers transfers the starch to a fibrous web.
  • the application medium can be transferred from the roller surface to a fibrous web, for example a paper, cardboard or packaging web, by means of a transfer nip.
  • a fibrous web for example a paper, cardboard or packaging web
  • the application medium can be metered directly onto a fibrous web as a running surface.
  • the application medium can be metered directly onto a fibrous web as a running surface.
  • it can be guided on a roller, particularly in the area of application.
  • the fibrous web When applied directly and indirectly, can have a basis weight between 20 and 400 g/m 2 , preferably between 40 - 120 g/m 2 .
  • the running surface can have a speed of more than 1000 m/min, in particular more than 1500 m/min, preferably 1800 m/min or more.
  • Figure 1 shows a device for dosing and leveling according to one aspect of the present invention.
  • Figure 2 shows a device for dosing and leveling according to a further aspect of the present invention
  • Figures 3a and 3b show schematically one aspect of the mode of operation in a variant of the present invention.
  • Figures 4a and 4b show a device for dosing and leveling according to further aspects of the present invention
  • Figure 5 shows schematically one aspect of the mode of operation in a further variant of the present invention.
  • Figure 1 shows a device according to one aspect of the invention.
  • a dosing blade 1 is used as the dosing element 1.
  • This metering blade 1 is pressed against the running surface 5 by means of a pressing unit 2.
  • the pressing unit 2 is realized here as a mechanical pressing unit 2, the pressing being controlled by means of an adjusting screw.
  • a plurality of such adjustment screws are arranged along the length of the metering element 1 in order to enable the contact pressure to be profiled.
  • other implementations of the pressing unit 2 are also possible and in use.
  • An application medium 4 is applied to the running surface 5 by means of an application unit that is not explicitly shown.
  • the metering blade 1 is in contact with the application medium 4 in a contact zone 6. If the application medium 4 is applied in excess, the excess application medium 4 can be removed by the metering blade 1, so that only the desired amount remains metered on the moving surface 5. Alternatively or additionally, the application medium 4 can also be equalized over the length of the metering element 1 using the blade 1.
  • a magnetic element 3 is also provided in the device. This magnetic element 3 is arranged so that the magnetic force between the pressing unit 2 and the Contact zone 6 - in Figure 1 directly in the area of contact zone 6 - acts on the metering element 1.
  • the entire metering element 1 is made in the form of a metering blade 1 from a magnetic or ferromagnetic material.
  • an element made of a magnetic or ferromagnetic material is attached to the metering element 1 in the area of the contact zone 6.
  • the magnetic element 3 can be realized via electromagnets or permanent magnets. A plurality of such magnets can be arranged next to one another along the length of the metering element 1 in order to enable profiling. Alternatively, the magnetic element 3 can also be designed, for example, as a continuous magnetic strip 3.
  • Neodymium magnets are particularly suitable because they can provide high magnetic forces with a small material volume, which enables a compact design of the application device.
  • the magnetic force that acts on the metering element 1 can be controlled.
  • this is achieved in that the distance between the magnetic element 3 and the metering element 1 is adjustable. This can be done, for example, using suitable servomotors, e.g. linear servomotors.
  • Figure 2 shows an alternative implementation of a device according to aspects of the present invention.
  • the dosing element 1 is not a dosing bell. Instead, dosing is carried out using a doctor rod 8, which is rotatably mounted in a holder.
  • Figure 2 also shows an implementation of hydrodynamic metering here.
  • the doctor rod 8 is advantageously designed as a smooth doctor rod 8. This touches the application medium 4 in a contact zone 6, but does not directly touch the running surface 5 during hydrodynamic application.
  • the holders for the doctor rod 8 are often made of a non-magnetic plastic material.
  • an additional element made of magnetic or ferromagnetic material 7 is provided here as an example, which is attached to the metering element 1 in particular in the area of the contact zone.
  • Figures 3a and 3b are intended to once again show an example of an aspect of the mode of operation of an embodiment of the present invention.
  • Figure 3a shows the force situation in the contact zone 6.
  • the contact force F-blade of a metering blade 1 acts in the direction of the running surface 5, while the hydrodynamic force F-hydrodyn of the application medium acts in the opposite direction.
  • This resulting force AF will therefore be directed in the direction of the running surface 5 and will reduce the film thickness until equilibrium is achieved. This will not result in the desired floating of the metering element 1 (“aquaplaning”) and the metering element 1 can even do the running Touch surface 5 because no “lubricant film” forms.
  • a further force component is now added with the magnetic force F-magnet.
  • This acts in the same direction as the hydrodynamic force F-hydrodyn.
  • the magnetic force F-magnet can now advantageously be adjusted so that the resulting force AF is no longer directed in the direction of the blade force F-blade, but in the direction of the hydrodynamic force F-hydrodyn.
  • the resulting force AF can be adjusted very precisely in embodiments according to aspects of the invention, for example to achieve a desired film thickness despite the low viscosity of the application medium 4 or the low speed of the moving surface 5.
  • Figures 4a and 4b show further possible implementations of a device according to aspects of the present invention.
  • the device from Figure 4a largely corresponds to the device from Figure 2. Only the element made of magnetic or ferromagnetic material 7 was replaced by another magnetic element 3a replaced.
  • the two magnetic elements 3, 3a are arranged relative to one another in such a way that the two magnetic elements 3, 3a attract each other.
  • the mode of operation of this embodiment is essentially analogous to the embodiment in Figure 2.
  • the additional magnetic element 3a increases the acting magnetic force in comparison to the element made of magnetic or ferromagnetic material 7.
  • the device in Figure 4b also replaces the element made of magnetic or ferromagnetic material 7 with a further magnetic element 3a.
  • the magnetic elements 3, 3a in Figure 4b are arranged relative to one another in such a way that the magnetic elements repel each other!
  • the metering element 1 is pressed in the direction of the running surface 5 via a pressing unit 2.
  • the attractive effect of the magnetic elements 3, 3a counteracts this blade force and relieves the dosing element 1.
  • the magnetic force acts in the direction of the hydrodynamic force, while the blade force acts against the hydrodynamic force.
  • the magnetic force acts against the hydrodynamic force.
