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Verfahren und Vorrichtung zum gleichmäßigen Auftragen von Flüssigkeiten
auf Gegenstände aller Art Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gleichmäßigen
Auftragen von Flüssigkeiten, wie z. B. Druckfarben, Feuchtfl(issigkeiten o. dgl.,'auf
Materialien aller Art, wie Papier, Glas, Holz o. dgl., und besteht darin, daß die
aufzutragende Flüssigkeit aus (lern Innern eines geschlossenen Behälters durch in
der ganzen Wandung oder einem Teil desselben von Natur vorhandene oder künstlich
erzeugte, im Ruhezustande der Vorrichtung als Flüssigkeitssperre wirkende Kapillaren
unter Herbeiführung eines Druckausgleiches zwischen Innendruck des Behälters und
Außendruck an die Oberfläche des Behälters diffundiert und von dort direkt oder
indirekt auf die mit der Flüssigkeit zu versehenden Materialien aufgetragen wird.
Verfahren und Vorrichtung zum Auftragen von Flüssigkeiten auf Materialien der verschiedensten
Art sind bekannt. Besonders in der Vervielfältigungstechnik und der Drucktechnik
müssen Farben oder Feuchtflüssigkeiten völlig gleichmäßig und in genau regelbarer
Menge auf Papier, Karton, Glas usw. aufgetragen werden. Gerade das völlig gleichmäßige
Auftragen in genau regelbarer Menge konnte aber bisher nicht erreicht werden, da
die meisten Anordnungen sich zum Verteilen eines Filzmantels, Schwammgutnmimantels
oder einer anderen aus Filz, Schwammgummi oder ähnlichem Material bestehenden dochtartig
wirkenden Verteilungsvorrichtung bedienten, wobei die Flüssigkeit dort, wo sie bereits
gleichmäßig verteilt sein müßte,
nur grob verteilt zugeführt wurde.
Die Filzmäntel o. dgl. sind aber nicht in der Lage, eine derart gleichmäßige Verteilung
noch vorzunehmen, wie sie erforderlich ist. Selbst die Wahl eines perforierten Zylindermantels
mit saugfähigem Belag auf Filz o. dgl. führte nicht zu dem gewünschten Ergebnis,
da die Verteilung durch den perforierten Zylindermantel noch viel zu grob war, zumal
meistens noch auf mechanischem Wege, z. B. durch die Anwendung von Druckkolben,
Walzen oder Rollkörpern der gewünschte Durchtritt der Flüssigkeit durch den perforierten
Zylindermantel und den Mantelbelag zu dessen Oberfläche erzwungen werden mußte.
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Die Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, daß ein einwandfreies
Ergebnis nur dann zu erzielen ist, wenn die Zuführung der Flüssigkeit zu der die
Flüssigkeit abgebenden Oberfläche von vornherein über die gesamte Fläche gleichmäßig
verteilt erfolgt. Im Zuge dieser Erkenntnis wurde festgestellt, daß die Lösung dieses
Problems ohne weiteres möglich ist, wenn man die Flüssigkeit durch Kapillaren hindurch
im Wege einer Art Diffusion zu der die Flüssigkeit abgebenden Oberfläche führt.
Diese Art der Flüssigkeitsführung hat zunächst den großen Vorteil, daß die Kapillaren
gleichzeitig als Flüssigkeitssperre wirken, also bei Nichtbenutzung der Vorrichtung
ein unbeabsichtigtes Heraustreten der Flüssigkeit verhindern, weil durch die Füllung
der Kapillaren mit Flüssigkeit im Innern des Behälters ein gewisser Unterdruck entsteht,
der ein weiteres Nachdrücken der Flüssigkeit verhindert. Diese Wirkung bietet gleichzeitig
die Möglichkeit, die Regelung der austretenden Flüssigkeitsmenge in einer voll befriedigenden
Weise vorzunehmen, da man zur Ermöglichung des Flüssigkeitsaustrittes einen Ausgleich
des Druckunterschiedes zwischen Innen- und Außendruck vornehmen muß, der durch Luftzufuhr
zum Innern des Flüssigkeitsbehälters erfolgt. Die Größe der Luftzufuhr bestimmt
aber die Schnelligkeit des Druckausgleiches, so daß durch Regelung der Luftzufuhr
in einfacher Weise die austretende Flüssigkeitsmenge genau geregelt werden kann.
