DE3120716A1

DE3120716A1 - "verfahren und vorrichtung zum unter-druck-zufuehren eines beschichtungsmaterials auf eine bewegte bahn"

Info

Publication number: DE3120716A1
Application number: DE19813120716
Authority: DE
Inventors: Rauno 55400 Imatra Rantanen
Original assignee: Wartsila Oy AB
Current assignee: Wartsila Oy AB
Priority date: 1981-06-03
Filing date: 1981-05-25
Publication date: 1982-12-09
Also published as: SE8103958L; FR2507108A1; SE446379B; FR2507108B3

Description

Oy Wärtsilä Ab WA 29

SF-Helsinki 22. Mai 1981

Verfahren und Vorrichtung zum Unter-Druck-ZufUhren eines Beschichtungsmaterials auf eine bewegte Bahn

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Unter-Druck-Zuführen eines Beschichtungsmaterials auf eine bewegte Bahn durch einen quer zur Bahn verlaufenden Zuführkanal, dessen Breite der Bahnbreite entspricht und der mit einer Druckausgleichskammer verbunden ist, in die das Beschichtungsmaterial kontinuierlich eingeführt wird.

Es ist bekannt, eine Papierbahn unter Verwendung eines flexiblen Messers zu beschichten. Dies ist das in schnell laufenden Beschichtungsvorrichtungen benutzte Grundverfahren. Nach diesem Verfahren erreicht man eine glatte Oberfläche, was wichtig ist, um eine gute Qualität in einem Druckprozeß zu erhalten. Das Beschichtungsmaterial wird in Übermengen zu der von einer Walze abgestützten, fortbewegten Bahn gebracht. Die überschüssige Beschichtungsmaterialmenge wird abgeschabt, um eine glatte Beschichtung geeigneter Dicke zu erreichen. Das Abschaben erfolgt, indem das flexible Messer gegen die Bahn angedrückt wird, und die abgeschabte Menge wird gesammelt und zurückgeführt.

Ein Hauptnachteil dieses bekannten Verfahrens liegt in der unbefriedigenden Kontrolle der Zufuhr des Beschichtungsmaterials zur Bahn. Verschiedene Paktoren beeinflussen

die Zufuhrmenge, zum Beispiel die Theologischen Eigenschaften des Beschichtungsmaterials, insbesondere dessen Viskosität bei hohen Schergeschwindigkeiten, und die Stellung des Besichtungsmessers relativ zur Bahn, d.h. der Messerwinkel und der Messerandruck gegen die Bahn.

Aus wirtschaftlichen Gründen ist es notwendig, das abgeschabte Material zurückzuführen. Dieser Vorgang und das Mischen des zurückgeführten Materials mit frischem Beschichtungsmaterial macht es erforderlich, daß das Material eine relativ niedrige Viskosität besitzt. Dies bedingt eine obere Grenze für die Trockensubstanzkonzentration in dem Beschichtungsmaterial, welche Konzentration relativ hoch sein sollte, um eine Beschichtung guter Qualität zu erhalten. Ein Grund dafür, eine hohe Trockensubstanzkonzentration zu haben, liegt darin, daß dadurch Bindersubstanzänderungen in der Beschichtung verringert werden. Ein anderer Grund ist der, daß der Trocknungsprozeß wirtschaftlicher wird.

Es sind zwei Grundanwendungen des Messerbeschichtungsverfahrens bekannt (DE: Rakelstreichverfahren; FR: couchage a la lame). Diese Anwendungen unterscheiden sich durch den Messeranstellwinkel. In dem sogenannten Kleinwinkelverfahren liegt der Winkel zwischen dem Messer und der Bahn bei nur wenigen Grad, während er in dem Großwinkelverfahren einige zig Grad aufweist.

2-5 Das Kleinwinkel verfahr en ergibt eine relativ gleichförmige Beschichtungsdicke. In dem Beschichtungsmaterial und/oder auf der Bahn vorhandene Unreinheiten passieren das Messer ohne sich an ihm anzuhängen. Somit werden keine Messerkratzer erzeugt. Ein Nachteil ist die Schwierigkeit der Steuerung der Beschichtungsmaterialmenge. Selbst eine sehr kleine Einstellung des Messerwinkels verursacht eine große Änderung im Beschichtungsmaterialfluß zur Bahn.

