DE3916620A1 - Vorrichtung zum beschichten einer um eine gegenwalze gefuehrten materialbahn - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschichten einer um eine Gegenwalze geführten Materialbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Vorrichtungen zum Beschichten einer Materialbahn, die ein Auftragwerk mit einer aus einer Flüssigkeitskammer schöpfenden Auftragwalze ("flooded-nip coater") zum Auftragen von Beschichtungsmaterial im Überschuß und ein nachfolgendes Dosiersystem enthalten, ist es bekannt, das Dosiersystem zweistufig auszubilden. Das Dosiersystem enthält eine Vordosiereinrichtung, mit der ein großer Teil des im Überschuß aufgetragenen Beschichtungsmaterials, z. B. Streichfarbe, entfernt wird, anschließend wird mit einer Enddosiereinrichtung bis auf das gewünschte Strichgewicht abgerakelt. Der Einsatz einer Vordosiereinrichtung hat den Vorteil, daß zum Enddosieren gerade soviel Überschuß mitgeführt wird, wie für eine ausreichende Spülung am Enddosierelement erforderlich ist und daß am Enddosierelement durch Egalisierung des unregelmäßigen Überschusses hinter dem Auftragspalt gleiche Verhältnisse über die gesamte Bahnbreite bestehen. Man ist dabei bemüht, den Vordosiervorgang so einzustellen, daß eine teilweise Entwässerung einer dünnen, der Materialbahn nahen Grenzschicht des Beschichtungsmaterials stattfindet, in der die Festbestandteile (Pigmente und Bindemittel) des Beschichtungsmaterials weitestgehend immobilisiert sind. Die sich auf diese Weise bildende Schicht wirkt dann während des Enddosierens als Sperrschicht und verhindert das Eindringen von Festbestandteilen des Beschichtungsmaterials in die Papierbahn.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung, die dieses Ziel verfolgt, ist in der DE-PS 36 23 402 beschrieben. Dort ist mit Abstand von dem zwischen Auftragwalze und Gegenwalze befindlichen Auftragspalt ein elastisch abgestütztes Vordosierelement eingesetzt. Zwischen dem Vordosierelement und dem Auftragspalt befindet sich ein sich keilförmig verjüngender Leitkörper zur Führung des Beschichtungsmaterials, der vor dem Vordosierelement mit Öffnungen versehen ist, durch die das abgerakelte Beschichtungsmaterial in Richtung zur Auftragwalze abläuft.

In der Praxis hat sich jedoch als Nachteil gezeigt, daß Vordosiereinrichtungen, die nach dem hydrodynamischen Prinzip, also direkt gegen den Flüssigkeitsdruck auf der Materialbahn arbeiten (wie in der DE-PS 36 23 402 beschrieben), nur schwer kontrollierbar sind. Diese elastisch abgestützten Vordosiereinrichtungen benötigen zur Funktion einen merklichen Anpreßdruck gegen die Flüssigkeit. Es hat sich gezeigt, daß selbst bei geringstem Anpreßdruck die Entwässerung des Beschichtungsmaterials bereits zu stark ist, wodurch bei der Enddosierung rheologische Probleme auftreten, die sich im sogenannten "Überkochen" (engl. "bleeding") und/oder Streifen auf der Materialbahn bemerkbar machen. Der gewünschte positive Effekt der Entwässerung schlägt dann ins Negative um.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung zu schaffen, mit der auch bei hohen Bahngeschwindig­ keiten eine bessere Abdeckung bei geringerer Auftragmenge und reduzierten Anpreßkräften an der Enddosiereinrichtung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Nach der Erfindung werden konstruktiv einfach zwei vorteilhafte Auswirkungen erreicht. Zum einen ist es aufgrund der unelastischen Abstützung der Vordosiereinrichtung möglich nahezu ohne Druck auf den aufgetragenen Überschußfilm vorzudosieren. Damit werden die vorhin geschilderten Nachteile vermieden. Zum anderen wird mit der kammerförmigen Begrenzung des Auftragspaltes eine Stauwirkung erzielt, die eine Erweiterung des Auftragspaltes ermöglicht. Dies reduziert die Druckpenetration im Auftragspalt erheblich, so daß weniger Streichfarbe in das Papier gedrückt wird, ohne daß bei hohen Bahngeschwindigkeiten Unregelmäßigkeiten in Auftrag (z. B. Lufteinschlüsse) auftreten.

