Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Rollschaberauftragwerk zum direkten oder indirekten Auftragen von Beschichtungen auf Materialbahnen mit einer in einem Halter drehbar gelagerten, auf der Materialbahn oder auf einer die Materialbahn führenden Walze aufliegenden Rakelstange.
Derartige Rollschaberauftragwerke dienen dazu, Vor- und Deckstriche direkt oder indirekt auf Karton und Papier aufzutragen. Auch andere, nicht pigmentierte Auftragmedien, beispielsweise zum Oberflächenleimen, zum Beschichten oder Vorbehandeln technischer Papiere und Folie kommen in Frage. Abhängig von der Laufgeschwindigkeit der Materialbahn, ihren Materialeigenschaften sowie der Zusammensetzung und dem rheologischen Verhalten der Auftragmedien strebt man Trockenauftraggewichte von 0,5 bis 20 g/m2 bei möglichst glatter Oberfläche, d.h. bei gutem Querprofil ohne Streifenbildung an.
Die Dicke der Beschichtung stellt sich aufgrund eines Kräftegleichgewichts zwischen elastischer Anpressung und dem im keilförmigen Spalt zwischen der Materialbahn oder der die Materialbahn führenden Walze und der Rakelstange entstehenden hydrodynamischen Flüssigkeitsdruck des Auftragsmediums ein.
Drehbare Rakelstangen aus Stahlvollmaterial sind bekannt und in der der DE-PS 30 22 955 beschrieben. Sie sind zum dosierten Aufbringen von Pigmentstrichen auf Papier gut geeignet, so daß sich ein gewünschter Strichgewichtsbereich bei gutem Querprofil weitestgehend abdecken läßt.
Demgegenüber sind diese Rakelstangen weniger gut geeignet, wenn ein pigmentiertes Auftragmedium indirekt zunächst auf eine gummierte Walze oder direkt auf eine sehr glatte, geschlossene Warenbahnoberfläche, beispielsweise eine Folie, aufgetragen werden soll.
In diesen Fällen ergibt sich häufig ein so niedriger hydro- dynamischer Flüssigkeitsdruck, daß sich der Anpreßdruck nicht so weit herabsetzen läßt, wie das erforderlich wäre, ohne daß sich Ungleichmäßigkeiten im Querprofil, d.h. Streifen mit geringerem und höherem Auftrag ergeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Rollschaberauftragwerk so zu verbessern, daß sich ein weiter Strichgewichts- bereich bei gutem Querprofil auf unterschiedlichen Bahnmaterialien und mit den verschiedensten Beschichtungsmaterialien ergibt.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß bei einem Rollschaberauftragwerk der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß die Rakelstange aus einem Kern und einer Ummantelung mit unterschiedlich großem Elastizitätsmodul besteht. Auf diese Weise läßt sich die bei einer Rakelstange aus Vollmaterial im Verhältnis zur Anpressung relativ hohe Steifigkeit verringern, so daß sich die Rakelstange gleichmäßig an die Materialbahn anlegt bzw. Oberfläche einer Gegenwalze ausrichtet.
Die erfindungsgemäße Rakelstange aus einem Kern und einer Ummantelung mit unterschiedlich großem Elastizitätsmodul beruht auf der Erkenntnis, daß eine Verringerung des Rakelstangendurchmessers allein zwar deren Steifigkeit verringert, jedoch keine Lösung des Problems ergibt, da mit der Verringerung des Rakelstangendurchmessers auch der hydrodynamische Flüssigkeitsdruck aufgrund der geometrischen Änderung in der Dosierzone, d.h. mit der damit einhergehenden Vergrößerung des Keilwinkels, schneller absinkt, als sich die Steifigkeit der Rakelstange verringert.
Umgekehrt führt eine Vergrößerung des Rakelstangendurchmessers zwar zu einer Erhöhung des hydrodynamischen Flüssigkeitsdrucks in der Dosierzone, jedoch steigt der Flüssigkeitsdruck langsamer an als sich die Steifigkeit der Rakelstange mit zunehmendem Druchmesser vergrößert.
Vorzugsweise ist der Elastizitätsmodul der Ummantelung kleiner als der des Kerns, was sich vorteilhafterweise dadurch erreichen läßt, daß die Ummantelung aus Kunststoff, beispielsweise PTFE oder PVC, und der Kern aus Stahl besteht.
Der Kern nimmt hierbei die in der Rakelstange auftretende Torsionsspannung auf, während die flexible Kunststoffummantelung den Außendurchmeser auf den Wert bringt, der für ein optimales Beschichten erforderlich ist.
Der Durchmesser des Stahlkerns liegt vorzugsweise bei 6 bis 10 mm und der Außendurchmeser der Kunststoffummantelung bei 10 bis 20 mm.
Um ein Versetzen oder Verrutschen des Kunststoffmantels gegenüber dem Stahlkern zu verhindern, kann die Oberfläche des Kerns strukturiert, z.B. unrund und die beispielsweise komplementäre Innenfläche der Ummantelung formschlüssig mit der Oberfläche des Kerns verbunden sein.
Des weiteren kann zusätzlich eine dünnwandige, verschleißfeste Hülle um die Ummantelung herumgelegt sein, die aus einem etwa 0,3 mm dicken Stahlmantel besteht. Diese Ausführungsform wird insbesondere zum direkten Beschichten von Papierbahnen eingesetzt, da bei dieser Anwendung ein erhöhter Verschleiß der elastischen Ummantelung auftritt.