  • the metering unit 1 is designed so that the blade force acts in the direction of the hydrodynamic force.
  • the metering device 1 has a blade or spring part which is intended to push the metering device 1 away from the running surface 5.
  • the function of the pressing unit 2 is taken over by the repelling magnetic elements 3, 3a.
  • Figure 5 shows schematically the operation of an embodiment of the invention in Figure 4b.
  • the magnetic force F-magnet acts against the blade force F-blade.
  • the magnetic force F-magnet can be adjusted very sensitively, so that the resulting force AF from F-magnet on one side and F-blade and hydrodynamic force F-hydrodyn on the other side has the desired value.
  • the attractive magnetic force F-magnet is used exclusively to adjust the resulting force AF.
  • the magnetic force F-magnet is essential for the functioning of the metering device.
  • the repelling magnets 3, 3a here take on the function of the pressing unit 2.
  • a pre-tensioned or bent elastic-resilient blade or a pre-stressed elastic-resilient holder of the doctor rod can be influenced and sensitively regulated by changing the repelling magnetic force F-magnet.
  • such a design is very advantageous because the metering device requires fewer mechanical parts and is therefore simpler and cheaper to manufacture.

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Abstract

Vorrichtung und Verfahren zum Dosieren oder Egalisieren eines flüssigen oder pastösen Auftragsmediums auf eine laufende Oberfläche umfassend ein Dosierelement zum Kontaktieren des Auftragsmediums in einer Kontaktzone, sowie eine Anpresseinheit zum Anpressen des Dosierelements gegen die laufende Oberfläche, wobei das Dosierelement ganz oder teilweise aus einem magnetischen bzw. ferromagnetischen Werkstoff besteht, und dass die Vorrichtung weiterhin zumindest ein Magnetelement umfasst, welches so angeordnet ist, dass die Magnetkraft zwischen der Anpresseinheit und der Kontaktzone, insbesondere im Bereich der Kontaktzone auf das Dosierelement wirkt auf das Dosierelement wirkt.

Description

Vorrichtung, Verwendung und Verfahren zum Dosieren oder Egalisieren
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dosieren oder Egalisieren eines flüssigen oder pastösen Auftragsmediums auf eine laufende Oberfläche gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1 , sowie ein zugehöriges Verfahren und eine Verwendung.
Bei der Veredlung von Faserstoffbahnen wie zum Beispiel beim Streichen oder Leimung von Papier-, Karton- und Verpackungsbahnen werden häufig flüssige oder pastöse Auftragsmedien als dünne flüssige Filmen auf die Faserstoffbahn oder eine Übertragungsfläche aufgetragen. In der Regel liegen diese Filmdicken im Bereich von 1 pm bis 100 pm. Zum Dosieren dieser Auftragsmedien können sowohl volumetrische als auch hydrodynamische Dosierprinzipien verwendet werden.
Zum Dosieren können beispielsweise die aus der EP1761341 B1 und der WO 02/27097 bekannten Dosiervorrichtungen verwendet werden. Beim volumetrischen Dosieren kommen dabei gerillte Rakelstäbe zum Einsatz, während für das hydrodynamische Dosieren glatte Rakelstäbe eingesetzt werden. Auch Rakelklingen können, wie in der WO 02/27097 gezeigt, können zum Dosieren verwendet werden. Während beim volumetrischen Dosieren der Rakelstab die Auftragsfläche berührt, schwimmt beim hydrodynamischen Dosieren der Rakelstab oder auch die Rakelklinge auf, ohne die Auftragsfläche zu berühren (Aquaplaning-Effekt). Die beiden Dosierprinzipien können jedoch auch auf andere Weisen realisiert werden. So können zum hydrodynamischen Dosieren beispielsweise auch Klingen als Dosierelemente eingesetzt werden.
Allen hydrodynamischen Dosierelementen gemein ist, dass sie nicht im direkten Kontakt mit dem Substrat stehen, weil das hydrodynamische Dosierelement auf dem flüssigen Film aufschwimmt (wie beim Aquaplaning), ohne dass dieses die Oberfläche der Auftragswalze oder des Substrates berührt.
Volumetrisches Dosieren wird vorwiegend eingesetzt, wenn die Auftragsflüssigkeiten eine sehr niedrige „Low Shear Viskosität“ aufweisen ( z.B. < 200 mPas Brookfield bei 100 rpm) oder wenn die Maschinen Geschwindigkeiten so niedrig sind (< 1000 m/min), dass mit den verfügbaren Hydrodynamischen Dosierelementen nicht ausreichende Hydrodynamik zur Filmbildung generiert werden kann. Volumetrische Dosierverfahren werden ebenfalls eingesetzt, wenn größere Filmdicken (> 25 pm) direkt oder indirekt auf die Faserstoffbahn aufgetragen werden müssen.
Hydrodynamische Dosierverfahren werden oder können nur eingesetzt werden, wenn „Low shear Viskosität“ des Auftragsmediums hoch ist (z.B. > 800 mPas Brookfield) bzw. wenn die „High shear Viskosität“ des Auftragsmediums hoch ist (z.B. > 80 mPas, Kapillar-Viskosimeter bei hohen Shear-Rates > 1.E-05). Um hydrodynamische Dosierung anwenden zu können, muss die Geometrie des Dosierelementes so gestaltet sein, dass diese einen ausreichenden hydrodynamischen Druck unter dem Dosierelement erzeugen kann, damit sich der flüssige Film in der gewünschten Filmdicke ausbilden kann. Je größer die Kontaktlänge zwischen Flüssigkeit und Dosierelement ist und umso größer wird die generierte Hydrodynamik unter dem Dosierelement. Je hoher die Maschinengeschwindigkeit oder je hoher die Viskosität, umso mehr Hydrodynamik wird erzeugt, so dass ein breites Arbeitsfenster für die Einstellung und Kontrolle der Nass-Filmdicke erzielt werden kann.
Ein häufiger und ökonomisch immer relevanter werdende Anwendungsfall für den Filmauftrag ist der Stärkeauftrag (Leimung) mittels einer Filmpresse. Dabei wird auf die Oberfläche einer Übertragungswalze ein Stärkefilm dosiert, welcher dann in einem Übertragungsnip auf die Faserstoffbahn übertragen wird. Hierbei geht besonders bei der Leimung von Verpackungspapieren die Tendenz dahin, Übertragungswalzen mit härteren Oberflächen einzusetzen. Derartige Filmpressen sind beispielsweise in der DE102018100924 A1 beschrieben.