Die Unteransprüche enthalten bevorzugte, da besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.

Mit der Abstützung der Vordosiereinrichtung auf der Auftragwalze nach Anspruch 2 wird die Gleichmäßigkeit des Vordosierspaltes über die Bahnbreite sichergestellt. Die Verstellbarkeit nach Anspruch 3 ermöglicht eine Einstellung des Vordosierspaltes unabhängig vom Auftragspalt. Bei der Anordnung der angeströmten Stirnfläche nach Anspruch 4 trägt der wirksame Flüssigkeitsdruck zur gleichmäßigen Auflage der Vordosiereinrichtung auf der Auftragwalze bei, und es wird verhindert, daß hydrodynamische Kräfte die Vordosiereinrichtung von der Auftragwalze abheben.

Während die Ansprüche 5 und 6 Merkmale enthalten, die die Wartung vereinfachen, lassen sich mit den als Kühlkanäle dienenden Hohlräumen nach Anspruch 7 Farbablagerungen vermeiden. Mit dem Leitblech nach Anspruch 8 wird der Farbauftrag mit der Auftragwalze weiter vergleichmäßigt.

Die Zeichnung dient zur Erläuterung der Erfindung anhand eines vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispiels.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Beschichtungs­ vorrichtung,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt von Fig. 1 mit dem Vordosierelement.

Die Beschichtungsvorrichtung weist ein Auftragwerk 1 mit einer umlaufenden Auftragwalze 2 auf, die in bekannter Weise aus einer mit einem Zulauf 3 in Verbindung stehenden Flüssigkeitskammer 4 Beschichtungsmaterial in einen Auftragspalt 5 fördert, der sich zwischen der Auftragwalze 2 und einer Gegenwalze 6 befindet, um die die Materialbahn 7 geführt ist. An der Einlaufseite ist ein bis in den Auftragspalt 5 reichendes Leitblech 8 angeordnet, das an seiner der Auftragwalze 2 zugewandten Seite entsprechend dem Umfang der Auftragwalze 2 gekrümmt und mit einem geringen Abstand von dieser angeordnet ist, so daß ein Förderspalt 9 frei bleibt. Die der Auftragwalze 2 abgewandte Seite des Leitbleches 8 bildet eine Rücklauffläche für überschüssiges Material 10, das über eine Rücklaufleitung 11 einer Sammelleitung 12 zugeführt wird.

Im Anschluß an das Auftragwerk 1 folgt in Bahnlaufrichtung ein Dosiersystem 13, das aus einer Vordosiereinrichtung 14 und einer Enddosiereinrichtung 15 besteht. Die in der Fig. 2 detaillierter dargestellte Vordosiereinrichtung 14 weist als Grundkörper 16 ein sich über die Arbeitsbreite erstreckendes flaches Hohlprofil (z.B. aus mit Korrosionsschutz beschichtetem Aluminium) auf, dessen Hohlräume 17 als Kühlkanäle von einer Kühlflüssigkeit durchströmt werden. Der in etwa tangential zur Auftragwalze 2 angeordnete Grundkörper 16 ist an seiner der Gegenwalze 6 abgewandten Seite auf einem Träger 18 eines schwenkbaren Rahmens 19 in etwa tangential zur Auftragwalze 2 in Richtung zur Gegenwalze 6 verschiebbar gelagert. Die andere Seite reicht bis in den Bereich des Auftragspalts 5 und stützt sich dort mit von Abströmöffnungen 20 unterbrochenen Vorsprüngen 21 fest und unelastisch auf der Auftragwalze 2 ab. Die Vorsprünge 21 sind an ihrer auf der Auftragwalze 2 aufliegenden Fläche verschleißarm beschichtet oder es befinden sich dort separate Verschleißplättchen.

