EP1382743B1

EP1382743B1 - Apparatus for applying a liquid or pasty coating material onto a moving web, especially paper or board

Info

Publication number: EP1382743B1
Application number: EP03101690A
Authority: EP
Inventors: Richard Dr. Aust; Christoph Henninger; Stefan Reich; Martin Dr. Tietz
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2023-06-11
Also published as: DE10227815A1; EP1382743A2; EP1382743A3; DE20221953U1; DE50313338D1; ATE492687T1

Abstract

A non-contact (14) assembly (10) applies a liquid or paste coating to a moving (L) and supported (20) paper or carton web (12). The support unit (20) is formed by an endless belt or sieve (18) and presents the moving web to the non-contact coating assembly (14). The non-contact assembly (14) is a spray application unit. The drier is e.g. an infra-red and/or air drier (16). The coating medium incorporates a binding agent and/or starch. Immediately prior to the coating process (14) the web (12) has a dry mass content of pref. 58%.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auftragen von flüssigem oder pastösem Auftragsmedium auf eine sich in Laufrichtung bewegende Materialbahn, insbesondere aus Papier oder Karton.The invention relates to a device for applying liquid or pasty application medium to a material web moving in the direction of travel, in particular of paper or cardboard.

Derartige Auftragsvorrichtungen sind in zahlreichen Varianten aus dem Stand der Technik bekannt. Wird dabei das Auftragsmedium mittels eines Auftragswerks auf die Materialbahn aufgebracht, dem eine Rakelklinge zum Egalisieren oder/und Dosieren der aufgebrachten Schicht vom Auftragsmedium nachgeordnet ist (Klingenauftragswerk), so hat dies häufig den Nachteil einer schlechten Abdeckung der Materialbahn. Zudem wird die Materialbahn durch die Rakelklinge in hohem Maße beansprucht, was sich beispielsweise im Herausreißen von Fasern aus der Materialbahn bemerkbar macht. Es ist unnötig zu erwähnen, dass dieses Herrausreißen von Fasern die Oberflächeneigenschaften der gestrichenen Materialbahn verschlechtert. Im Extremfall kann es sogar zum Reißen der Materialbahn kommen. Ein weiterer Nachteil des Einsatzes eines Klingenauftragswerks ist die Gefahr von "Mottling" beim Trocknen der gestrichenen Materialbahn. Mit "Mottling" wird in der Fachsprache ein beim Streichen der Materialbahn unerwünschter, die Papierqualität mindernder Effekt bezeichnet, infolgedessen die Oberfläche des gestrichenen Papiers wolkenförmige Ungleichmäßigkeiten zeigt.Such application devices are known in numerous variants from the prior art. If the application medium is applied to the material web by means of an applicator, which is followed by a doctor blade for leveling and / or dosing the applied layer of the application medium (blade applicator), this often has the disadvantage of poor coverage of the web. In addition, the material web is subjected to a high degree by the doctor blade, which is noticeable, for example, in the tearing out of fibers from the material web. Needless to say, this tearing of fibers degrades the surface properties of the coated web. In extreme cases, it may even come to rupture of the web. Another disadvantage of using a blade applicator is the risk of "mottling" during drying of the coated web. Mottling, in technical language, is an unwanted paper quality-reducing effect when the web is painted, as a result of which the surface of the coated paper shows cloud-shaped irregularities.

Als Auftragswerk kann aber auch ein Rollenauftragswerk vorgesehen sein, d.h. ein Auftragswerk mit einer Rollrakel als Egalisier- oder/und Dosierelement. Die im Zusammenhang mit einem Klingenauftragswerk beschriebenen Nachteile gelten jedoch auch für Rollenauftragswerke.As a commissioned work but can also be provided a Rollenauftragswerk, i. a commissioned work with a roller blade as leveling and / or dosing. However, the disadvantages described in connection with a blade applicator also apply to roller applicators.