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Ein Vorteil des Großwinkelverfahrens ist die relativ einfache Steuerung des Beschichtungsamterialflusses für Beschichtungen, die in einer Menge von weniger als

2
12 g/m aufgetragen werden. Größere Beschichtungsmaterial·- flüsse sind jedoch schwierig zu steuern, da der Vorgang hauptsächlich die Unebenheiten der Bahn füllt und glättet«

Bei bekannten Leimpreßbeschlchtungsverfahren sind die Hauptnachteile die begrenzte Fertigungskapazität und der begrenzte Viskositätsbereich anwendbarer Leime.

Papier- und Pappebesehichtung kann auch durch Extrusionsbeschichtung erfolgen, indem unter Druck stehendes Be-Schichtungsmaterial durch eine Schlitzdüse auf eine fortbewegte Bahn gebracht wird. Die Menge des BeschichtungsEsaterials auf der Bahn ist durch den volumetrischen Fluß durch die Düse bestimmt. Der prinzipielle Nachteil dieses Verfahrens liegt in der Schwierigkeit, ein gleichförmiges Fließprofil längs der Düse zu erhalten. Da der Abstand zwischen dem Düsenrand und der Bahn nicht örtlich einstellbar ist, kann ein Profilfehler in der die Bahn abstützenden Walze nicht kompensiert werden, so daß sich ein entsprechender Profilfehler in der Beschichtung ergibt. Außerdem unterliegt der Düsenrand bei Pigraentfoeschichtungsprozessen starker Abnutzung und sein Austausch ist teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues und verbessertes Verfahren zum Unter-Druck-Zuführen eines Beschichtungsmaterials auf eine bewegte Bahn zu schaffen, das sowohl für die Extrusionsbeschichtung als auch für die Messerbeschichtung (Rakelstreichverfahren) oder die Oberflächenleimung mit Hilfe von Rollen anwendbar ist. Ebenso soll mit der Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren und einer Vorrichtung gelöst, wie sie durch die Ansprüche 1 und 6 gekennzeichnet sind. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt einer Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 einen Querschnitt des Düsenendabschnitts einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 einen Querschnitt einer alternativen Variante des Düsenendabschnitts der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform; und
Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 2.

In der Zeichnung ist mit 2 eine Papier- oder Pappebahn bezeichnet, die auf einer in Richtung des Pfeils rotierenden Walze 1 abgestützt ist. Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform weist eine Hauptkörperplatte 3 auf, die sich quer über die Bahn 2 erstreckt und Teil einer Beschichtungsvorrichtung ist. Die Körperplatte 3 hat eine Breite entsprechend der Breite der Bahn 2 und sie ist an ihrem Randabschnitt 3a in Laufrichtung der Bahn 2 abgebogen. In ihrem oberen Abschnitt hat die Körperplatte 3 Gewindebohrungen 4 zur Anbringung von Schraubbolzen 5, mit deren Hilfe zwei weitere Platten 6 und 7 fest an die Körperplatte 3 angebracht sind. Auch die Platten 6 und 7 haben ihre Randabschnitte 6a und 7a in Laufrichtung der Bahn 2 abgebogen. Eine Kammer 8 ist durch Ausnehmungen in den Platten 6 und 7 gebildet. Die Kammer 8 bildet einen Zuführraum für Beschichtungsmaterial. Die Länge der Kammer 8 senkrecht zur Ebene der Fig. 1 bis 3 bestimmt die Breite des Beschichtungsabschnitts der Bahn 2. In der Platte 6 befinden sich in gleichförmigen Abständen Öffnungen 9 mit Anschlüssen 10, durch die Beschichtungsmaterial zur Kammer 8 gepumpt wird. Eine Dichtungsplatte 11 ist an beiden Seiten und am oberen Rand der Platten 6 und 7 mittels der Schraubbolzen 5 befestigt. Zwischen den Platten 6 und 7 ist ein Zuführkanal 12 gebildet, dessen Ausdehnung quer zur Bahn 2 durch die Lage der Dichtungplatten 11 bestimmt ist, die auch Seitendich— tungen für die Zuführkammer 8 und den Zuführkanal 12 bilden.