Bei solchen Anwendungen tritt häufig die Situation auf, dass bei niedrigen Produktionsgeschwindigkeiten und/oder bei den technologisch notwendigen niedrigen Viskositäten von Stärkelösungen, die gewünschten Nassfilmdicken nicht mit hydrodynamischen Dosierelementen generiert werden. Diese notwendigen Filmdicken können nur mit volumetrischen Dosierelementen erzeugt werden. Volumetrische Dosierelemente müssen jedoch im direkten Kontakt mit der Auftragsfläche, in dem Fall der Übertragungswalze stehen. Dadurch verschleißen die Dosierelementen oder die Übertragungswalzen sehr schnell. Dadurch können auch negative Markierungen im Auftragsbild auf dem Substrat erzeugt werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Limitierungen der hydrodynamischen Dosierelemente zu überwinden.
Es ist insbesondere Aufgabe der Erfindung, hydrodynamische Dosierelemente vorzuschlagen, die einen im Vergleich zum Stand der Technik deutlich vergrößerten Anwendungsbereich aufweisen.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, den Einsatzbereich von Filmpressen insbesondere auf dem Gebiet des Hard-Nip-Sizing zu erweitern.
Sofern nicht explizit anders beschrieben, wird im Rahmen dieser Anmeldung mit der Viskosität des Auftragsmediums immer die die „High shear Viskosität“ gemeint., gemessen mit dem Kapillar-Viskosimeter bei hohen Shear-Raten > 1.E-05.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung entsprechend dem unabhängigen Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 14 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum Dosieren oder Egalisieren eines flüssigen oder pastösen Auftragsmediums auf eine laufende Oberfläche. Die Vorrichtung umfass ein Dosierelement zum Kontaktieren des Auftragsmediums in einer Kontaktzone, sowie eine Anpresseinheit zum Anpressen des Dosierelements gegen die laufende Oberfläche. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Dosierelement ganz oder teilweise aus einem magnetischen Werkstoff, insbesondere einem ferromagnetischen Werkstoff besteht, und dass die Vorrichtung weiterhin zumindest ein Magnetelement umfasst, welches abstoßend oder anziehend auf das Dosierelement wirkt. In einer Ausführung kann vorgesehen sein, das Magnetelement so angeordnet ist, dass die Magnetkraft zwischen der Anpresseinheit und der Kontaktzone, insbesondere im Bereich der Kontaktzone auf das Dosierelement wirkt. Bei dieser Ausführung ist es vorteilhaft, wenn das zumindest eine Magnetelement so ausgeführt ist, dass die Magnetkraft der Anpresskraft der Anpresseinheit entgegenwirkt und die Magnetkraft insbesondere anziehend auf das Dosierelement wirkt. Wirkt die Magnetkraft als Rückholkraft für das Dosierelement.
In einer weiteren Ausführung kann vorgesehen sein, dass die Magnetkraft abstoßend auf das Dosierelement wirkt, und ganz oder teilweise die Funktion der Anpresseinheit übernimmt. In solchen Ausführungen ist es vorteilhaft, wenn eine Rückholkraft für das Dosierelement vorgesehen ist, die der abstoßenden Magnetkraft entgegenwirkt. Dies kann über Rückholmittel wie beispielsweise eine vorgespannte bzw. durchgebogene elastisch-rückfedernde Klinge, eine vorgespante elastische Rückfedernde Halterung des Rakelstabes oder vergleichbare Mittel realisiert sein.
Bei den Ausführungen mit abstoßenden Magnetelementen ist die Magnetkraft wesentlich für das Funktionieren der Dosiervorrichtung. Die abstoßenden Magnete übernehmen hier die Funktion der Anpresseinheit. Durch die Veränderung der Magnetkraft kann die Anpresskraft des Dosierelements reguliert werden. Eine Rückholkraft, beispielsweise über eine vorgespannte bzw. durchgebogene elastisch- rückfedernde Klinge oder eine vorgespante elastische Rückfedernde Halterung des Rakelstabes kann durch die Änderung der abstoßenden Magnetkraft beeinflusst und feinfühlig reguliert werden. Insofern ist eine solche Ausführung sehr vorteilhaft, da die Dosiervorrichtung mit wenig mechanischen Teilen auskommt, und daher einfach und günstig herzustellen ist.
Als Dosierelemente können dabei die aus dem Stand der Technik bekannten Elemente wie Dosierklinge oder Dosierelemente mit Rakelstäben verwendet werden. Vorteilhafterweise kommen dabei glatte, nicht gerillte Rakelstäbe zum Einsatz. Die Rakelstäbe können harte oder weiche Rakelstäbe sein, und ihre Oberfläche beispielsweise aus einem Gummi, einem Polyurethan oder einem Metall bestehen. Dosierklingen sind für den Einsatz in einer Vorrichtung gemäß Aspekten der Erfindung vorteilhaft, da diese häufig schon aus einem magnetischen bzw. ferromagnetischen Werkstoff bestehen. Aber auch an die Dosiervorrichtungen mit Rakelstäben können sehr einfach solche magnetischen bzw. ferromagnetischen Elemente angebracht werden.
Wie bei den aus dem Stand der Technik bekannten Dosiervorrichtungen, kann auch im Rahmen der Erfindung die Anpresskraft, mit der das Dosierelement gegen die laufende Oberfläche gepresst wird, im Wesentlichen über die Anpresseinheit eingestellt werden. Üblicherweise sind diese Anpresseinheiten mechanische Anpresseinheiten, wobei die Anpresskraft beispielsweise mittels Einstellschrauben, mittels eines Anpressschlauchs oder mittels Durchbiegung erzeugt werden kann.
Insbesondere bei der Verwendung von Dosierklingen als Dosierelemente kann mittels der Anpresseinheit auch die Klingengeometrie wie die Klingendurchbiegung und die Lage der Kontaktzone eingestellt werden.