Wird der Vorstrich hingegen mittels eines Filmauftragswerks auf die Materialbahn aufgebracht, d.h. mittels eines Auftragswerks, bei welchem die Materialbahn durch einen zwischen zwei Walzen gebildeten Nip hindurchläuft und in diesem Nip mit einem auf die Oberfläche einer der Walzen aufgebrachten Film von Auftragsmedium in Kontakt gebracht wird, so hat dies zwar verglichen mit einem Klingenauftragswerk bzw. Rollenauftragswerk eine geringere Beanspruchung der Materialbahn zur Folge, die Bahnbeanspruchung ist jedoch immer noch so groß, dass die Gefahr von Bahnabrissen besteht. Zudem ist bei Filmauftragswerken die auf die Materialbahn in einem einzigen Auftragsschritt aufbringbare Menge an Auftragsmedium begrenzt, so dass zur Erzielung von höheren Strichgewichten die Materialbahn mehrmals vorgestrichen werden muss. Insbesondere bei höheren Laufgeschwindigkeiten der Materialbahn besteht zudem die Gefahr der Ausbildung des Orangenhauteffekts auf der gestrichenen Materialbahn, was sich nachteilig auf die Oberflächeneigenschaften der gestrichenen Materialbahn auswirkt sowie die Gefahr einer Verunreinigung der gesamten Anlage durch einen sich im Auslauf des Nips ausbildenden Sprühnebel von Auftragsmediumtröpfchen.If the precoat, however, applied by means of a film applicator on the web, ie by means of a commissioned work, in which the web passes through a nip formed between two rollers and in this nip with a Although this is brought into contact with the surface of a roll of application medium applied to the rolls, this results in less stress on the material web compared with a blade applicator or roll applicator, but the web load is still so great that there is a risk of web breaks. In addition, in the case of film applicators, the amount of application medium that can be applied to the material web in a single application step is limited, so that the material web must be pre-painted several times in order to achieve higher coating weights. In particular, at higher speeds of the material web there is also the risk of the formation of the orange peel effect on the coated material web, which adversely affects the surface properties of the coated material web and the risk of contamination of the entire system by forming in the outlet of the nip mist of application medium droplets.

Eine Verringerung der Beanspruchung der Materialbahn kann erzielt werden, indem anstelle der vorher genannten berührend wirkenden Auftragswerke berührungslos wirkende Auftragswerke verwendet werden. Das kontaktlos wirkende Auftragswerk, zum Beipiel ein Vorhang-Auftragswerk (in der Fachsprache auch "curtain coater" genannt) oder ein Sprühauftragswerk, trägt das Auftragsmedium im Wesentlichen ohne Überschuss auf die Materialbahn auf ("1:1-Auftrag"). Es braucht daher kein Abrakeln überschüssigen Auftragsmediums und somit kein körperlicher Kontakt mit der Materialbahn stattzufinden. Infolgedessen werden durch kontaktlos wirkende Auftragswerke keine Fasem aus der Materialbahn herausgerissen, was eine geringere Abrissgefahr mit sich bringt. Die Materialbahn wird durch das kontaktlos wirkende Auftragswerk nur in geringem Maße beansprucht, nämlich nur mittels des Aufweichens der Materialbahn durch die im Auftragsmedium enthaltene Flüssigkeit. In diesem Zusammenhang wird auf die WO 97/13035 A1 verwiesen.A reduction of the stress of the material web can be achieved by using non-contact applicators instead of the previously mentioned contact-type applicators. The non-contact applicator, for example, a curtain applicator (also known as "curtain coater" in technical language) or a spray applicator, applies the application medium essentially without excess to the material web ("1: 1 job"). Therefore, it does not take any scraping excess application medium and thus no physical contact with the web to take place. As a result, no fibers are torn out of the material web by contactless acting commissioned works, which brings a lower risk of demolition. The web is claimed by the contactless acting commissioned work only to a small extent, namely only by means of the softening of the web through the liquid contained in the application medium. In this context, on the WO 97/13035 A1 directed.

In einer Maschine zur Herstellung oder/und Beschichtung einer Materialbahn, insbesondere aus Papier oder Karton, wirken Zugkräfte auf die Materialbahn. Besonders kritisch ist eine auftretende Zugbeanspruchung der Materialbahn im Bahnverlauf unmittelbar im Anschluss an die Auftragsposition, da die Materialbahn hier noch feucht ist und somit über eine geringe mechanische Festigkeit verfügt. Hinzu kommt, dass die Materialbahn sich im Anschluss an die Auftragsposition üblicherweise mit einem freien Bahnzug zur nächstfolgenden Behandlungsstation bewegt.In a machine for producing or / and coating a material web, in particular made of paper or cardboard, tensile forces act on the material web. Particularly critical is an occurring tensile stress of the material web in the path immediately after the order position, since the material web is still moist here and thus has a low mechanical strength. in addition comes that the web usually moves after the order position with a free train to the next treatment station.