Die Lage der Platte 6 bezüglich der Platte 7 ist durch eine Reihe von in gleichen Abständen angeordneten Schraubbolzen 14 einstellbar, welche Schraubbolzen durch eine steife Stange 13 greifen und mit Einstellmuttern 15 versehen sind. Die Ein™ stellung der Platte 6 bezüglich der Platte 7 verändert die Weite des Zuführkanals 12. Das in Querrichtung verlaufende volumetrische Fließprofil des durch den Zuführkanal 12 zugeführten und auf die Bahn 2 aufgetragenen Beschichtungsmaterials kann durch eine solche Einstellung gesteuert werden. Die Platte 6 und die Dichtungsplatte 11 sind an ihren der Bahn 2 gegen» überstehenden Rändern 6c und lic entsprechend der Krümmung der

22 Walze 1 bearbeitet. Dies macht den Schlitz zwischen der Bahn 2 und diesen Randoberflächen ausreichend dicht, ohne daß die Bewegung der Bahn 2 behindert wird. Um die Reibung gering zu halten, sind diese Ränder glatt geschliffen.

Ein flexibles Beschichtungsmesser (Rakel) 16 ist so an die Platte 7 befestigt, daß sein sich in Laufrichtung der Bahn 2 erstreckender Rand etwas über den Randabschnitt 7a der Platte 7 vorsteht. Das Messer 16 ist von einer Art, wie sie im allgemeinen bei Messerbeschichtungsvorrichtungen verwendet wird. Es ist mittels eines flexiblen, pneumatischen Schlauchglieds 17 fest zwischen der Körperplatte 3 und der Platte 7 gehalten«. Durch Druckentlastung im Schlauch 17 kann ein Wechsel des Messers 16 leicht ausgeführt werden. Der Messeranpreßdruck auf die Bahn 2 wird mittels eines anderen flexiblen, pneumatischen Schlauchglieds 18 eingestellt, das am Randabschnitt des Messers 16 angreift. Eine gleichförmige Grundbelastung über die gesamte Länge des Messers 16 wird durch einen geeigneten Luftdruck im Schlauchglied 18 erhalten. Ein örtliches Einstellen des Messeranpreßdrucks erfolgt mit Hilfe von Einstellschrauben 19 in der Körperplatte 3. Die Einstellschrauben 19 sind in gleichförmigen Abständen längs der Körperplatte 3 angeordnet, wodurch ein örtliches Einstellen des Messeranpreßdrucks durch ein Zusammendrücken des Schlauchglieds 18 an einer gewünschten Stelle möglich ist. Örtliches Einstellen des Messeranpreßdrucks

kann auch durch am Randabschnitt des Messers 16 angreifende Druckzylinder oder mit Hilfe anderer geeigneterGlieder erfolgen, die längs des Randabschnitts des Messers 16 angeordnet sind.

Der in Fig. 2 gezeigte Extruder hat keine separate
Platte 7 zum Tragen des Beschichtungsmesser (Rakels). Das
Beschichtungsmesser 16 liegt eng gegen die Körperplatte 3
und ist mit ihrem oberen Randabschnitt durch Bolzen 5 in
einer Weise an diese befestigt, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Die Zuführkamraer 8 ist durch eine Ausnehmung in der
Platte 6 gebildet und sie ist mit Öffnungen 9 zur Zufuhr
des Beschichtungsmaterials versehen. Der untere Randabschnitt des Messers 16 ist von einer Basislast beaufschlagt, die durch ein pneumatisches Schlauchglied 18 erzeugt wird.

Örtliches Einstellen der Lasf^aurcn Einstellschrauben 19 die in gleichmäßigen Abständen längs der Körperplatte 3 angeordnet sind. Dichtungsplatten 11 befinden sich zwischen der
Platte 6 und der Körperplatte 3 oder dem Messer 16 an deren äußeren Seiten und an deren oberen Rand.

In der Ausführungsform von Fig. 3 ist das Beschichtungsmesser 16 gerade. Sein Winkel zur Bahn 2 beträgt vorzugsweise 40 - 60°, während der in den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 benutzte Winkel nur etwa 1-10° beträgt. Der Abstand
zwischen der Platte 7 und der Bahn 2 ist z.B. l-5mm. An den Seiten hat die Platte 7 Dichtungsglieder in Berührung mit

der Bahn 2. Somit befindet sich das Beschichtungsmaterial über eine relativ lange Strecke in Berührung mit der Bahn 2, was insbesondere bei hohen Bahngeschwindigkeiten eine verbesserte Beschichtungseindringung in die Bahn ergibt. Die Messer Grundlast und der örtliche Anpreßdruck werden in der zuvor beschriebenen Weise gesteuert.