Die Kontaktzone ist dabei der Bereich, an dem das Dosierelement mit dem Auftragsmedium in Kontakt steht bzw. der Bereich, wo die hydrodynamische Kraft auf das Dosierelement wirkt.
Der Erfinder hat erkannt, dass durch Hinzufügen eines Magnetfeldes, (beispielsweise in Form von einem oder mehreren Magnetelementen) insbesondere im Bereich dieser Kontaktzone die Anpresskraft sehr genau und gezielt beeinflusst, insbesondere reduziert werden kann.
Dies ermöglicht insbesondere bei hydrodynamischen Dosierelementen einen deutlich vergrößerten Anwendungsbereich. Damit es zu dem geschilderten „Aquaplaning- Effekt“ kommt, muss die durch die Hydrodynamik erzeugte Kraft groß genug sein, um die Anpresskraft des Dosierelements zu kompensieren. Dies ist in vielen relevanten Anwendungsfällen aufgrund der niedrigen Geschwindigkeit oder aus der niedrigen Viskosität des Auftragsmediums nicht möglich.
Bei einer Reduzierung der Anpresskraft würde es aber zu einer Veränderung der Klingengeometrie kommen, was in der Regel unerwünscht ist. Außerdem erlauben die bekannten Anpressvorrichtungen nur eine grobe und relativ ungenaue Einstellung der Anpresskraft.
Mittels des vorgeschlagenen Magnetelements kann nun sehr gezielt und auch sehr feinfühlig die Anpresskraft beeinflusst werden. Das Magnetelement wirkt auf das Dosierelement, welches dafür aus einem magnetischen bzw. ferromagnetischen Material bestehen, oder zumindest ein Element aus magnetischen bzw. ferromagnetischem Material umfassen muss. Diese Wirkung kann prinzipiell abstoßend oder anziehend sein. Um die hydrodynamische Dosierung zu ermöglichen oder zu unterstützen ist es dabei aber vorteilhaft, wenn das zumindest eine Magnetelement so ausgeführt ist, dass die Magnetkraft der Anpresskraft der Anpresseinheit entgegenwirkt. Das Magnetelement entlastet in diesem Fall die Anpresskraft, welche das Dosierelement auf die laufende zu beschichtende Oberfläche ausübt, ohne dass es sich eine nennenswerte Geometrie-Veränderung in der Positionierung oder in der Durchbiegung des Dosierelements bemerkbar macht.
Ein weiterer Vorteil dieser Vorrichtung ist es, dass es durch das Vorsehen von Magnetelementen möglich ist, die Anpresskraft zu beeinflussen, ohne dabei die Geometrie des Dosierelements, wie die Klingendurchbiegung oder die Kontaktzone merklich zu verändern. Das magnetische Feld verändert bei Dosierklingen eher die Steifigkeit der Klinge, aber kaum die Verformung der Klinge.
Die Wirkung des Magnetelements ist -für einen externen Beobachter -beim hydrodynamischen Dosieren von flüssigen oder pastösen Filmen ähnlich, wie eine (virtuelle) Erhöhung der Viskosität des Auftragsmediums.
Die vorgeschlagene Lösung ist auch deshalb vorteilhaft, da sie auch in bestehenden Systemen sehr einfach nachgerüstet werden kann. Dabei muss lediglich in der Haltevorrichtung des Dosierelements das Magnetelement ergänzt werden. Ebenso kann dieses Magnetelement ohne größere Schwierigkeiten mit einer genauer Positioniervorrichtung feinfühlig geführt werden Somit ist für den Anwender eine signifikante Erweiterung des Anwendungsspektrums seiner Beschichtungsvorrichtungen mit geringem Aufwand an Kosten möglich. Da auch ein Rückbau durch Entfernen der Magnetelemente sehr schnell und einfach möglich ist, geht der Anwender bei der Umrüstung auch keinerlei Risiko ein, was die Akzeptanz der neuen Vorrichtung weiter erhöht.
Das Magnetelement kann als Elektromagnet oder auch als Permanentmagnet ausgeführt sein.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass der Abstand des Magnetelements vom Dosierelement weniger als 20mm, speziell weniger als 10mm, insbesondere weniger als 5mm beträgt. Auch Abstände von 1 mm oder weniger sind möglich.
In vorteilhaften Ausführungen kann vorgesehen sein, dass die Magnetkraft, die auf das Dosierelement wirkt, steuerbar ist. Insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass die Wirkung der Magnetkraft auf das Dosierelement ganz oder weitgehend abgeschaltet werden kann.
Bei der Verwendung von geeigneten Elektromagneten ist eine solche Steuerung sehr einfach über die Steuerung der Stromstärke möglich. Aber auch bei der Verwendung von Permanentmagneten kann die Magnetkraft gesteuert werden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, der Abstand des Magnetelements zum Dosierelement verstellbar ist.
Prinzipiell ist für eine solche Verstellung eine manuell bedienbare Einstell-Vorrichtung denkbar. Für eine solche Verstellung des Abstands ist es jedoch vorteilhaft, wenn zumindest ein Stellmotor vorgesehen ist, um den Abstand des Magnetelements zum Dosierelement zu verstellen. Mit solchen Stellmotoren, insbesondere mit linearen Stellmotoren kann eine sehr genaue und feinfühlige Verstellung des Abstands erreicht werden. Eine Bewegung der Magneten in pm-Bereich oder im 1/10 mm Bereich relativ zu dem magnetischen bzw. ferromagnetischen Teil des Dosierelements ist hier möglich, wodurch die auf das Dosierelement wirkende Magnetkraft in sehr niedrigen Schritte reduziert bzw. erhöht werden kann. Die Entlastung des Dosierelements durch die Magnetkraft ist daher in sehr feinen Schritten möglich.
Eine solche, sehr feinfühlige Änderung der Anpresskraft über das Anpresselement wäre mit den heute üblichen Anpresselementen nicht möglich. Die Dosierelemente in modernen Anlagen wie z.B. Papiermaschinen können sich über 10 m oder mehr erstrecken. Um eine gleichmäßige Steuerung der Kraft auf das Dosierelement zu ermöglichen ist es vorteilhaft, wenn sich das Magnetelement über die gesamte Länge des Dosierelements (in Maschinenquerrichtung) erstreckt.
