Anmelder: Clouth Sprenger GmbH Johann-Clouth-Straße 1-5 42499 Hückeswagen 10730002WO 06.10.2023 THE/BRK Titel: Streichklinge zur Oberflächenveredelung von Papier und Karton Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Streichklinge zum direkten oder indirekten Auftragen eines flüssigen oder pastösen Streichmediums auf eine laufende Warenbahn. Dadurch wird die Oberfläche der Warenbahn veredelt und/oder deren Gebrauchseigenschaften verbessert. Solche Streichklingen werden auch als "coating blades" bezeichnet. Sie dienen vor allem der Oberflächenveredelung von laufenden Warenbahnen aus Papier oder Karton. Dazu wird in der Regel ein Kalzium- Karbonat-Wasser-Gemisch von einer feststehenden Streichklinge auf die Warenbahn aufgetragen. ^
Die Streichklinge ist so montiert, dass sie mit einer gewissen Vorspannung oder Federkraft auf der Warenbahn bzw. einer Walze, welche die Warenbahn trägt, oder direkt auf der Walze aufliegt. Die Streichklinge liegt mit ihrer Spitze auf der Warenbahn bzw. der darunter befindlichen Walze auf. Diese Anordnung ist an sich bekannt. Sie wird in Fachkreisen als "bent blade"- Anordnung bezeichnet. Aus der DE 29619 507 U1 ist eine Streichklinge in bent-blade- Anordnung bekannt. Zur Erläuterung der Funktionsweise einer solchen Streichklinge wird auf die DE 29619 507 U1 verwiesen. Zwischen der Walze und dem vorderen Teil der Streichklinge bildet sich ein Spalt, den das flüssige oder pastöse Streichmedium während des Streichvorhangs passiert, wenn sich die Warenbahn sich relativ zu der Streichklinge bewegt. Das geschieht aufgrund der Netwon'schen Haftbedingung. Ein kleiner Teil des in dem Spalt befindlichen Streichmediums wird in die Oberfläche der Warenbahn gedrückt. Die Streichklinge, welche aufgrund ihrer Elastizität eine gewisse Federkraft auf die Warenbahn ausübt, drückt das Streichmedium in die Oberfläche der Warenbahn und glättet gleichzeitig die Oberfläche von Warenbahn bzw. des Streichmediums. Dadurch ergibt sich eine sehr glatte Oberfläche der Warenbahn, nachdem diese mit dem Streichmedium versehen und auf diese Weise die Oberfläche der Warenbahn veredelt wurde. Ein Problem ist dabei, in der Praxis besteht das Streichmedium häufig aus einem Kalzium-Karbonat-Wasser-Gemisch mit einem Feststoffgehalt von oft mehr als 60%. Dabei treten in der Oberfläche der veredelten Warenbahn kleine Kratzer oder kleinste Markierungen auf, die letztendlich auf Agglomerationen der Feststoffe in dem Streichmedium
zurückzuführen sind. Diese Kratzer oder Markierungen sind unerwünscht, weil sie die Qualität der Oberfläche der veredelten Warenbahn mindern oder die Nutzung einschränken. Die Oberfläche veredelter Warenbahnen, die üblicherweise auf eine Trommel oder Rolle aufgewickelt werden und deren Oberfläche mit einer herkömmlichen Streichklinge veredelt wurden, weisen häufig mehr als 5000 Kratzer oder kleinste Markierungen je Rolle auf. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Streichklinge bereitzustellen, die es ermöglicht, die Zahl der Markierungen und Kratzer in veredelten Oberflächen von Warenbahnen signifikant zu verringern und dadurch die Qualität der Veredelung bzw. der Oberflächengüte der veredelten Warenbahnen deutlich anzuheben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Streichklinge für eine Auftragseinrichtung zum direkten oder indirekten Auftragen eines flüssigen oder pastösen Streichmediums auf eine laufende Warenbahn, insbesondere eine Papierbahn oder eine Kartonbahn, wobei die Streichklinge einen Grundkörper aus Stahl umfasst, wobei der Grundkörper eine Stirnseite, eine Unterseite und eine Oberseite aufweist, wobei im Betrieb die Oberseite der Warenbahn zugewandt ist, und wobei an der Unterseite des Grundkörpers eine Fase ausgebildet ist. Der Grundkörper besteht üblicherweise aus einem Eisenwerkstoff, insbesondere einem kohlenstoffhaltigen Stahl (Federstahl) oder Edelstahl. Der Werkstoff des Grundkörpers muss eine gewisse Elastizität aufweisen, da die Streichklinge während des Betriebs gebogen wird, um eine Federkraft bereitzustellen. Letztere dient dazu, das pastöse