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Handelt es sich um Flüssigkeiten dickerer oder -näherer Beschaffenheit
oder soll eine sehr große Flüssigkeitsmenge austreten oder die Flüssigkeit mit einer
größeren Geschwindigkeit ausfließen, als sie durch den Druckausgleich allein erreichbar
wäre, so kann man den Druckausgleich bis zum Überdruck steigern und dadurch eine
allen Anforderungen genügende Regelung erzielen. Der Überdruck kann mit Hilfe einer
Pumpe beliebiger Art, mit Hilfe eines Harmonikabalges oder auf andere geeignete
Weise erzeugt werden.
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Die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens besteht grundsätzlich
aus einem allseitig geschlossenen Behälter als Flüssigkeitsvorratsbehälter, der
mit einer von Hand oder maschinell gesteuerten oder automatisch arbeitenden Lufteinlaßvorrichtung
versehen ist und dessen Wandungen ganz oder teilweise Kapillarenkanäle aufweisen,
die entweder in dem verwendeten Material vorhanden oder . künstlich erzeugt sind.
Vorzugsweise wird der Behälter in Form eines Zylinders gewählt, dessen Mantel dann
die Kapillarenkanäle in seinem ganzen Umfang und auf seine ganze Länge aufweist.
In der einen Stirnseite dieses eine drehbare Walze bildenden Zylinders wird ein
Luftsteuerventil vorgesehen, und in der gleichen oder der anderen Seite wird eine
Einfüllöffnung zum Einfüllen der Flüssigkeit angeordnet. Selbstverständlich kann
das Luftsteuerventil auch auf dem Zylindermantel außerhalb der Porenfläche angeordnet
sein. Zusätzlich kann auch eine Luftpumpe an der Vorrichtung angeordnet sein, um
den Druckausgleich bis zum Überdruck zu steigern.
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In dem Behälter wird vorteilhaft ein dann als der eigentliche Flüssigkeitsvorratsbehälter
dienende zweite Behälter vorgesehen, dessen Querschnitt nur um so viel kleiner als
der des Außenbehälters ist, daß nur ein Ringspalt zwischen Innenmantel des äußeren
und Außenmantel des inneren Behälters verbleibt, und der nur mit einer in der Längsachse
verlaufenden Lochreihe mit dem Inneren des Außenbehälters in Verbindung steht. Bei
dieser Anordnung können Innen- und Außenbehälter fest miteiner verbunden und gemeinsam
drehbar sein, es kann aber auch der innere Behälter feststehend und der äußere um
ihn drehbar sein.
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Das Material des Außenbehälters kann ein beliebiges geeignetes sein.
So kann man z. B. den Mantel des Behälters aus keramischem oder metallkeramischem
(pulvermetallurgischem)Filtermaterial herstellen, welches die notwendigen Kapillaren
enthält. Dabei hat man es in der Hand, jeweils die der in Anwendung kommenden 1#lüssigkeit
entsprechende Porengröße und Porenanzahl zu wählen. Zu beachten ist aber bei der
Wahl des keramischen Materials der Umstand, daß die Wandstärke verhältnismäßig groß
sein muß, so daß die in dem Mantel befindliche Flüssigkeitsmenge im Verhältnis zum
Behälterinhalt ziemlich groß ist. Handelt es sich um eine leicht verdunstende oder
sich leicht verflüchtigende Flüssigkeit, so kann bei seltenem Gebrauch der Vorrichtung
der Flüssigkeitsverlust sehr erheblich sein.
