DE10084391B3

DE10084391B3 - Rakelbett und Rakel in einer Rollrakelstreichvorrichtung

Info

Publication number: DE10084391B3
Application number: DE10084391T
Authority: DE
Inventors: Petri Parni; Atte Takkinen
Original assignee: Metso Paper Oy
Current assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2013-02-21
Anticipated expiration: 2020-03-24
Also published as: FI106139B; SE0103195L; SE523538C2; FI990684L; FI990684A0; DE10084391T1; SE0103195D0; WO2000058555A1; AU3561300A

Abstract

Rakelvorrichtung zum Zudosieren der Menge an Beschichtungsmischung, die auf die Oberfläche einer sich bewegenden Papier- oder Kartonbahn (5) oder auf die Auftragwalzenoberfläche in einem Filmtransferbeschichter aufgebracht wird, und zum Einebnen der aufgebrachten Beschichtung, welche Rakelvorrichtung folgende Elemente umfasst: – ein Stützrahmenelement (2), – ein Rakelbett (3), das in dem Stützrahmenelement (2) aufgenommen ist, und – eine Rollrakel (1), die rotierbar in dem Rakelbett (3) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen des Rakelbetts (3), in dem die Rollrakel (1) gleichförmig bzw. gleichmäßig rotierbar gehalten ist, mit einer Oberflächenlage (6) beschichtet ist, die zur Verbesserung der Verschleißbeständigkeit und Gleiteigenschaften dieser Oberflächen dient.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rakel-Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Beim Beschichten einer Papier- oder Kartonbahn wird die Beschichtungsmischung erst auf die Oberfläche einer sich bewegenden Bahn aufgebracht, woraufhin die überschüssige Beschichtung von der Bahnoberfläche entfernt und die Beschichtungslage geglättet wird. Schließlich wird der überschüssige Feuchtigkeitsgehalt der Beschichtung entfernt. Beim Streichbeschichten, Messerbeschichten bzw. Rakeln wird zum Zumessen bzw. Einstellen der aufgebrachten Beschichtungsmenge und Glätten der Oberfläche der aufgebrachten Beschichtung eine Rakel (doctor blade) verwendet. Es können auch eine Rollrakel, eine Luftrakel oder verschiedene Arten von Rollen oder Klingen bzw. Rakeln für die Zudosierung der Beschichtungsmischung verwendet werden.
In den meisten Fällen ist die Rakel oder auch das Streichmesser eines Rakel-Beschichters eine Rollrakel. Die Rakel- oder auch Abstreichstange enthält einen Rahmen, der sich über die Maschinenbreite der Papier/Karton-Herstellungsmaschine erstreckt, und der verbunden ist mit einem flexiblen Lastbeaufschlagungsschlauch und einem Rakelbett, in dem die Abstreichstange oder Rollrakel (doctor rod) rotierbar gehalten ist. Die Rakel wird in dem Rakelbett mittels eines Antriebsmechanismus in der Regel in rückwärtiger Richtung der Bewegungsrichtung der sich bewegenden Bahn rotiert. Üblicherweise besteht das Rakelbett aus einem Polymermaterial, kann jedoch z. B. auch aus metallischen Materialien hergestellt sein. Auch die Rakel selbst kann aus einem Polymer- oder Metallmaterial bestehen.
Ein Problem, das regelmäßig in konventionellen Abstreichstangen-Konstruktionen auftritt, sind Vibrationen der Rakel, die die aufgebrachte Beschichtungslage nach dem Einebnen uneben machen. Derartige Vibrationen verursachen auch eine klar erkennbare Pulsierung beim Betrieb der Stangenantriebsmotoren. Ein plausibler Grund für die Vibrationen ist die hohe Reibung zwischen dem Rakelbett und der darin rotierenden Rakel. Es wurde auch festgestellt, dass die Amplitude der Vibrationen ansteigt, wenn die Papier/Kartonherstellungsmaschinen breiter sind. Um die Friktion zu verringern, kann der Spalt zwischen dem Rakelbett und der Rakel mit Wasser gefüllt werden, das als Schmiermittel fungiert. Jedoch kann das Schmierwasser aus dem Rakelbett in die Beschichtungsmischung austreten, womit die Beschichtung verdünnt und die Qualität der aufgebrachten Beschichtung verschlechtert wird.
Ein anderes Problem, das üblicherweise Rakel-Anordnungen verkompliziert, ist eine schnelle Abnutzung der Rakel und deren Traggestells, die auch Unebenheiten in der aufgebrachten Beschichtung verursacht. Insbesondere Rakelbetten aus Urethanpolymeren neigen zu einer schnellen Abnutzung. Es wurden Versuche unternommen, die Abnutzungsrate auf unterschiedliche Weise zu verringern, z. B. durch Beschichten der Rakel mit Chrom, einer Glas/Karbon-Faser oder durch keramische Oberflächenbeschichtungen, wie das gemäß der DE 196 26 580 A1 und DE 41 23 326 A1 gezeigt ist, oder es wird im Stand der Technik anhand der DE 37 03 834 A1 vorgeschlagen, einen Rollrakel-Mantel aus Kunststoff selbst nochmals mit einer verschleißfesten Hülle zu versehen. Jedoch dienen diese Schritte nur zur Verbesserung der Abnutzungsresistenz der Rakel. Obgleich im Stand der Technik beispielsweise gemäß der DE 20 07 067 C3 darauf geachtet wurde, dass die Rakel in einem verschleißarmen Bett gelagert ist, wurde keine Lösung zur Reduzierung der Reibung zwischen der Rakel und dem Rakelbett aufgezeigt.
Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des oben beschriebenen Standes der Technik zu überwinden und einen völlig neuen Typ einer Abstreichstange, d. h. Rakel, bzw. einer Stangenstreichvorrichtung (rod doctor) zu schaffen.
Das Ziel der Erfindung wird erreicht durch Beschichten zumindest des Rakelbetts der Stangenaufbringungs- bzw. Rakelstreichvorrichtung mit einer Lage einer dünnen Oberflächenbeschichtung. Falls notwendig, kann die Oberflächenbeschichtung auch auf der Rakel aufgebracht werden, die gestützt in dem Rakelbett rotiert. Die hier verwendete Oberflächenbeschichtung ist aus einer Gruppe von Hartmaterialien ausgewählt, die gute Gleit- und Selbstschmiereigenschaften haben, wobei der Reibungskoeffizient zwischen dem Rakelbett und der sich darin drehenden Rakel reduziert wird. Gleichzeitig wird die Vibration der Streich- bzw. Beschichtungseinrichtung reduziert und die Abnutzung der rotierenden Rakel und deren Rakelbett verringert. Die Beschichtungslage kann z. B. unter Verwendung so genannter Vakuumabscheidungstechniken hergestellt werden, von denen eine die physikalische Dampfabscheidung ist (physical vapor deposition PVD).
Detaillierter ist die Rakel gemäß der Erfindung charakterisiert durch die Merkmale des Kennzeichenteils des Anspruchs 1.
Die Erfindung bietet signifikante Vorteile.
Mittels des erfindungsgemäßen Ansatzes werden die Gleitbedingungen zwischen der Rakel und dem Rakelbett verbessert, wobei Vibrationen der Rakel und damit verbundene Probleme reduziert oder sogar ganz eliminiert werden. Auf Grund der verbesserten Gleiteigenschaften können Antriebsmechanismen mit einer geringeren Leistung als bislang für die Drehung der Rakel verwendet werden. Die Verschleißrate der Rakel und deren Rakelbetts werden reduziert, was in einem weniger häufigen Bedarf einer Wartung der Rakelstreicheinheit resultiert und eine längere Lebensdauer mit sich bringt. Die Rakel kann in ihrem Rakelbett rotiert werden, ohne notwendigerweise irgendein Schmierwasser zu benötigen, wobei die durch Wasseraustritt verursachten Bahnbeschichtungsprobleme eliminiert werden. Gleichzeitig wird auch die Konstruktion der Rakeleinheit vereinfacht, da keine Anschlüsse oder speziellen Einrichtungen für die Zirkulation des Schmierwassers erforderlich sind. Die Oberflächenbeschichtung dient auch zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit des Rakelbetts und der Rakel.
Nachfolgend wird die Erfindung in detaillierter Weise und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiels einer Rakelbeschichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung mit oberflächenbeschichtetem Rakelbett; und
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Stangenbeschichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung, bei dem sowohl das Rakelbett als auch die Rakel oberflächenbeschichtet bzw. -behandelt sind.
Die Rakeleinheit aus 1 enthält Stützrahmenelemente 2, 8, die sich über die gesamte Breite der Papier/Karton-Herstellungsmaschine erstrecken, und einen dazwischen angeordneten flexiblen Lastbeaufschlagungsschlauch 4. In dem Stützrahmenelement 2 ist ein Rakelbett 3 eingepasst, das eine Rakel 1 aufweist, die rotierbar darin gehalten ist. Die Rakel 1 wird mittels eines Antriebsmechanismus rotiert, üblicherweise in Gegenrichtung zur Bewegungsrichtung der beschichteten Bahn 5. Die Rakel 1 wird mittels des Lastbeaufschlagungsschlauchs 4 gegen die zu beschichtende Bahn 5 gepresst, wobei die auf die Oberfläche der Bahn 5 aufgebrachte überschüssige Beschichtungsmischung entfernt wird, und die aufgebrachte Beschichtungslage geglättet wird.
Das Rakelbett 3 wird mit einer Oberflächenlage 6 beschichtet, deren Dicke typischerweise von einigen Nanometern bis zu einigen Dekaden von Mikrometern variieren kann. Vorzugsweise wird die Lage 6 aus einer Gruppe harter Materialien ausgewählt, die gute Gleit- und Selbstschmiereigenschaften zeigen.