Die Fig. 4 zeigt eine alternative Form des Zuführkanals 12, die in den Extrudern der Fig. 1 bis 3 benutzt werden kann. Die Platte 6 ist an ihrer Innenseite genutet und der Zuführkanal 12 ist durch gleichförmig beabstandete Einzelnuten 21

gebildet. Die Zwischenwände 20 zwischen den Nuten 21 liegen dicht gegen die Platte 7 (Fig. 1 und 3) oder gegen das Messer 16 (Fig. 2). Es ist nicht notwendig, separate Dichtungs» platten zu benutzen, da die äußersten Wände 20b als Dichtungsglieder dienen können. Das Querprofil der Beschichtung wird durch Einstellung des Fließwiderstandes der Nuten 21 gesteuert, wodurch in jeder Nut der volumetrische Fluß beeinflußt wird. Für diesen Zweck können geeignete, an sich bekannte Drosseleinrichtungen benutzt werden.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung arbeiten wie folgt. Beschichtungsmaterial mit einer vorbestimmten Trockensubstanzkonzentration wird mittels einer Zuführpumpe, deren Durchsatz steuerbar ist, unter Druck durch die Anschlüsse 10 (Fig. 1) zugeführt. Das Beschichtungsraaterial tritt durch die Öffnungen 9 in die Kammer 8 ein und füllt sie. Die Kammer 8 wirkt als eine Druckausgleichskammer und sorgt für einen gleichförmigen Beschichtungsmaterialdruck quer über die Bahn. Das Beschichtungsmaterial fließt von der Kammer 8 durch den Zuführkanal 12 auf die Bahn 2. Die Beschichtungsbreite ist durch die Dichtungsplatten 11 oder dgl. an beiden Seiten des Kanals 12 bestimmt. Da die Gesamtmenge des zugeführten Beschichtungsmaterials durch Steuerung des Durchsatzes der Zuführpumpe eingestellt wird, bleibt die Trokfeensubstanzkonzentration konstant. Die Nuten 21 des Zuführkanals 12 (Fig. 4) sind so bemessen, daß ein genügender Fließwiderstand erhalten wird, der für ein gleichförmiges Beschichtungsprofil in Querrichtung sorgt.

Für eine beidseitige Beschichtung kann die Bahn 2 auch zwischen zwei einander gegenüberstehenden Beschichtungsmaterial-ZufUnreinheiten hindurchgeführt werden.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung sind insbesondere bei den drei folgenden Beschichtungsarten anwendbar:

*· * 1· It M β ϋ φ

1. Normale Messerbeschichtung (Rakelstreichverfahren), bei der die Beschichtung auf eine von einer Walze abgestützte Bahn aufgetragen wird. Verglichen mit dem Stand der Technik ergeben sich die folgenden Vorteile:

- es wird kein überschüssiges Beschichtungsraaterial auf die Bahn gebracht, so daß kein Material-Recycling erforderlich ist,

- die auf die Bahn gebrachte Beschichtungsmaterialmenge wird weder von der Messergeometrie, wie dem Messeranstellwinkel und der Messerdicke, noch durch den Messeranpreßdruck beeinflußt,

- die Beschichtungsmenge wird nicht durch die Beschichtungsmaterialeigenschaften beeinflußt,

- die Bahn kommt nicht in Berührung mit überschüssigem Beschichtungsmaterial, so daß die Bahn nicht zu viel von irgendeiner Substanz, z.B. von Wasser, aus dem Beschichtungsmaterial aufnimmt,

- der Extruder kann eingestellt werden, um für jeden Fall eine optimale Geometrie zu erhalten.

2. Leimpreßbeschichtung (size press coating), bei der die Beschichtung verschiedene Beschichtungsmaterialien umfassen kann, die von getrennten Extrudern auf die Leimpreßwalzen gebracht werden. Verglichen mit dem Stand der Technik ergeben sich die folgenden Vorteile:

- das Spritzen, das typisch für Leimpreßbeschichtungsvorrichtungen ist und durch die vor dem Beschichtungsspalt gesammelte übliche Beschichtungsmaterialmenge verursacht wird, wird vermieden,

- die exakte Menge des auf die Bahn übertragenen Leims ist leicht steuerbar,

- das Material der Preßwalzen kann so gewählt werden, um ein Ankleben des Beschichtungsmaterials an den Walzen zu verhindern. Das Beschichtungsmaterial kann dann leichter auf die Bahn übertragen werden, wodurch sich eine gute Beschichtungsqualität ergibt.