Darüber hinaus führt auch die aus wirtschaftlichen Gründen erwünschte Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit zu einer erhöhten Zugbeanspruchung der Materialbahn. Dies hat zur Folge, dass die Gefahr eines Bahnrisses steigt, besonders im Bahnabschnitt nach dem Auftragswerk, in dem die Materialbahn noch feucht ist. Einige Materialbahnen weisen, zum Beispiel aufgrund der Verwendung von billigerem Rohstoff, eine relativ geringe mechanische Festigkeit auf. Bei diesen Materialbahnen können selbst die in Maschinen mit berührungslos wirkenden Auftragswerken auftretenden Zugkräfte nach dem Auftragswerk noch zu groß sein.In addition, the desired for economic reasons increase in production speed leads to increased tensile stress of the material web. This has the consequence that the risk of a web break increases, especially in the web section after the commissioned work, in which the web is still wet. Some webs, for example, due to the use of cheaper raw material, have a relatively low mechanical strength. In the case of these material webs, even the tensile forces occurring in machines with non-contact applicator units can still be too great after the commissioned work.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die Gefahr des Reißens der Materialbahn im Vergleich zum Stand der Technik zumindest reduziert ist.It is therefore an object of the invention to provide a device of the type mentioned, in which the risk of tearing of the material web is at least reduced compared to the prior art.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1.This object is achieved by a device according to claim 1.

Unter einem "kontaktlos wirkenden Auftragswerk" versteht die vorliegende Anmeldung ein Auftragswerk, das ohne die Materialbahn berührende Teile, wie Rakelklingen oder Rollrakel, auskommt, da es das Auftragsmedium im Wesentlichen ohne Überschuss auf die Materialbahn aufträgt.Under a "contactless acting commissioned work" the present application understands a commissioned work, which works without the material web contacting parts such as doctor blades or doctor blade, since it applies the application medium substantially without excess on the web.

Durch den Einsatz der Stützvorrichtung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung unmittelbar im Anschluss an die Auftragsposition keinen freien Bahnzug mehr auf. Die in diesem Abschnitt des Bahnverlaufs auftretende Zugbeanspruchung der Materialbahn wird erfindungsgemäß von dem umlaufenden Stützelement aufgenommen, so dass die Materialbahn selbst im Wesentlichen zugfrei läuft. Dies schlägt sich in einer Reduzierung der Zahl der Abrisse nieder. Somit können mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch aus billigeren Rohstoffen gefertigte Materialbahnen gestrichen werden.Through the use of the support device, the device according to the invention Immediately after the order item, there is no free train anymore. The tensile stress of the material web occurring in this section of the web course is inventively absorbed by the revolving support element, so that the material web itself runs essentially without tension. This is reflected in a reduction in the number of breaks. Thus, fabric webs made of cheaper raw materials can be painted with the aid of the device according to the invention.

Das Stützelement kann dabei ein Stützband oder ein Stützsieb sein, wie sie an sich aus anderen Partien von Anlagen zur Herstellung oder/und Veredelung von Papier bekannt sind.The support member may be a support belt or a support screen, as they are known from other lots of equipment for the production and / or finishing of paper.

Wie vorstehend bereits erwähnt, kann darüber hinaus die kontaktlos wirkende Auftragsvorrichtung eine Sprüh-Auftragsvorrichtung oder eine Vorhang-Auftragsvorrichtung sein.In addition, as already mentioned above, the contactless application device may be a spray application device or a curtain application device.

Die der Auftragsvorrichtung nächstfolgende Materialbahn-Behandlungsvorrichtung kann eine Trockenvorrichtung sein, beispielsweise eine Infrarot- oder/und Luft-Trockenvorrichtung, welche zum Trocknen der auf die Materialbahn aufgebrachten Schicht von Auftragsmedium dient. Dabei kann diese Trockenvorrichtung einseitig oder auch beidseitig auf die Materialbahn einwirken.The material web treatment device following the application device may be a drying device, for example an infrared and / or air drying device, which serves for drying the layer of application medium applied to the material web. In this case, this drying device can act on one side or on both sides of the material web.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die unterschiedlichsten Auftragsmedien auf die Materialbahn aufgebracht werden. Insbesondere ist sie für einen Leim-, Pigment- oder Farbauftrag auf die Materialbahn geeignet. Bevorzugt kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung binder- oder/und stärke-haltiges Auftragsmedium auf die Materialbahn aufgebracht werden.With the device according to the invention, a wide variety of application media can be applied to the web. In particular, it is suitable for a glue, pigment or paint application to the material web. Preferably binder or / and starch-containing application medium can be applied to the web of material with the device according to the invention.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Materialbahn unmittelbar vor dem Auftragswerk einen Trockengehalt von mindestens 25 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 50 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 58 Gew.-%, aufweist.In a development of the invention, it is proposed that the material web has a dry content of at least 25% by weight, preferably at least 50% by weight, more preferably at least 58% by weight, immediately before the application unit.