Die der Gegenwalze 6 zugewandte Stirnfläche 16.1 des Grundkörpers 16 - sie bildet die Anströmfläche für das aus dem Auftragspalt 5 austretende Beschichtungsmaterial - verläuft unter einem Winkel größer als 90° zur Tangente in der Auflagelinie des Grundkörpers 16 an die Auftragwalze 2 geneigt und bildet somit mit der Gegenwalze 5 einen spitzwinkelig zulaufenden Vordosierspalt 22. Die Stirnfläche 16.1 des Grundkörpers 16 schließt den Auftragspalt 5 auslaufseitig kammerförmig ab, wobei nur der schmale Vordosierspalt 22 und Abströmkanäle 23 entlang der Oberfläche der Auftragwalze 2 freibleiben.

Der Vordosierspalt 22 läßt sich durch Verschieben des Grundkörpers 16 auf dem Träger 18 sehr genau und unabhängig vom Auftragspalt 5 zwischen Auftragwalze 2 und Gegenwalze 6 einstellen. Er ist an seiner engsten Stelle wesentlich enger als der Auftragspalt 5.

Der Grundkörper 16 ist an seiner der Auftragwalze 2 zugewandten Seite in deren Bereich entsprechend zu deren Umfang gekrümmt ausgebildet und wird mit den Vorsprüngen 21 so auf Abstand gehalten, daß die Abströmkanäle 23 entstehen, durch die überschüssiges Beschichtungsmaterial abfließen kann, damit sich kein Druck zwischen der Auftragwalze 2 und dem Grundkörper 16 aufbaut, der diesen abheben würde. Ein Abheben des Grundkörpers 15 von der Auftragwalze 2 wird auch durch die stumpfwinkelig zur Tangente an die Auftragwalze 2 angeordnete Stirnfläche 16.1 vermieden, da so der sich im Vordosierspalt 22 aufbauende Flüssigkeitsdruck den Grundkörper 16 an die Walze 2 andrückt. Damit wird gleichzeitig gewährleistet, daß der Grundkörper 16 gleichmäßig auf der Auftragwalze 2 aufliegt und somit ein über die Arbeitsbreite gleichmäßiger Vordosierspalt 22 entsteht. Alternativ kann der Grundkörper 16 direkt auf der Auftragwalze 2 aufliegen. Dann enthält seine aufliegende Seite Bohrungen oder Schlitze, die Abströmkanäle bilden. Um ein sicheres Anlegen des Grundkörpers 16 an der Auftragwalze 2 zu sichern, ist auf seiner der Auftragwalze 2 abgewandten Seite ein vorgespanntes Federblech 24 befestigt, das den Grundkörper 16 gegen die Auftragwalze 2 andrückt. Das durch den Abströmkanal 23 abfließende überschüssige Beschichtungsmaterial wird über eine Kammer 25 der Sammelleitung 12 zugeführt.

Die den Vordosierspalt 22 begrenzende Anströmfläche des Grundkörpers 16 kann direkt von dessen Stirnfläche 16.1 gebildet sein. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die der Gegenwalze 6 benachbarte Kante, die die engste Stelle des Vordosierspaltes 22 begrenzt, als Verschleißteil auszubilden; z.B. dadurch, daß an dieser Stelle ein austauschbarer Draht eingelegt ist. In der Ausführungsform nach Fig. 2 wird die Anströmfläche von einem kurzen Blade 26 gebildet, das beim Ausführungsbeispiel von Permanentmagneten 27 gehalten wird. Das Blade 26 ist so bei einem Verschleiß austauschbar.