Ein solches langes Magnetelement kann auf verschiedene Weisen realisiert sein. So kann das Magnetelement beispielsweise als kontinuierlicher magnetischer Streifen ausgeführt sein. Alternativ kann das Magnetelement aus mehreren einzelnen Magneten aufgebaut sein, die nebeneinander angeordnet sind. Die Abstände dieser einzelnen Magneten können an die Art des Dosierelement und die verwendeten Materialien angepasst werden. Häufig betragen die Abstände zweier benachbarter Magneten 10mm oder mehr, insbesondere 20mm oder mehr. Bei der Verwendung von magnetischen Dosierleisten (zusammengesetzt aus mehreren aneinander gereihten Magnetsegmenten) kann die Teilung (und damit der Abstand benachbarter Magnetsegmente) im Bereich von 50mm bis 100mm oder in einzelnen Fällen bei mehr als 100 mm liegen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn Mittel zur Profilierung der Magnetkraft über die Länge des Dosierelements und damit bei eingebauter Vorrichtung in Maschinenquerrichtung vorgesehen sind. Darüber ist eine sehr genaue Profilierung der aktiven Anpresskraft auf der laufenden Oberfläche möglich. Diese Mittel können beispielsweise dadurch realisiert sein, dass bei der Verwendung von mehreren einzelnen Magneten mehrere, insbesondere alle dieser Magneten mit einen Stellmotor versehen sind, um den Abstand der Magneten zum Dosierelement zu verstellen. Alternativ kann auch eine Mehrzahl von Elektromagneten zum Einsatz kommen, bei denen die Magnetkraft beispielsweise durch Variation der Stromstärke unabhängig voneinander verändert werden kann. Alternativ ist auch eine manuelle Verstellung über eine Spindel mit feinem Spindelgang möglich.
In bevorzugten Ausführungen kann vorgesehen sein, dass die magnetische Kraft pro cm zwischen 0.01 g/cm und 10 kg/cm, bevorzugt zwischen 0,1 g/cm und 10 kg/cm, insbesondere zwischen 0,05 g/cm und 5 kg/cm, besonders bevorzugt zwischen 0,5 g/cm und 3 kg/cm beträgt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die magnetische Kraft auf das Dosierelement in den angegebenen Bereichen variiert werden kann - beispielsweise durch Variation des Abstands des Magnetelements vom Dosierelement.
Um einen stabilen Betrieb der Vorrichtung zu ermöglichen ist es vorteilhaft, wenn der verwendete magnetischen bzw. ferromagnetische Werkstoff seine (ferromagnetischen Eigenschaften nicht verliert, auch wenn am Einsatzort -beispielsweise durch einen Bedienfehler oder außerordentliche Produktionssituationen- eine erhöhte Temperatur herrscht. In bevorzugten Ausführungen kann daher vorgesehen sein, dass die Curie-Temperatur (Tc) des magnetischen bzw. ferromagnetischen Materials mindestens 80°C, insbesondere mindesten 100°C beträgt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn als Auftragsmedium eine Stärkelösung verwendet wird. Diese muss vor dem Aufträgen erhitzt werden. Je nach verwendeter Stärke (Weizen-ZKartoffel- /Mais-/Roggen-Stärke) ist die für die Verkleisterung benötigte Temperatur unterschiedlich hoch, wodurch in der Konsequenz auch die Aufheizung des Dosierelement durch den Kontakt mit der Stärke unterschiedlich hoch sein kann. Bei einer Curie-Temperatur von über 80°C, insbesondere von über 100°C kann das Dosierelement aber für alle gängigen Stärkearten verwendet werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass es zu einem Verlust der magnetischen Eigenschaften des magnetischen bzw. ferromagnetischen Materials, und damit zu einer Störung der Funktion der Dosiervorrichtung kommt.
Neben Eisen (Tc= 759°C) und Nickel (Tc=353°C) weist beispielsweise auch CrO2 (Tc=116°C) eine entsprechende Curie-Temperatur aus. Neodym-Magneten können mit Curie Temperaturen von über 100°C eingestellt werden. Daher eignen sich insbesondere diese Materialien für die Verwendung als magnetischer bzw. ferromagnetischer Werkstoff für das Dosierelement.
Neodym-Magneten sind besonders geeignet, da diese hohe magnetische Kräfte bei kleinem Materialvolumen zur Verfügung stellen können, was ein kompaktes Design der Auftragsvorrichtung ermöglicht.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Dosieren oder Egalisieren eines flüssigen oder pastösen Auftragsmediums auf eine laufende Oberfläche, wobei das Auftragsmedium erst auf die laufende Oberfläche aufgebracht, und anschließend mittels einer Vorrichtung dosiert bzw. egalisiert wird, wobei die Vorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung ausgeführt ist.
Bei der laufenden Oberfläche kann es sich entweder um eine zu beschichtende Materialbahn handeln, beispielsweise ein Papier-, Verpackungs- oder Kartonbahn („direkte Beschichtung“). Alternativ kann es sich bei der laufenden Oberfläche auch um die Oberfläche eines Übertragungselements, insbesondere einer Übertragungswalze handeln, von der das Auftragsmedium danach auf die Materialbahn übertragen wird.
In vorteilhaften Ausführungen des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Auftragsmedium eine „High-Shear-Viskosität“ von weniger 80 mPas aufweist, und/oder ein Film mit einer Filmdicke zwischen 5pm und 100pm, insbesondere zwischen 5m und 50pm dosiert wird.
Eine besonders bevorzugte Ausführung ist die Verwendung eine Stärkelösung als Auftragsmedium.
Alternativ können als Auftragsmedium beispielsweise auch niedrig viskose Auftragsflüssigkeiten zur Herstellung von Barriere-Schichten (Wasser-Dam pf-Barriere, Fett-Barrieren, Sauerstoffbarrieren, bakterielle-Barrieren, Lichtbarrieren, etc.) verwendet werden.