Wie in 2 gezeigt, sind sowohl das Rakelbett 3 für die Rakel als auch die rotierbar darin gehaltene Rakel 1 selbst mit einer Oberflächenlage 6, 7 versehen. Die Oberflächenlage bzw. Schicht 7 dient zur Verbesserung der Abnutzungsbeständigkeit der Rakel 1 und zur Reduzierung des Friktionskoeffizienten zwischen dem Rakelbett 3 und der Rakel 1. Die Oberflächenschicht 7 der Rakel 1 kann aus dem gleichen Material bestehen, wie die Oberflächenlage 6 des Rakelbetts 3. Normalerweise bestehen die Oberflächenlagen 6, 7 aus unterschiedlichen Materialien, wobei die Tendenz zum Hängenbleiben oder Klemmen und die Abnutzungsrate der Gleitoberflächen insgesamt reduziert ist.
Die Oberflächenlagen bzw. -schichten 6, 7 können z. B. durch Vakuumabscheidungstechniken gebildet sein. Eine der Vakuumabscheidungstechniken ist die so genannte physikalische Aufdampfung (PVD), wobei der Abscheidungsprozess im Vakuum oder in einer Niederdruckkammer durchgeführt wird, in welche das in Gasphase befindliche Beschichtungsmaterial eingeführt wird. Üblicherweise wird das Beschichtungsmaterial mittels eines Elektronenstrahls oder mittels einer Widerstandsheizung verdampft. Transportiert in der Gasphase haftet das Beschichtungsmaterial an der Oberfläche des zu beschichtenden Objekts an. Wenn erforderlich, kann der Beschichtungsprozess bei einer erhöhten Temperatur von 400–500°C durchgeführt werden.
Eine durch Vakuumabscheidung hergestellte Oberflächenlage ist vergleichsweise dünn. Ihre Dicke variiert üblicherweise von 1 Nanometer bis 90 Mikrometer. Angesichts ihrer sehr geringen Dicke ist die Oberflächenlage vollkommen frei von Poren und entspricht ohne Risse bzw. Unebenheiten der Kontur des beschichteten Objekts, weil die Lage in der Größenordnung atomarer Abscheidungslagen hergestellt wird. Das durch Vakuumabscheidung zu beschichtende Substrat kann annähernd jedes Material sein, wie z. B. Metall, Stein, Kunststoff oder Glas. Die Beschichtungsmaterialien, die hier verwendet werden, werden aus der Gruppe der Metalle, Metalllegierungen, Oxide, Nitride oder Carbide ausgewählt. Unterschiedliche Arten von Oberflächenbeschichtungen können hinsichtlich ihrer Eigenschaften sehr weit variieren.
Die Oberflächenlagen 6, 7 des Rakelbetts 3 und der Rakel 1 können z. B. eine Siliziummolybdänlegierung sein, in welcher das Silizium der Oberflächenlage 6, 7 eine Härte verleiht, während das Molybdän die hervorragenden Selbstschmier- und Gleiteigenschaften verleiht. Eine andere bevorzugte Alternative einer Oberflächenbeschichtung ist eine im Vakuum abgeschiedene Lage von Diamant (DLC, Diamond Layer Coating), die üblicherweise eine Härte im Rahmen von 6.000–10.000 HV aufweist. Diese Beschichtung ist äußerst widerstandsfähig gegen Säuren und Basen. Weiterhin verleiht eine Diamantbeschichtung einen sehr geringen Reibungskoeffizienten gegenüber den meisten anderen Materialien. Z. B. ist der Reibungskoeffizient zwischen Stahl und Diamant üblicherweise 0,1 in einem Gleitkontakt trockener Oberflächen, was lediglich ein Fünftel des Reibungskoeffizienten beträgt, der zwischen zwei Stahloberflächen unter ähnlichen Bedingungen vorliegt. Andere vorteilhafte Materialien für Oberflächenlagen in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind Chrom und Chrom-Teflon-Zusammensetzungen.
Zusätzlich zu dem oben beschriebenen Beispiel kann die Erfindung in zahlreichen alternativen Ausführungsformen realisiert werden.
Die Technik, die für die Aufbringung der Oberflächenbeschichtung ausgewählt wird, kann relativ frei gewählt werden. Anstelle der Verwendung einer Vakuumabscheidung kann der Beschichtungsprozess z. B. unter Verwendung eines thermischen Sprühens durchgeführt werden, bei dem das Beschichtungsmaterial in ein heißes Plasma geschmolzen wird, das so ausgerichtet wird, dass es auf der Oberfläche des zu beschichtenden Objekts auftrifft. Beim thermischen Sprühen oder Heißsprühen bzw. Heißnebeln sind die Beschichtungsmaterialien üblicherweise Metalle und Kunststoffe, wie z. B. Chrom, Molybdän oder Teflon. Weil die Anzahl geeigneter Materialien für die Oberflächenlagen 6, 7 des Rakelbetts 3 und der Rakel 1 groß ist, muss das Beschichtungsmaterial entsprechend den Anforderungen ausgewählt werden, die sich durch die beabsichtige Anwendung und andere ähnliche Faktoren ergeben. Die Rakel der Erfindung kann zum Zumessen der Menge an Beschichtungsmischung verwendet werden, die auf die Aufbringwalzenoberfläche in einem Filmtransferbeschichter aufgebracht wird, sowie zum Eindosieren der aufgebrachten Beschichtung.