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Diesen Nachteil kann man vermeiden, wenn man den mit den Kapillaren
versehenen Behältermantel aus einem als grobes Sieb ausgebildeten Träger herstellt,
auf dem eine oder mehrere Schichten Drahtgaze, Glasfasergaze, Seidengaze o. dgl.
und als Deckschicht eine mit einer großen Zahl von gleichmäßig verteilten Löchern
versehene Metallfolie anordnet. Dabei übernimmt dann die Gaze die Arbeit der gleichmäßigen
Verteilung der Flüssigkeit und übt gleichzeitig die Funktion der Flüssigkeitssperre
aus, während die Deckfolie mit ihren gleichmäßig verteilten feinsten Öffnungen die
einwandfrei gleichmäßige Abgabe der Flüssigkeit gewährleistet, gleichzeitig aber
das Maß der Verdunstung oder Verflüchtigung auf einen kaum noch meßbaren Wert herabdrückt.
Als Deckschicht kann beispielsweise eine auf galvanoplastischem Wege erzeugte Metallfolie
verwendet werden, die 5o ooo Löcher und mehr pro cm' enthalten kann. Es ist also
ersichtlich,
daß die Feinheit der Verteilung allen Forderungen und
allen zu verwendenden Flüssigkeiten angepaßt -,werden kann, da praktisch jede gewünschte
Zahl der Löcher pro Flächeneinheit und jede gewiinschte Lochgröße gewählt werden
kann, um so mehr, als die Löcher bei derartigen Metallfolien mit einer extremen
Gleichmäßigkeit in bezug auf Größe und Abstand herstellbar sind.
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Eine schnelle und gleichmäßige Verteilung ist auch möglich, -,renn
man unter Fortlassung der Gaze den Metallzylinder an der inneren Oberfläche aufrautet,
d. h. also die Oberflächenaktivität vergrößert. Diese Aufrauhung kann auf jede bekannte
Art, wie z. B. Kordeln, anodische Oxydation, mittels Sandstrahlgebläse, 1\4etallisieren
(Schoopsches Verfahren oder ähnlich), durch elektrolytischen Niederschlag einer
stark porösen und rauhen Schicht usw. erfolgen, d. h. also auf jede Art, die die
Erzielung einer zerklüfteten Oberfläche gestattet.
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Die Oberflächenaktivität kann weiter dadurch erltölit werden, daß
die Lochränder an der inneren Oberfläche kraterförmig erweitert werden. Außer der
dadurch erzielten Vergrößerung der Oberfläche erhält man den Vorteil, daß alle etwa
von außen in die Löcher eintretenden Verunreinigungen ohne « eiteres «-ieder ausgespült
werden.
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Urn eine Verstepfung der Löcher durch Oxydation zu vermeiden, muß
darauf geachtet werden, (laß bei Verwendung von Metallen jede elektrolytische Potentialdifferenz.
ausgeschaltet ist. Erreichbar ist dieses dadurch, daß alle metallischen Stellen,
die mit der Flüssigkeit in Berührung kommen, von gleichem Metall sind. Vorteilhaft
wird man Nickel verwenden, da dieser Werkstoff gegenüber der Mehrzahl aller in Betracht
kommenden Flüssigkeiten ausreichend widerstandsfähig ist und sich außerdem galvanisch
besonders gleichmäßig niederschlagen läßt.
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Die Übertragung der Flüssigkeit von der Oberfläche des Außenmantels
auf den gewünschten Gegenstand, z. B. einen Papierbogen, kann direkt durch Abrollen
der Walze auf dem Gegenstand oder aber unter Zwischenschaltung einer Saugwalze oder
anderem geeigneten Material erfolgen, die dann die austretende Flüssigkeit absaugt
und ihrerseits auf das mit Flüssigkeit zu versehende Material aufträgt.
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Um eine schnellere gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit auf alle
aufgerauhten Flächenpartien zu erzielen, kann man auf der inneren Oberfläche des
Außenzlinders eine Anzahl belieb eg verlaufender Kanäle' anordnen, die von den Lungen
des Außenzylinders ausgehen.