Die Rakelstange ist angetrieben, vorzugsweise gegensinnig zur Gegenwalzenbewegung bzw. zur Materialbahnbewegung, und mittels eines Rakelbetts aus einem druckluftbeaufschlagten Schlauch im Halter gelagert, so daß sich der Anpreßdruck durch Änderung der Druckluftbeaufschlagung des Schlauchs verändern läßt.
Die Zeichnung dient zur Erläuterung der Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele. In der Zeichnung zeigt:
Bei der Ausführungsform nach Figur 1 wird das Beschichtungsmaterial direkt auf eine Materialbahn aufgetragen. Um eine Gegenwalze 1, von der nur ein Segment dargestellt ist, läuft eine Materialbahn 2 und wird mit einer Beschichtung 3 vorgegebenen Quadratmetergewichts versehen. Um dieses Quadratmetergewicht zu erreichen, wird überschlüssiges Beschichtungsmaterial mittels einer in einem Halter 4 drehbar gelagerten Rakelstange 5 entfernt.
Diese Rakelstange 5 ist entgegen der durch einen Pfeil angegebenen Bewegungsrichtung der Gegenwalze 1 angetrieben und verdrängt das überflüssige Beschichtungsmaterial nach unten, wo es in eine nicht dargestellte Wanne abtropft. Die Rakelstange 5 besteht aus einem Kern 6 aus Stahl, auf den das Antriebsmoment wirkt. Der Kern 6 ist mit einer Ummantelung 7 aus Kunststoff, beispielsweise PTFE oder PVC, versehen und weist zusätzlich eine verschleißfeste Hülle 8 auf, die wiederum aus Stahl besteht. Diese verschleißfeste Hülle 8 ist dann erforderlich, wenn das Beschichtungsmaterial und die Materialbahn 2 zu einem erhöhten Abrieb der Rakelstange 5 führen.
Die Rakelstange 5 ist in einem Rakelbett 9 gehalten, das aus einem mit Druckluft beaufschlagten Gummischlauch mit einer Hohlkammer 10 besteht. Durch eine Änderung des Luftdrucks in der Hohlkammer 10 läßt sich der Anpreßdruck der Materialbahn 2 und dem Beschichtungsmaterial anpassen, so daß der Strichauftrag eine einwandfreie Oberfläche aufweist und sich sein Quadratmetergewicht in weiten Grenzen variieren läßt.
Da der Elastizitätsmodul von PTFE ungefähr 400 N/mm2 und der von Stahl etwa 210 000 N/mm2 beträgt, ergibt sich für den Biegewiderstand einer Rakelstange mit 12 mm Durchmesser aus Stahlvollmaterial E x 1 = 2,2 x 108 N/mm2, während sich der Biegewiderstand für eine erfindungsgemäße Rakelstange mit einem Kerndurchmesser von 8 mm und einem Außendurchmesser von 12 mm, deren Kern aus Stahl und deren Ummantelung aus PTFE besteht, E x I = 0,43 x 108 N/mm2 ergibt. Der Biegewiderstand der erfindungsgemäßen Rakelstange beträgt somit nur etwa ein Fünftel desjenigen einer Rakelstange aus Stahlvollmaterial. Auch wenn zusätzlich noch eine dünnwandige, verschleißfeste Hülle aus Stahl mit einer Wanddicke von 0,3 mm um die Ummantelung aus PTFE herumgelegt ist, erhöht sich der Biegewiderstand mit E x 1 = 0,85 x 108 N/mm2 nur auf das Doppelte; er liegt immer noch erheblich unter dem Biegewiderstand einer Rakelstange gleichen Durchmessers aus Stahlvollmaterial.
Bei der Ausführungsform nach Figur 2 wird die Beschichtung 3 indirekt auftragen. In diesem Fall wird die Materialbahn 2 erst dann an die Walze herangeführt, wenn die Beschichtung 3 in der beschriebenen Weise dosiert auf die Walzenoberfläche statt auf die Materialbahn aufgetragen ist.
Die Beschichtung wird dann von der an die Walze 1 heran- und herumgeführten Materialbahn übernommen.
Da die Gegenwalzen 1 einen Gummi- oder Kautschukmantel aufweisen, tritt kaum Abrasion an den Rakelstangen 5 auf. Diese benötigen daher keine verschleißfeste Hülle. Ihr Aufbau entspricht der in Figur 1 gezeigten Rakelstange, wobei die verschleißfeste Hülle 8 fehlt. Die Ummantelung 7 der Rakelstangen 5 liegt somit an den Gegenwalzen 1 an.
Zum Auftragen des Beschichtungsmaterials im Überschuß dient nach beiden Ausführungsformen ein Walzenauftragwerk 11 mit einer Farbwanne 12 und einer Auftragwalze 13. Die Auftragwalzen 13 schöpfen das Beschichtungsmaterial aus den Farbwannen 12 und tragen es im Überschuß auf die Materialbahn 2 (Figur 1 ) oder die Gegenwalzen 1 (Figur 2) auf.
Die Dosierung auf das gewünschte Strichgewicht erfolgt anschließend mit den erfindungsgemäßen Rollschabern 5.