Wie dies für andere Arten von Streichvorrichtungen an sich bekannt ist, kann auch die erfindungsgemäße Vorrichtung in Laufrichtung der Materialbahn zwischen einer Pressenpartie und einer Trockenpartie angeordnet sein. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass sie in Laufrichtung der Materialbahn zwischen einer, gewünschtenfalls mit einem Glättwerk ausgestatteten, Vortrockenpartie und einer Nachtrockenpartie angeordnet ist.As is known per se for other types of coating devices, the device according to the invention can also be arranged in the running direction of the material web between a press section and a drying section. Alternatively, however, it is also possible that it is arranged in the running direction of the material web between a, if desired, equipped with a calender, pre-drying section and a after-dryer section.

Die Erfindung wird im Folgenden an zwei Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellt dar:

Fig. 1: eine grobschematische Darstellung einer Anordnung, bei der das Auftragsmedium auf die Unterseite der Materialbahn aufgebracht wird, und
Fig. 2: eine grobschematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung, bei der das Auftragsmedium auf die Oberseite der Materialbahn aufgebracht wird.

The invention will be explained below with reference to two embodiments with reference to the accompanying drawings. It shows:

Fig. 1: a rough schematic representation of an arrangement in which the application medium is applied to the underside of the web, and
Fig. 2: a rough schematic representation of an arrangement according to the invention, in which the application medium is applied to the top of the material web.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung ganz allgemein mit 10 bezeichnet. Die Vorrichtung 10 dient zum Aufbringen einer Schicht 11 von flüssigem oder pastösem Auftragsmedium auf die Unterseite 12a einer Materialbahn 12. Insbesondere wird die Auftragsschicht 11 mittels eines kontaktlos wirkenden Auftragswerks 14, beispielsweise eines Vorhang-Auftragswerks (auch "curtain coater" genannt) oder eines Sprüh-Auftragswerks (auch "spray coater" genannt), auf die Materialbahn 12 aufgebracht. Anschließend wird die Materialbahn 12 einer Trockenvorrichtung 16 zugeführt, welche der Auftragsschicht 11 Feuchtigkeit entzieht. Dabei trocknet die Trockenvorrichtung 16 die Auftragsschicht 11 vorzugsweise ebenfalls kontaktlos. Beispielsweise kann die Trockenvorrichtung 16 von einem lR-Trockner oder einem Luft-Trockner gebildet sein.In Fig. 1 a device according to the invention is generally designated 10. The device 10 serves to apply a layer 11 of liquid or pasty application medium to the underside 12a of a material web 12. In particular, the application layer 11 is produced by means of a contactless applicator 14, for example a curtain applicator (also called a curtain coater) or a spray Contractor (also called "spray coater"), applied to the web 12. Subsequently, the material web 12 is fed to a drying device 16, which removes moisture from the application layer 11. In this case, the drying device 16 dries the application layer 11, preferably also without contact. For example, the drying device 16 may be formed by an IR dryer or an air dryer.

Aufgrund der Zufuhr von Feuchtigkeit durch das Auftragswerk 14 ist die Materialbahn in dem Abschnitt ihres Verlaufs zwischen Auftragswerk 14 und Trockenvorrichtung 16 besonders anfällig für Reißens auf Grund zu hoher Zugbeanspruchung. Erfindungsgemäß ist daher eine umlaufende Stützvorrichtung 20 vorgesehen, welche die Materialbahn 12 auf ihrem Lauf durch die Auftragsvorrichtung 10 stützt. Diese Stützvorrichtung 20, die beispielsweise von einem Stützband oder einem Stützsieb 18 gebildet ist, nimmt im Wesentlichen die gesamte Zugbeanspruchung auf, die andernfalls von der Materialbahn 12 selbst aufgenommen werden müsste. In Folge der verminderten auf die Materialbahn 12 ausgeübten Zugbeanspruchung ist die Gefahr eines Reißens der Materialbahn 12 in dem hierfür besonders kritischen Verlaufsabschnitt unmittelbar anschließend an das Auftragswerk 14 zumindest erheblich reduziert.Due to the supply of moisture through the applicator 14, the web is in the section of its course between commissioned work 14 and drying device 16 particularly susceptible to tearing due to high tensile stress. According to the invention therefore, a circumferential support device 20 is provided, which supports the material web 12 on its course by the application device 10. This support device 20, which is formed for example by a support band or a support wire 18, absorbs substantially all of the tensile stress that would otherwise have to be absorbed by the material web 12 itself. As a result of the reduced tensile stress exerted on the material web 12, the risk of tearing of the material web 12 in the especially critical course section immediately following the applicator 14 is at least considerably reduced.