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In der Zeichnung sind mehere Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung
zur Ausführung des erfindungsgeinäßen Verfahrens dargestellt. Es zeigt Abb. i einen
Längsschnitt durch einen Zylinder aus keramischem Material mit darin angeordnetem
Innenzylinder, Abb. 2 einen Querschnitt durch die Anordnung nach Abb. i mit direkter
Auftragung der Flüssigkeit, Abt). 3 einen Längsschnitt durch einen Zylinder aus
einem Träger, Drahtgaze und einer Deckfolie, A11.4 einen Querschnitt durch die Anordnung
nach Abb. 3 mit indirekter Auftragung der Flüssigkeit, Alb. 5 eine Einzeldarstellung
in vielfach vergrößertem Maßstabe.
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Bei der Ausführung nach Abb. i und 2 besteht der Zylinder aus einem
Zylindermantel a aus keramischem Material mit den erforderlichen Kapillaren. Der
Zylinder ist an den Stirnseiten durch Scheiben b verschlossen, die gleichzeitig
die Lagerzapfen c zur drehbaren Lagerung des Zylinders tragen. In dem so entstandenen
geschlossenen Zylinder ist ein zweiter Zylindermantel d angeordnet, der an den Stirnseiten
gleichfalls durch die Scheiben h abgeschlossen ist. Der Durchmesser dieses Mantels
d ist, wie aus Abb. 2 klar ersichtlich ist, um so viel kleiner als derjenige des
Mantels a, daß ringsherum und auf die ganze Länge ein Zylinderspalt e entsteht,
der gerade so groß ist, daß er eine schnelle und gleichmäßige Verteilung der aus
dem Mantel d austretenden Flüssigkeit gewährleistet. Der Austritt der Flüssigkeit
aus dem Innenzylinder in den Außenzylinder erfolgt durch eine in der Längsrichtung
des Mantels d verlaufende Reihe von Löchern f. Diese Anordnung bewirkt, daß der
Flüssigkeitszutritt zu dem Außenzylinder der Nichtbenutzung dadurch abgestellt werden
kann, daß man den Mantel d so dreht, daß die Lochreihe oben liegt. Sind Mantel
a und Mantel d gemeinsam drehbar, so tritt bei Benutzung der Vorrichtung
bei jeder Umdrehung einmal die Flüssigkeit vom Innenzylinder in den Zylinderspalt
e über, während bei feststehendem Mantel d während des Gebrauches eine gleichmäßige
dauernde Entnahme von Flüssigkeit aus dem Innenzylinder erfolgt, und zwar entsprechend
dem jeweiligen Flüssigkeitsverbrauch.
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Zur Herbeiführung und Regelung des Druckausgleiches ist in der einen
Stirnscheibe b ein einfaches Luftauslaßventil g vorgesehen, während in der anderen
Stirnscheibe b eine verschließbare Einfüllöffnung h vorgesehen ist.
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Bei der Anordnung nach Abb. 2 ,ist eine direkte Auftragung der Fiüssigkeit
auf den mit Flüssigkeit zu versehenden Gegenstand, z. B. einem Papierbogen i, vorgesehen,
wobei in bekannter Weise zum Transport des Bogens eine Transportwalze k angeordnet
ist.
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Bei der in Abb. 3 und 4 dargestellten Anordnung sind die Teile b-h
die gleichen wie in Abb. i und 2. An Stelle des aus keramischem Material bestehenden
Mantels a ist jedoch ein Mantel vorgesehen, der aus einem perforierten Metallzylinder
m besteht, auf dem Gazeschichten n und eine metallische Drehfolie o angeordnet sind.
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Die Übertragung der Flüssigkeit auf den Gegenstand, z. B. den Papierbogen
i, geschieht gemäß Abb.4 auf indirektem Wege. Zu diesem Zwecke ist unter der die
Flüssigkeit enthaltenden Zylinderwalze eine Saugwalze p vorgesehen, die die aus
der Zylinderwalze austretende Flüssigkeit absaugt
und auf den Bogen
i überträgt. In üblicher Weise wird dabei der Bogen i von der als Gegenwalze arbeitenden
Transportwalze k bewegt.
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Bei der in Abb. 5 ersichtlichen Ausführung ist r ein Teil des Zylindermantels
und s ein Loch. An der inneren Oberfläche des Zylindermantels ist der Rand des Loches
s mit einer kraterförmigen Erweiterung t versehen.