Die Vorzüge eine Vorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung kommen insbesondere zum Tragen, wenn eine solche Vorrichtung zum Dosieren oder Egalisieren eines flüssigen oder pastösen Auftragsmediums auf eine laufende Oberfläche verwendet wird, wobei die laufende Oberfläche die Oberfläche einer Walze ist, und wobei diese Oberfläche eine Härte zwischen 60 -100 shoreD, bevorzugt zwischen 80 - 95 shoreD aufweist. Solche Walzen finden vermehrt im Bereich des Stärkeauftrags Verwendung. Beim sogenannten Hard-Nip Sizing wird in einer Filmpresse auf zwei harte Walzen eine Stärkelösung dosiert, und diese dann in einem aus den beiden Walzen gebildeten Übertragungsspalt die Stärke auf eine Faserstoffbahn übertragen.
Bei solchen harten Oberflächen ist die Verwendung von berührenden Dosiersystemen wegen des großen Verschleißes nicht gewünscht. Daher hat das berührungslose, hydrodynamische Dosieren hier besonders große Vorteile. Mit den hier vorgeschlagenen Vorrichtungen lässt sich ein deutlich vergrößerter Anwendungsbereich als bisher mittels hydrodynamischem Dosierens realisieren. Der Einsatzbereich von Filmpressen auf dem Gebiet des Hard-Nip-Sizing wird dadurch deutlich erweitert.
Beim Dosieren auf die Oberfläche einer rotierenden Walze, insbesondere einer harten Walze mit Oberflächenhärten zwischen 60 -100 shoreD ist es sehr vorteilhaft, wenn die Rundlaufabweichung sehr gering ins, und insbesondere im Bereich < 40 pm liegt. Dies ist für das stabile hydrodynamische Dosieren eines einer gleichmäßigen Filmdicke sehr vorteilhaft.
Beim Dosieren auf eine rotierende Walze kann das Auftragsmedium von der Walzenoberfläche mittels eines Übertragungsnips auf eine Faserstoffbahnbeispielsweise einer Papier-, Karton- oder Verpackungsbahn, übertragen werden. In diesem Fall spricht man von einem indirekten Auftrag.
Alternativ kann das Auftragsmedium direkte auf eine Faserstoffbahn als laufende Oberfläche dosiert werden. Beim diesem direkten Aufträgen auf die Oberfläche einer Faserstoffbahn kann diese insbesondere im Bereich des Auftrage auf einer Walze geführt sein.
Beim direkten sowie beim indirekten Auftrag kann die Faserstoffbahn eine Flächengewicht zwischen 20 und 400 g/m2, bevorzugt zwischen 40 - 120 g/m2 aufweisen.
Die laufende Oberfläche kann eine Geschwindigkeit von mehr als 1000 m/min, insbesondere mehr als 1500 m/min, bevorzugt 1800 m/min oder mehr aufweisen. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Erfindung ist dabei nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zum Dosieren und Egalisieren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Figur 2 zeigt eine Vorrichtung zum Dosieren und Egalisieren gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung
Figuren 3a und 3b zeigen schematisch einen Aspekt der Wirkungsweise bei einer Variante der vorliegenden Erfindung.
Figuren 4a und 4b eine Vorrichtung zum Dosieren und Egalisieren gemäß weiteren Aspekten der vorliegenden Erfindung
Figur 5 zeigt schematisch einen Aspekt der Wirkungsweise bei einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung. Dabei wird in dieser Ausführung als Dosierelement 1 eine Dosierklinge 1 verwendet. Diese Dosierklinge 1 wird mittels einer Anpresseinheit 2 gegen die laufende Oberfläche 5 angepresst. Die Anpresseinheit 2 ist hier als mechanische Anpresseinheit 2 realisiert, wobei die Anpressung mittels einer Einstellschraube gesteuert wird. Über die Länge des Dosierelements 1 sind eine Mehrzahl solcher Einstellschrauben angeordnet, um eine Profilierung der Anpresskraft zu ermöglichen. Alternativ sind aber auch andere Realisierungen der Anpresseinheit 2 möglich und in Verwendung.
Auf die laufende Oberfläche 5 ist mittels einer nicht explizit gezeigten Auftragseinheit ein Auftragsmedium 4 aufgetragen. Die Dosierklinge 1 steht in einer Kontaktzone 6 mit dem Auftragsmedium 4 in Kontakt. Wird das Auftragsmedium 4 im Überschuss aufgetragen, kann durch die Dosierklinge 1 das überschüssige Auftragsmedium 4 entfernt werden, so dass nur die gewünschte Menge auf der laufenden Oberfläche 5 dosiert bleibt. Alterativ oder zusätzlich kann durch die Klinge 1 das Auftragsmedium 4 aber auch über die Länge des Dosierelements 1 egalisiert werden.
In der Vorrichtung ist zudem ein Magnetelement 3 vorgesehen. Dieses Magnetelement 3 ist so angeordnet, dass die Magnetkraft zwischen der Anpresseinheit 2 und der Kontaktzone 6 -in Figur 1 direkt im Bereich der Kontaktzone 6- auf das Dosierelement 1 wirkt. Bei der in Figur 1 gezeigten Ausführung ist das das gesamte Dosierelement 1 in Form einer Dosierklinge 1 aus einem magnetischen bzw. ferromagnetischen Werkstoff gefertigt. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass im Bereich der Kontaktzone 6 ein Element aus einem magnetischen bzw. ferromagnetischen Werkstoff an dem Dosierelement 1 angebracht ist.
Das Magnetelement 3 kann über Elektromagnete oder Permanentmagnete realisiert sein. Über die Länge des Dosierelements 1 können eine Mehrzahl solcher Magnete nebeneinander angeordnet, um eine Profilierung zu ermöglichen. Alternativ kann das Magnetelement 3 aber z.B. auch als kontinuierlicher magnetischer Streifen 3 ausgeführt sein.
Neodym-Magneten eignen sich besonders, da diese hohe magnetische Kräfte bei kleinem Materialvolumen zur Verfügung stellen können, was ein kompaktes Design der Auftragsvorrichtung ermöglicht.
Vorteilhafterweise ist die Magnetkraft, die auf das Dosierelement 1 wirkt, steuerbar. Bei der Ausführung in Figur 1 ist die dadurch realisiert, dass der Abstand des Magnetelements 3 zum Dosierelement 1 verstellbar ist. Dies kann beispielsweise durch geeignete Stellmotoren, z.B. lineare Stellmotoren geschehen.