Vorteilhafterweise wird die Materialbahn 12, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, aber nicht nur zwischen Auftragswerk 14 und Trockenvorrichtung 16 von der Stützvorrichtung 20 gestützt, sondern auch im weiteren Verlauf bis kurz vor die nächste Bearbeitungsstation 26. Und auch schon vor dem Eintreffen am Auftragswerk 14 wird die Materialbahn 12 von der Stützvorrichtung 20 gestützt, und zwar werden die Materialbahn 12 und das Stützband 18 bereits kurz nach der vorauslaufenden Bearbeitungsstation 22 zusammengeführt.Advantageously, the material web 12, as shown in FIG Fig. 1 is shown, but supported not only between applicator 14 and drying device 16 of the support device 20, but also in the course to shortly before the next processing station 26. And even before the arrival at the commissioned work 14, the web 12 is supported by the support device 20, namely, the web of material 12 and the support belt 18 are already brought together shortly after the leading processing station 22.

Der Verlauf der Materialbahn 12 und des Stützbandes 18 in der Auftragsstation 10 wird durch Umlenkwalzen 24 bestimmt.The course of the material web 12 and the support belt 18 in the application station 10 is determined by guide rollers 24.

Nachzutragen ist noch, dass die Trockenvorrichtung 16 einseitig oder auch beidseitig auf die Materialbahn 12 einwirken kann.It should also be added that the drying device 16 can act on the material web 12 on one side or on both sides.

Fig. 2 zeigt, dass das Auftragswerk in Laufrichtung der Materialbahn zwischen einer Vortrockenpartie und einer Nachtrockenpartie angeordnet ist. Fig. 2 shows that the commissioned work is arranged in the running direction of the material web between a pre-drying and a post-dryer section.

Zu Fig. 2 ist ferner anzumerken, dass hier der Verlauf der Materialbahn 12 derart gewählt ist, dass die Auftragsschicht auf die Oberseite 12b der Materialbahn 12 aufgetragen wird. Ansonsten sei auf die Beschreibung der Ausführungsform gemäß Fig. 1 verwiesen.To Fig. 2 It should also be noted that here the course of the material web 12 is selected such that the application layer is applied to the upper side 12b of the material web 12. Otherwise, refer to the description of the embodiment according to Fig. 1 directed.

Selbstverständlich kann die in Fig. 1 beschriebene Anordnung zum Auftragen eines Auftragsmediums auf die Unterseite 12a der Materialbahn 12 auch zwischen einer Vortrockenpartie 28 und einer Nachtrockenpartie 30, wie in Fig. 2 gezeigt, angeordnet sein. Ebenso kann die in Fig. 2 beschriebene Anordnung zum Auftragen eines Mediums auf die Oberseite 12b der Materialbahn 12 auch zwischen einer Pressenpartie 22 und einer Trockenpartie 26, so wie in Fig. 1 gezeigt, angeordnet sein.Of course, the in Fig. 1 described arrangement for applying a coating medium on the bottom 12a of the web 12 also between a pre-drying section 28 and a after-dryer section 30, as in Fig. 2 shown to be arranged. Likewise, the in Fig. 2 described arrangement for applying a medium to the top 12b of the web 12 also between a press section 22 and a dryer section 26, as in Fig. 1 shown to be arranged.

Claims

Apparatus (10) for applying liquid or pasty application medium to a web (12), in particular of paper or board, moving in a running direction (L), having a non-contact applicator (14), which applies the application medium to a section of the course of the web (12) that is supported by a supporting device (20),
characterized in that
the supporting device (20) is formed by a circulating supporting element (18) in the form of a supporting belt or supporting fabric which, following the applicator (14), supports the web (12) at least as far as the next following web treatment apparatus (16), the applicator (14) being arranged between a pre-dryer section (28) and an after-dryer section (30) in the running direction (L) of the web (12).
Apparatus according to Claim 1,
characterized in that
the non-contact applicator (14) is a spray application device or a curtain application device.
Apparatus according to either of Claims 1 and 2,
characterized in that
the next following web treatment apparatus is a drying apparatus (16), for example an infrared and/or air drying apparatus.
Apparatus according to one of Claims 1 to 3,
characterized in that
the application medium contains binder and/or starch.
Apparatus according to one of Claims 1 to 4,
characterized in that
immediately before the applicator (14), the web (12) has a dryness of at least 25% by weight, preferably at least 50% by weight, still more preferably at least 58% by weight.
Apparatus according to one of Claims 1 to 5,
characterized in that
the pre-dryer section (28) is equipped with a smoothing unit.