Streichmedium in die Oberfläche der Warenbahn einzuarbeiten und die Oberfläche zu glätten. Außerdem kann über die Federspannung der Streichklinge die Dicke des Spalts zwischen der Gegenwalze bzw. der Warenbahn, der Streichklinge und dem zwischen Warenbahn und Streichklinge vorhandenen pastösen Streichmedium eingestellt werden. Zwischen der Gegenwalze bzw. der Warenbahn, der Streichklinge und dem Streichmedium stellt sich ein stationäres Gleichgewicht ein; ähnlich wie bei einem hydrodynamischen Gleitlager. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, an der Unterseite des Grundkörpers, das heißt, auf der der Warenbahn abgewandten Seite des Grundkörpers, eine Fase auszubilden. Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, an der Oberseite des Grundkörpers eine Gegenfase auszubilden. In jedem Fall hat die Ausbildung der Fase die Wirkung, dass zu ihrer Stirnseite hin die Streichklinge dünner und damit elastischer wird. Die erfindungsgemäße Kontur / das erfindungsgemäße Profil der Streichklinge hat überraschenderweise den Effekt gezeigt, dass die Zahl der Kratzer oder Markierungen in der Oberfläche einer Warenbahn von mehr als 5000 auf weniger als 100 reduziert werden konnte. Dieser drastische Zugewinn an Qualität lässt sich damit erklären, dass durch die höhere Flexibilität im Bereich der Spitze entstehende Agglomerate, die sich auf Grund des Geschwindigkeitsgefälles und vorherrschendem Druck unter der Klinge bilden, besser durchgelassen werden. Daraus resultiert, dass entstehende Agglomerate vor Erreichen einer kritischen Größe bzw. vor dem (negativen) Beeinflussen der Oberfläche den Spalt passieren können. Die Bildung solcher Anhaftungen und
Agglomerate wird durch die polierte Stirnfläche zusätzlich erschwert. Durch die Nachgiebigkeit der Streichklinge an ihrem allerletzten Ende, dort wo die Streichklinge den intensivsten Kontakt mit der Warenbahn bzw. der Gegenwalze hat, kann erstere vergleichsweise leicht ausweichen, wenn in dem pastösen Streichmedium eine Agglomeration von Feststoffen vorhanden ist. Durch das Nachgeben der Streichklinge im hinteren Bereich des Spalts zwischen Gegenbahn und Streichklinge können diese Agglomerate leichter durch den Spalt hindurch transportiert werden, so dass sie dort nicht stecken bleiben und Kratzer bzw. Markierungen verursachen. Es hat sich als Vorteil erwiesen, wenn ein Winkel α zwischen der Unterseite und der Fase in einem Bereich zwischen 4° und 15°, bevorzugt zwischen 5° und 12°, beträgt. Selbst diese vergleichsweise geringen Winkel zwischen der Unterseite der Fase und die vergleichsweise geringe Länge der Fase hat schon diesen signifikanten Rückgang der Kratzer oder Markierungen in der veredelten Oberfläche der Warenbahn bewirkt. Die Fase kann beispielsweise durch Schleifen hergestellt werden. Es hat sich weiter als ausreichend erwiesen, wenn eine Länge LF der Fase mindestens 0,5 mm, bevorzugt 0,7 mm, oder 0,9 mm beträgt. Eine weitere Reduzierung der Zahl der Kratzer und Markierungen ergibt sich, wenn die Stirnseite der Streichklinge poliert ist. Durch die polierte Oberfläche der Streichklinge haften die bereits erwähnten Agglomerate weniger gut an der Streichklinge. Schon durch das Polieren der Stirnseite der
Streichklinge konnte die Zahl der Kratzer und Markierungen in der veredelten Oberfläche einer Warenbahn um etwa 50% reduziert werden! Selbstverständlich ist die Kombination einer Fase an der Unterseite bzw. Oberseite des Grundkörpers und das Polieren der Stirnseite der Streichklinge besonders effektiv. Beide Erfindungen können jedoch auch einzeln zur Anwendung kommen. Es hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, wenn ein Winkel β zwischen der Unterseite und der Stirnseite der Streichklinge in einem Bereich zwischen 85° und 95° liegt. In einigen Anwendungen ist es vorteilhaft, wenn der Winkel β kleiner als 90°, bevorzugt kleiner als 89°, ist. In manchen Anwendungen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Winkel β größer als 90°, bevorzugt größer als 91°, ist. Die Auswahl des Winkels β ist – wie die anderen Parameter - durch Anwendungsversuche zu ermitteln. Sie hängt von der zu veredelnden Warenbahn, aber auch selbstverständlich von der Konsistenz und den Eigenschaften des Streichmediums, ab. Es ist auch möglich, an der Oberseite der Streichklinge in einem an die Stirnseite anschließenden Bereich eine Gegenfase auszubilden, wobei die Gegenfase und die Unterseite einen Winkel γ einschließen, der in einem Bereich zwischen 2° und 12°, bevorzugt bei etwa 4°, liegt. Auch dadurch konnte die Qualität der Oberfläche der veredelten Warenbahn gesteigert werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn eine Länge der Gegenfase mindestens 0,4 mm, bevorzugt aber 0,5 mm, 0,7 mm oder auch 0,9 mm, beträgt.