Im Anschluß an die Vordosiereinrichtung 14 folgt eine auf bekannte Weise aufgebaute Enddosiereinrichtung 15, die an einem getrennt vom Rahmen 18 schwenkbaren Rahmen befestigt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel enthält die Enddosiereinrichtung 15 als Dosierelement ein Schabermesser 28, das mit seinem Fuß in einem Klemmbalken 29 festgeklenmt ist und von einer Abstützleiste 30 abgestützt ist. Zwischen der Schabermesserspitze und der Papierbahn 7 besteht im Betrieb der Enddosierspalt 28.1. Anstelle des Schabermessers 28 können auch andere bekannte Enddosierelemente eingesetzt werden, z.B. eine angetriebene Rakelstange oder eine Schaberleiste, wie sie in der DE-PS 33 38 323 beschrieben ist. Das beim Enddosieren abgeschabte überflüssige Beschichtungsmaterial wird von der Wanne 31 aufgefangen und über einen Ablaufkanal 32 und die Kammer 25 ebenfalls der Sammelleitung 12 zugeführt. Im Betrieb läßt sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Spaltweite des Auftragspalts 5 auch bei hohen Bahngeschwindigkeiten (1000-2000 m/min) vorteilhaft auf Werte zwischen 1 und 3 mm vergrößern, ohne daß Lufteinschlüsse das Strichbild negativ beeinflussen. Durch die Stauwirkung im Auftragspalt 5 durch das Vordosierelement 14 wird eine Vergleichmäßigung des im Überschuß aufgetragenen Beschichtungsmaterials (z. B. Streichfarbe) bewirkt, wozu auch das Leitblech 8 durch die Trennung des in den Auftragspalt 5 zulaufenden Beschichtungsmaterials von dem rücklaufenden Beschichtungsmaterial beiträgt.

Der im Auftragspalt 5 aufgetragene Überschußfilm wird anschließend mit der Vordosiereinrichtung 14 auf eine wesentlich geringere Überschußmenge reduziert, die danach mit dem Enddosierelement (Schabermesser 28) bis auf das gewünschte Strichgewicht abgerakelt wird. Es hat sich für die Gleichmäßigkeit des Strichauftrages als vorteilhaft erwiesen, wenn die Öffnungsweiten der verschiedenen Spalte 5 bzw. 22 bzw. 28.1 etwa im folgenden Verhältnis zueinander stehen: Auftragspalt 5 : Vordosierspalt 22 : Enddosierspalt 28.1 ungefähr 50 : 10 : 1.

Mit der Vordosiereinrichtung 14 nach der Erfindung wird nahezu kein Druck beim Vordosieren auf den aufgetragenen Überschußfilm ausgeübt, da die Vordosiereinrichtung 14 nicht gegen den Flüssigkeitsdruck arbeitet, sondern fest und somit unelastisch abgestützt ist. So werden die eingangs beschriebenen Probleme beim Enddosieren aufgrund zu starker Entwässerung, wie Überkochen und Streifenbildung, vermieden. Durch die Kühlung mittels der Kühlkanäle durch die Hohlräume 17 werden Ablagerungen von Beschichtungsmaterial verhindert.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Beschichten einer um eine Gegenwalze geführten Materialbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, mit einer aus einer Flüssigkeitskammer schöpfenden Auftragwalze, die mit der Gegenwalze einen Auftragspalt bildet, und mit einem Dosiersystem mit einer Enddosiereinrichtung und einer in Bahnlaufrichtung davor angeordneten Vordosiereinrichtung, die mit der Gegenwalze einen Vordosierspalt bildet, gekennzeichnet durch eine unelastisch abgestützte Vordosiereinrichtung (14), die bis in den Bereich des Auftragspaltes (5) reicht und diesen auslaufseitig kammerförmig begrenzt, wobei zur Gegenwalze (6) der Vordosierspalt (22) und zur Auftragwalze (2) ein Abströmkanal (23) freibleiben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die Vordosiereinrichtung (14) auf der Auftragwalze (2) abstützt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vordosiereinrichtung (14) in Richtung zur Gegenwalze (6) verstellbar ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Beschichtungsmaterial angeströmte Stirnfläche (16.1) der Vordosiereinrichtung (14) unter einem Winkel größer als 90° zur Tangente an die Auftragwalze (2) in der Auflagelinie verläuft.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die angeströmte Stirnfläche (16.1) von einem austauschbaren Blade (26) gebildet wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an in die der Gegenwalze (6) benachbarte Kante der angeströmten Stirnfläche (16.1) der Vordosiereinrichtung (14) ein austauschbares Verschleißteil, insbesondere ein Draht, eingelegt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vordosiereinrichtung (14) einen Grundkörper (16) mit als Kühlkanäle dienenden Hohlräumen (17) enthält.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß einlaufseitig an der Auftragwalze (2) ein Leitblech (8) angeordnet ist, das bis in den Auftragspalt (5) reicht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Spaltweiten von Auftragspalt (5) : Vordosierspalt (22) : Enddosier­ spalt (28.1) ungefähr 50 : 10 : 1 beträgt.