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3. Messerbeschichtung der beiden Seiten einer zwischen auei einander gegenüberstehenden Extrudern hindurchgeführten Bahn, wobei Bandflattern verhindert ist. In diesem FaU liegt der größte Vorteil darin, daß Material-Recycling nicht erforderlich ist, da kein überschüssiges Beschichtungsmaterial auf die Bahn gebracht wird.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen begrenzt, Abwandlungen sind innerhalb des Rahmens beigefügter Ansprüche möglich.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche:

.1.) Verfahren zum Unter-Druck-Zufuhren eines Beschichttmgsmaterials auf eine bewegte Bahn durch einen quer zur Bahn verlaufenden Zuführkanal, dessen Breite der Bahnbreite entspricht und der mit einer Druckausgleichskaramer verbunden ist, in die das Beschichtungsraaterial kontinuierlich eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung der der Bahn (2) zugeführten Beschichtungsraaterialmenge entsprechend den Oberflächeneigenschaften der Bahn und der Bahngeschwindigkeit der volumetrische Fluß von der Druckausgleichskammer (8) zum Zuführkanal (12) gesteuert wird, während die Trockensubstanzkonzentration des Beschichtungsmaterials sowie die Beschichtungsbreite auf der Bahn konstant gehalten werden, daß das Einebnen der Beschichtung quer zur Bahn mit Hilfe eines flexiblen Beschichtungsmessers (16) erfolgt, das, zumindest an seinem Auslaßende, eine innere Seitenwand des Zuführkanals bildet und so angesetzt ist, daß es einen spitzen Winkel mit der Bahn einschließt, und daß einstellbare Einrichtungen (18, 19) zur Steuerung des Anpreßdrucks des Messers gegen die Bahn sowohl über dessen Gesamt-

länge als auch individuell an mehreren einzelnen Punkten in Längsabständen des Messers vorgesehen sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn eine Papier- oder Pappebahn

(2) ist, die von einer rotierenden Walze (1) abgestützt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn (2) zwischen zwei einander gegenüberstehenden Beschichtungsraaterial-Zuführeinheiten hindurchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Querprofil der Beschichtungsdicke durch Einstellen der Höhe der Auslaßöffnung des Zuführkanals (12) gesteuert wird, indem ein gesteuerter Druck auf den Randabschnitt des flexiblen Messers

(16) ausgeübt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Querprofil der Beschichtungsdicke durch Einstellen der Durchflußwiderstände einer Vielzahl von den Zuführkanal (12) bildenden Nuten (21) gesteuert wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen festen Körper (3), der sich quer über die Bahn (2) erstreckt und mit einem flexiblen Beschichtungsmesser

(16) versehen ist, das in einem spitzen Winkel bezüglich der Bahn angeordnet ist, ein Plattenglied (6) in einem Abstand von dem Körper (3) und durch eine Ausnehmung (8) am Einlaßende des Zuführkanals (12), welche Ausnehmung mit Einrichtungen (9, 10) zum kontinuierlichen Zuführen von unter Druck stehendem Beschichtungsmaterial verbunden werden kann.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Körper (3) und dem Platten-

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glied (6) ein zweites Plattenglied (7) angeordnet ist, an welches das flexible Messer (16) mit Hilfe eines Druckschlauchglieds (17) befestigt ist, das das Messer gegen dieses zweite Plattenglied (7) andrückt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführkanal (12) zwischen dem zweiten Plattenglied (7) und dem ersten Plattenglied (6) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das flexible Messer (16) in engem Kontakt mit dem Körper (3a) steht und eine Seite des Zuführkanals (12) bildet.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Messer (16) einen Winkel von 1 bis 10 Grad mit der Bahn (2) einschließt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Messer (16) einen Winkel von 40 bis 60 Grad mit der Bahn (2) einschließt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführkanal (12) in eine Vielzahl einzelner Nuten (21) aufgeteilt ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis H₉ dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführkanal (12) seitlich durch Dichtungsplatten (11) abgedichtet ist, die zwischen die den Zuführkanal bildenden Glieder befestigt sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite des Zuführkanals (12) durch Schraubbolzen (14), die von einer steifen Querstange getragen sind, einstellbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Anpreßdruck des

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flexiblen Messers (16) gegen die Bahn (2) durch ein sich längs des Randabschnitts des Messers erstreckendes Druckschlauchglied (18) und durch in geeigneten Abständen angeordnete Einstellschrauben (19) zura Quetschen des Schlauchglieds einstellbar ist.