Die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Streichklinge wird verlängert, wenn an ihrer Oberseite eine Verschleißschutzschicht vorhanden ist, und diese Verschleißschutzschicht aus einem keramischen, einem karbidischen Material oder einem Verbundwerkstoff aus keramischen, metallischen Werkstoffen (Cermet) besteht. Wenn die Streichklinge an ihrer Oberseite eine Verschleißschutzschicht aufweist, dann ist es vorteilhaft, wenn die Oberseite des Grundkörpers (nicht die Oberseite der Streichklinge) und die Unterseite des Grundkörpers einen Winkel δ einschließen, der zwischen 2° und 6° liegt. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Winkel δ von 4° erwiesen. Auch dadurch wird eine gewisse Abnahme der Biegesteifigkeit der Streichklinge hin zur Stirnseite erreicht und auch dadurch kann die Zahl der Kratzer und kleinen Markierungen in der Oberfläche der veredelten Warenbahn reduziert werden. Vorteilhafte Dicken der Streichklinge und der Verschleißschutzschicht sind in den Unteransprüchen angegeben. An dieser Stelle sei nochmals der Hinweis erlaubt, dass es ebenfalls möglich ist, eine herkömmliche Bent-Blade- Streichklinge nur an der Stirnseite zu polieren, um die gewünschte Reduzierung der Zahl von Kratzern und Markierungen in der Oberfläche der veredelten Warenbahn zu erreichen. Die Anmelderin behält sich vor, auf diese Erfindung eine gesonderte Patentanmeldung einzureichen. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung Es zeigen: Figur 1 eine Bent-Blade-Streichklinge nach dem Stand der Technik; Figur 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Streichklinge; und Figur 3 eine stark vergrößerte Darstellung des Bereichs einer erfindungsgemäßen Streichklinge. Beschreibung der Ausführungsbeispiele In der Figur 1 ist eine aus der DE 29619 507 U1 bekannte Streichklinge bekannt. Die Streichklinge hat in ihrer Gesamtheit das Bezugszeichen 5. Dabei umfasst die aus dem Stand der Technik bekannte Streichklinge einen ersten Bereich 1, dessen Materialstärke größer ist als die eines zweiten Bereichs 2. Eine Stirnseite 7 bildet den "vorderen" Abschluss der Streichklinge 5. Die Streichklinge 5 ist in ihrem entspannten Zustand (nicht dargestellt) gerade. In dem in Figur 1 dargestellten Zustand ist sie so montiert, dass sie gebogen ist (sog. "bent blade"). Das hat zur Folge, dass der erste Bereich der Streichklinge 5 eine Federkraft in Richtung des Pfeils 9 auf eine Auftragswalze 3 ausübt. Die Oberseite der Streichklinge 5 hat das Bezugszeichen 17. Die Oberseite 17 bildet mit der zylindrischen Oberfläche der Auftragswalze 3 einen Spalt 11. Wenn sich die Auftragswalze 3 in Richtung des Pfeils an der ortsfesten Streichklinge 5
vorbeibewegt, nimmt die in der Regel zylindrische Oberfläche der Auftragswalze 3 das Streichmedium mit und bewegt es durch den Spalt 11. Die von der Streichklinge 5 auf die Auftragswalze 3 wirkende Federkraft in Richtung des Pfeils 9 führt bei der direkten Beschichtung dazu, dass das Streichmedium in die Oberfläche der zu veredelnden Warenbahn eingearbeitet wird. Sowohl bei der direkten als auch der indirekten Beschichtung glättet die Streichklinge 5 das Streichmedium auf der Warenbahn bzw. der Auftragswalze 3. Bei einer direkten Beschichtung läuft über die Auftragswalze 3 die zu veredelnde Warenbahn (nicht dargestellt). Bei einer indirekten Beschichtung wird ein pastöses