Claims

Rakelvorrichtung zum Zudosieren der Menge an Beschichtungsmischung, die auf die Oberfläche einer sich bewegenden Papier- oder Kartonbahn (5) oder auf die Auftragwalzenoberfläche in einem Filmtransferbeschichter aufgebracht wird, und zum Einebnen der aufgebrachten Beschichtung, welche Rakelvorrichtung folgende Elemente umfasst: – ein Stützrahmenelement (2), – ein Rakelbett (3), das in dem Stützrahmenelement (2) aufgenommen ist, und – eine Rollrakel (1), die rotierbar in dem Rakelbett (3) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen des Rakelbetts (3), in dem die Rollrakel (1) gleichförmig bzw. gleichmäßig rotierbar gehalten ist, mit einer Oberflächenlage (6) beschichtet ist, die zur Verbesserung der Verschleißbeständigkeit und Gleiteigenschaften dieser Oberflächen dient.
Rakelvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollrakel (1) mit einer Oberflächenlage (7) beschichtet bzw. behandelt ist, die zur Verbesserung der Verschleißbeständigkeit und der Gleiteigenschaften der Rollrakel dient.
Rakelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Oberflächenlage (6, 7) zwischen 1 nm und 90 μm beträgt.
Rakelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenlage (6, 7) eine Silizium-Molybdän-Legierung ist.
Rakelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Oberflächenlage (6, 7) aus Diamant besteht.
Rakelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenlage (6, 7) aus Chrom besteht.
Rakelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenlage aus einer Chrom-Teflon-Zusammensetzung besteht.
Rakelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenlage (6, 7) durch Vakuumabscheidung hergestellt ist.
Rakelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenlage durch Verwendung einer Heißsprüh- oder Heißnebeltechnik hergestellt ist.