Figur 2 zeigt eine alternative Realisierung einer Vorrichtung gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung. Das Dosierelement 1 ist dabei im Unterschied zu Figur 1 keine Dosierklingel . Die Dosierung erfolgt stattdessen mittels eines Rakelstabs 8, der drehbar in einer Halterung gelagert ist. Die Figur 2 zeigt auch hier eine Realisierung des hydrodynamischen Dosierens. Der Rakelstab 8 ist dazu vorteilhafterweise als glatter Rakelstab 8 ausgeführt. Dieser berührt in einer Kontaktzone 6 das Auftragsmedium 4, jedoch beim hydrodynamischen Auftrag nicht direkt die laufende Oberfläche 5. Die Halterungen für den Rakelstab 8 sind häufig aus einem nicht magnetischen Kunststoffmaterial gefertigt. Um trotzdem die Wirkung der Magnetkraft des Magnetelements 3 auf das Dosierelement 1 zu ermöglichen, ist hier exemplarisch ein zusätzliches Element aus magnetischen bzw. ferromagnetischem Werkstoff 7 vorgesehen, welches insbesondere im Bereich der Kontaktzone am Dosierelement 1 angebracht. Für die Ausgestaltung der Anpresseinheit 2 sowie des Magnetelements 3 gilt dasselbe, wie bei den entsprechenden Elementen in Figur 1.
Die Figuren 3a und 3b sollen noch einmal exemplarisch einen Aspekt der Wirkungsweise einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigen. Figur 3a zeigt dabei die Kräftesituation in der Kontaktzone 6. Dabei wirkt die Anpresskraft F-Klinge einer Dosierklinge 1 in Richtung der laufenden Oberfläche 5, während die hydrodynamische Kraft F-hydrodyn des Auftragsmediums in die entgegengesetzte Richtung wirkt. Häufig ergibt sich dabei -z.B. bei Auftragsmedien 4 mit einer niedrigen „High-Shear-Viskosität“, eine sehr niedrigen Filmdicke, weil durch eine zusätzlich niedrige Geschwindigkeit der laufenden Oberfläche 5 die resultierenden Kraft AF in Richtung der Klingenkraft F-Klinge die hydrodynamische Kraft übertrifft. Somit wird diese resultierende Kraft AF in Richtung der laufenden Oberfläche 5 gerichtet sein und die Filmdicke so weit verringern, bis sich ein Gleichgewicht einstellt Dadurch kommt es nicht zu dem gewünschten Aufschwimmen des Dosierelements 1 („Aquaplaning“) und das Dosierelement 1 kann sogar die laufende Oberfläche 5 berühren, weil sich kein „Schmierfilm“ ausbildet.
Bei Vorrichtungen gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung tritt nun, wie in Figur 3b gezeigt, mit der Magnetkraft F-magnet noch eine weitere Kraftkomponenten hinzu. Diese wirkt in dieselbe Richtung, wie die hydrodynamische Kraft F-hydrodyn. Die Magnetkraft F-magnet kann nun vorteilhafterweise so eingestellt werden, dass die resultierende Kraft AF nicht mehr in Richtung der Klingenkraft F-Klinge, sondern in Richtung der hydrodynamischen Kraft F-hydrodyn gerichtet ist. Über eine Einstellung der Magnetkraft F-magnet kann die resultierende Kraft AF dabei in Ausführungen gemäß Aspekten der Erfindung sehr genau eingestellt werden, um beispielsweise eine gewünschte Filmdicke trotz niedriger Viskosität des Auftragsmediums 4 oder niedriger Geschwindigkeit der laufenden Oberfläche 5 zu erzielen.
Die Figuren 4a und 4b zeigen weiteren mögliche Realisierungen einer Vorrichtung gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung aus Figur 4a entspricht dabei weitgehend der Vorrichtung der Figur 2. Es wurde lediglich das Element aus magnetischem bzw. ferromagnetischem Werkstoff 7 durch ein weiteres Magnetelement 3a ersetzt. Die beiden Magnetelemente 3, 3a sind dabei so zueinander angeordnet, dass sich die beiden Magnetelemente 3, 3a anziehen. Somit ist die Wirkweise dieser Ausführung im Wesentlichen analog der Ausführung in Figur 2. Durch das weitere Magnetelement 3a wird um Vergleich zu dem Element aus magnetischem bzw. ferromagnetischem Werkstoff 7 allerdings die wirkende Magnetkraft verstärkt.
Auch die Vorrichtung in Figur 4b ersetzt das Element aus magnetischem bzw. ferromagnetischem Werkstoff 7 durch ein weiteres Magnetelement 3a. Im Gegensatz zu Figur 4a sind die Magnetelemente 3, 3a in Figur 4b so zueinander angeordnet, dass sich die Magnetelemente abstoßen!
Bei der Ausführung nach Figur 4a wird das Dosierelement 1 über eine Anpresseinheit 2 in Richtung der laufenden Oberfläche 5 gepresst. Die anziehende Wirkung der Magnetelemente 3, 3a wirkt dieser Klingenkraft entgegen und entlastet das Dosierelement 1. Die Magnetkraft wirkt bei diesen Ausführungen also in Richtung der hydrodynamischen Kraft, während die Klingenkraft entgegen der hydrodynamischen Kraft wirkt.
Bei Ausführungen wie in Figur 4b gezeigt, wirkt die Magnetkraft entgegen der hydrodynamischen Kraft. Dafür ist die Dosiereinheit 1 so ausgeführt, dass die Klingenkraft in Richtung der hydrodynamischen Kraft wirkt. Die Dosiereinrichtung 1 weist ein Klingen- bzw. Federteil auf, das die Dosiereinrichtung 1 von der laufenden Oberfläche 5 wegdrücken soll. Die Funktion der Anpresseinheit 2 wird durch die abstoßenden Magnetelemente 3, 3a übernommen.