oder flüssiges Streichmedium auf die Warenbahn (Papierbahn) aufgetragen und durch die Streichklinge auf die gewünschte Dicke reduziert. Das ist dem einschlägigen Fachmann wohlbekannt. In beiden Fällen befindet sich das pastöse Streichmedium (nicht dargestellt) in dem Spalt 11 zwischen der Auftragswalze 3 und der Streichklinge 5. Indem die Auftragswalze 3 in Drehung versetzt wird, bewegt sie sich samt der gegebenenfalls darauf befindlichen Warenbahn relativ zu der Streichklinge 5 und wird dadurch gleichmäßig in an sich bekannter Weise mit dem Streichmedium beschichtet. Dadurch wird die Oberfläche der Warenbahn veredelt. In der Figur 2 ist nun eine erfindungsgemäße Streichklinge 5 dargestellt. Bei ihr weist der erste Bereich 1, nicht - wie aus dem Stand der Technik bekannt - eine vergrößerte Materialstärke oder Dicke auf. Vielmehr ist in dem ersten Bereich 1 eine Fase 13 an der Unterseite 15 der Streichklinge 5 ausgebildet. Die Fase 13 endet an einer Stirnseite (siehe
Figur 3) der Streichklinge 5. Das führt zu einer bereichsweisen Reduktion der Dicke der Streichklinge 5. Die Oberseite 17 bildet mit der zylindrischen Oberfläche der Auftragswalze 3 den bereits erwähnten Spalt 11, durch den das Streichmedium gefördert wird, wenn sich die Auftragswalze 3 in Richtung des Pfeils an der ortsfesten Streichklinge 5 vorbeibewegt. Auch in der Figur 2 ist das Streichmedium nicht eingezeichnet. Die Dicke des Spalts 11 hängt u. a. von der Viskosität des Streichmediums, der Umfangsgeschwindigkeit der Auftragswalze 3 und der Federkraft der Streichklinge 5 sowie von den Maschineneinstellungen ab. Die Figur 3 ist eine vergrößerte Darstellung des Bereichs 1 der erfindungsgemäßen Streichklinge 5 dargestellt. Anhand dieser vergrößerten Darstellung werden nun die geometrischen Besonderheiten der Erfindung erläutert. Die Stirnseite der Streichklinge 5 ist mit 7 bezeichnet. Die Streichklinge 5 umfasst einen Grundkörper 21 aus einem Eigenwerkstoff, bevorzugt einem Stahl mit elastischen Eigenschaften (Federstahl). Sehr häufig werden auch Edelstähle aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit als Material für den Grundkörper 21 gewählt. Eine Oberseite des Grundkörpers (nicht der Streichklinge 5) ist mit 23 bezeichnet. Auf dieser Oberseite 23 ist eine Verschleißschutzschicht 25 aufgebracht, die wiederum die Oberseite 17 der Streichklinge 5 bildet. Erfindungsgemäß ist an der Unterseite 15 der Streichklinge 5 eine Fase 27 ausgebildet. Die Fase 27 führt dazu, dass die Dicke der Streichklinge 5 im Bereich der Stirnseite ein Minimum hat. Der Winkel α zwischen der Unterseite 15 und der
Fase liegt in einem Bereich zwischen 4° und 15°, im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt er etwa 9,5°. Eine Länge LF der Fase beträgt im dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 0,65 mm. Ein Winkel β zwischen der Unterseite und der Stirnseite 7 liegt in einem Bereich zwischen 85° und 95°. Dabei ist es in manchen Anwendungsfällen vorteilhaft, wenn der Winkel β kleiner als 90° und größer als 85° ist. In anderen Anwendungsfällen ist ein Winkel β größer 90° und kleiner 95° vorteilhaft. Der Winkel β kann auch 90° betragen. Überraschenderweise hat sich bei Versuchen und Tests herausgestellt, dass die erfindungsgemäße Fase 27 zu einer signifikanten Verbesserung der Qualität der Oberfläche einer Warenbahn führt. Beim Streichen