Figur 5 zeigt schematisch die Wirkweise einer in Figur 4b Ausführung der Erfindung. Auch hier wirkt wieder die Magnetkraft F-magnet gegen die Klingenkraft F-Klinge. Auch hier kann die Magnetkraft F-magnet sehr feinfühlig eingestellt werden, so dass die resultierende Kraft AF aus F-magnet auf der einen Seite sowie F-Klinge und hydrodynamischer Kraft F-hydrodyn auf der anderen Seite den gewünschten Wert aufweist.
Bei den Ausführungen gemäß Figur 1 , 2 oder 4a dient die anziehende Magnetkraft F- magnet ausschließlich zum Einstellen der resultierenden Kraft AF. Bei den Ausführungen mit abstoßenden Magnetelementen 3, 3a ist die Magnetkraft F-magnet wesentlich für das Funktionieren der Dosiervorrichtung. Die abstoßenden Magnete 3, 3a übernehmen hier die Funktion der Anpresseinheit 2. Durch die Veränderung der Lage des Magnetes 3 gegenüber der Lage des abstoßenden Magnetes 3a kann die Anpresskraft des Dosierelements 1 reguliert werden. Eine vorgespannte bzw. durchgebogene elastisch-rückfedernde Klinge oder eine vorgespante elastische Rückfedernde Halterung des Rakelstabes kann durch die Änderung der abstoßenden Magnetkraft F-magnet beeinflusst und feinfühlig reguliert werden. Insofern ist eine solche Ausführung sehr vorteilhaft, da die Dosiervorrichtung mit weniger mechanischen Teilen auskommt, und daher einfacher und günstiger herzustellen ist.
Im Fall von Ausführungen mit anziehenden Magneten oder anziehendem Magnet und Ferromagnetische Rakelelement, kann es prinzipiell vorkommen, dass sich Magnetelement 3 und Rakelelement 7 zu stark anziehen, so dass es zu einem plötzlichen Springen und einem Anhaften des ferromagnetischen Rakelelementes an dem Magnet kommt. Diese Zustand ist nicht erwünscht.
Das kann sich ereignen, wenn eine bestimmte Mindestgrenze des Abstandes zwischen Magnetelement 3 und dem ferromagnetischen oder magnetische Rakelelement 7 unterschritten wird. Dieses Verhalten kann bei Ausführungen mit abstoßenden Magneten nicht auftreten, da die abstoßende Kraft ansteigt, wenn sich den Abstand zwischen den Magneten 3, 3a verringert.
Bezugszeichenliste
1 Dosierelement
2 Anpresseinheit 3 Magnetelement
3a Magnetelement
4 Auftragsmediums
5 laufende Oberfläche
6 Kontaktzone 7 Element aus magnetischem bzw. ferromagnetischem Werkstoff
8 Rakelstab

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung zum Dosieren oder Egalisieren eines flüssigen oder pastösen Auftragsmediums (4) auf eine laufende Oberfläche (5) umfassend ein Dosierelement (1 ) zum Kontaktieren des Auftragsmediums (4) in einer Kontaktzone (6), sowie eine Anpresseinheit (2) zum Anpressen des Dosierelements (1 ) gegen die laufende Oberfläche (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierelement (1 ) ganz oder teilweise aus einem magnetischen bzw. ferromagnetischen Werkstoff besteht, und dass die Vorrichtung weiterhin zumindest ein Magnetelement (3) umfasst, welches abstoßend oder anziehend auf das Dosierelement (1 ) wirkt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass und dass das Magnetelement (3) so angeordnet ist, dass die Magnetkraft zwischen der Anpresseinheit (2) und der Kontaktzone (6), insbesondere im Bereich der Kontaktzone (6) auf das Dosierelement (1 ) wirkt, wobei das zumindest eine Magnetelement (3) so ausgeführt ist, dass die Magnetkraft der Anpresskraft der Anpresseinheit (2) entgegenwirkt und die Magnetkraft insbesondere anziehend auf das Dosierelement (1 ) wirkt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetkraft abstoßend auf das Dosierelement (1 ) wirkt, und ganz oder teilweise die Funktion der Anpresseinheit (2) übernimmt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierelement Rückholmittel aufweist, die der abstoßenden Magnetkraft entgegenwirken.
5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierelement (1 ) eine Dosierklinge (1 ) oder einen Rakelstab (8) umfasst. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetkraft, die auf das Dosierelement (1 ) wirkt, steuerbar ist. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Magnetelements (3) zum Dosierelement (1) verstellbar ist. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Stellmotor, insbesondere ein linearer Stellmotor vorgesehen ist, um den Abstand des Magnetelements (1) zum Dosierelement (1 ) zu verstellen. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Magnetelements (3) vom Dosierelement (1 ) weniger als 20mm, insbesondere weniger als 5mm, bevorzugt 1mm oder weniger beträgt. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Magnetelement (3) über die gesamte Länge des Dosierelements (1 ) in Maschinenquerrichtung erstreckt. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Profilierung der Magnetkraft über die Länge des Dosierelements (1 ) vorgesehen sind. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Kraft pro cm zwischen 0,01 g/cm und 10 kg/cm, insbesondere zwischen 0,05 g/cm und 5 kg/cm, besonders bevorzugt zwischen 0,5 g/cm und 3 kg/cm beträgt. Vorrichtung nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Curie-Temperatur des magnetischen bzw. ferromagnetischen Materials mindestens 80°C, insbesondere mindesten 100°C beträgt. Verfahren zum Dosieren oder Egalisieren eines flüssigen oder pastösen Auftragsmediums (4) auf eine laufende Oberfläche (5), wobei das Auftragsmedium (4) erst auf die laufende Oberfläche (5) aufgebracht, und anschließend mittels einer Vorrichtung dosiert bzw. egalisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche ausgeführt ist. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragsmedium (4) eine „High-Shear-Viskosität“ von weniger 80 mPas aufweist, und/oder ein Film mit einer Filmdicke zwischen 5pm und 100 pm, insbesondere zwischen 5pm und 50pm dosiert wird. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zum Dosieren oder Egalisieren eines flüssigen oder pastösen Auftragsmediums (4) auf eine laufende Oberfläche (5), wobei die laufende Oberfläche (5) die Oberfläche (5) einer Walze ist, und wobei diese Oberfläche (5) eine Härte zwischen 60 -100 shoreD, bevorzugt zwischen 80 - 95 shoreD aufweist.
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