einer Warenbahn treten kleine Kratzer und Markierungen auf, die unerwünscht sind. Sie gehen vermutlich auf Agglomerate der in dem Streichmedium vorhandenen Feststoffe oder Partikel zurück. Wenn diese Agglomerate durch einen zu engen Spalt 11 gezogen werden, verursachen sie die unerwünschten Kratzer und Markierungen. Durch die erfindungsgemäße Fase 27 an der Streichklinge 5 nimmt die Zahl der Kratzer und Markierungen drastisch ab. Von mehr als 5.000 pro Warenbahn auf weniger als 100! Daraus resultiert eine erhebliche Verbesserung der Oberflächengüte der veredelten Warenbahn. Außerdem sinken die Ausschussquote und die Zahl der Betriebsstörungen. Es gibt verschiedene Erklärungsansätze für diese vorteilhaften Effekte. Ein Ansatz geht davon aus, dass die Streichklinge 5 durch die Fase im Bereich der Stirnseite flexibler ist, so dass Agglomerate den Spalt 11 leichter passieren können.
Unabhängig davon, konnte die Wirksamkeit anhand verschiedener Versuche und deren Auswertung belegt werden. Es kann auch vorteilhaft sein, wenn an der Oberseite der Streichklinge 5 eine Gegenfase 29 ausgebildet ist, die mit der Unterseite 15 einen Winkel γ im Bereich zwischen 2° und 12°, bevorzugt von 4°, einschließt. Die Länge der Gegenfase LGF beträgt in der Regel 0,4 mm oder mehr. Oftmals ist es vorteilhaft, wenn sie 0,5 mm, 0,7 mm oder 0,9 mm beträgt. In den meisten Anwendungsfällen ist an der Oberseite 17 der Streichklinge eine Verschleißschutzschicht in Form einer Beschichtung vorhanden. Diese Verschleißschutzschicht kann aus einem keramischen, einem karbidischen Material oder einem Verbundwerkstoff aus keramischen und metallischen Werkstoffen bestehen. Um die Streichklinge 5 weiter zu optimieren, kann es vorteilhaft sein, wenn die Oberseite 23 des Grundkörpers und die Unterseite des Grundkörpers bzw. der Streichklinge 5 einen Winkel δ einschließen, der zwischen 2° und 6°, bevorzugt aber 4°, einschließt. Die Gegenfase verlegt die engste Stelle des Spalts 11 von der Stirnseite in den Spalt, so dass die von den Agglomeraten verursachten Kratzer und Markierungen anschließend noch geglättet werden können. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch zu einem wesentlichen Teil gelöst durch eine Oberflächenveredelungsstreichklinge umfassend einen Grundkörper aus Stahl, wobei der Grundkörper eine Stirnseite, eine Unterseite und eine Oberseite aufweist, wobei im Betrieb die Oberseite dem zu veredelnden Papier oder Karton zugewandt ist, wobei die Oberseite mindestens bereichsweise eine
optionale Verschleißschutzschicht aufweist, und wobei die Stirnseite poliert ist. Versuche haben ergeben, dass durch das Polieren der Stirnseite einer Streichklinge 5 die Zahl der Kratzer und Markierungen um etwa 50 % reduziert werden; selbst wenn die Streichklinge keine Fase an der Unterseite aufweist. Bezugszeichenliste 1 erster Bereich 2 zweiter Bereich 3 Auftrags- oder Gegenwalze 5 Streichklinge 7 Stirnseite 9 Pfeil 11 Spalt 13 Fase 15 Unterseite 17 Oberseite 19 - 21 Grundkörper 23 Oberseite des Grundkörpers 25 Verschleißschutzschicht 27 Fase α Winkel zwischen der 15 und Fase 13 LF Länge der Fase β Winkel zwischen Unterseite 15 und d Stirnseite 7 29 Gegenfase γ Winkel zwischen Unterseite 15 und Gegenfase 29 LGF Die Länge der Gegenfase δ Winkel zwischen Oberseite 23 des Grundkörpers und Unterseite 15 des Grundkörpers bzw. der Streichklinge 5