Vorrichtung zum Erzeugen eines Unterdrucks

Abstract

 Eine Vorrichtung 1 zum Erzeugen eines Unterdrucks an einer Antragsschicht auf einem bahnförmigen Trägermaterial 5, das über eine Beschichtungswalze 3 geführt ist, wird symmetrisch über zwei sich gegenüberliegende, stirnseitige Einströmöffnungen 13, 22 mit Druckluft beaufschlagt. Diese Druckluft wird symmetrisch über eine Verteilereinheit 23 der Vorrichtung 1 zugeführt. Diese Druckluft tritt über eine sogenannte Lavaldüse aus und erzeugt dabei oberhalb dieser Lavaldüse einen Unterdruck, der auf den Meniskus der Antragsschicht, beim Übergang aus dem Spalt der Beschichtungsdüse auf das Trägermaterial 4 einwirkt. In der Vorrichtung 1 sind verschiebbare Abdichtungen 27 vorgesehen, die es ermöglichen, die Breite der Düse an die Beschichtungsbreite des Trägermaterial 4 anzupassen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Unterdrucks an einer Antragsschicht auf einem bahnförmigen Trägermaterial, das über eine rotierende Beschichtungswalze geführt ist, mit einer im Inneren der Vorrichtung liegenden Druckkammer, die in einen Austrittkanal für ein Druckmedium nahe dem Trägermaterial mündet, und mit einer Beschichtungsdüse für das Auftragen der Antragsschicht auf das Trägermaterial in einem Beschichtungsspalt.

[0002] Aus dem US-Patent 4,445,458 ist eine Extrusionsbeschichtungsvorrichtung für das Aufbringen einer Beschichtungslösung auf ein sich über eine Walze bewegendes Bandmaterial bekannt, mit einer Abzugsdüse, die eine schräge Abzugsfläche aufweist, wobei der Winkel zwischen der Abzugsfläche und der Achse des Extrusionsschlitzes ein stumpfer Winkel ist. Die Extrusionsbeschichtungsvorrichtung ist mit einem Unterdruckkasten ausgerüstet, der die bei größerer Bandgeschwindigkeit des Bandmaterials mitgeschleppte Luft reduzieren soll, um den Kontakt des Meniskus der Beschichtungslösung zum Band nicht zu zerstören. Der Unterdruck wird mit einer nicht näher beschriebenen Unterdruckpumpe außerhalb des Unterdruckkastens erzeugt. Die Form und die Abdichtung des Unterdruckkastens ist nicht näher beschrieben.

[0003] In dem US-Patent 2,681,294 sind Verfahren zur Beschichtung von Bandmaterialien beschrieben. Es handelt sich um zwei Ausführungsformen der Gleitfilmbeschichtung. Die Beschichtungseinrichtungen besitzen jeweils einen Unterdruckkasten, der mit einer Drainageleitung verbunden ist, um überschüssige Beschichtungslösung abzuleiten. Bei einer Ausführungsform befindet sich die Beschichtungseinrichtung mit dem Unterdruckkasten und dem Trockner in einer überdruckkammer. Der Unterdruckkasten der Beschichtungseinrichtung hat eine Verbindung zur Außenluft, wobei der Querschnitt dieser Verbindung regelbar ist, so daß der Differenzdruck am Meniskus der Beschichtungslösung einstellbar ist.

[0004] Die in der DE-A - 33 09 343 beschriebene Vorrichtung zum Auftragen mindestens einer Gießschicht auf eine sich bewegende, bahnförmige Unterlage besitzt eine die Unterlage führende, rotierende Gießwalze. Ein Gießer ist, nur durch einen Spalt getrennt, nahe der Gießwalze angeordnet. Eine Saugvorrichtung mit einem Gehäuse weist eine vom Spalt bis zu einer Trennwand sich erstreckende Unterdruckkammer und eine sich von der Trennwand bis zu einer Endwand erstreckende Absaugkammer auf. Die Trennwand und/oder die Endwand sind in Umfangsrichtung verstellbar. Die Unterdruckkammer und die Absaugkammer sind über einen Bypass miteinander verbunden. Durch das Verschieben der Trenn- und/oder Endwand werden die Volumina der Unterdruck- und der Absaugkammer geändert. Diese Volumina bilden zusammen mit dem Bypass und den Spalten zum Beschichtungsband hin ein pneumatisches Schwingsystem. Durch Verändern der Volumina können Resonanzfrequenzen geändert und durch Variation des Bypasses die Dämpfung verändert werden. In der Unterdruckkammer befindet sich eine rotierende Luftwalze, die eine Störungsquelle für die Gleichmäßigkeit der Beschichtung darstellt.

[0005] In dem Dokument EP-B - 0 168 986 ist eine Gleitfilmbeschichtung mit Unterdruck bei tangentialem Antrag der Beschichtungslösung beschrieben. Der Gleitfilm fließt an einer senkrechten Wand nach unten und gelangt über einen Spalt auf das zu beschichtende Band. Das Band wird an dieser Stelle so über eine Walze umgelenkt, daß der Beschichtungsfilm sich tangential an das Band anlegt. Der Spalt ist mit einer Unterdruckkammer verbunden, so daß die Beschichtung beeinflußt werden kann. Über eine Schalteinheit kann ein definierter Unterdruck oder ein definierter Überdruck angelegt werden. Der Unterdruck unterstützt die Beschichtung, der Überdruck führt zu einer sofortigen Unterbrechung der Beschichtung. Die Druckkammer liegt in unmittelbarer Nähe des Beschichtungsspalts zwischen dem vorderen Ende der Gleitbahnfläche und einer Beschichtungswalze, über die das Bahnmaterial geführt ist. Der Beschichtungsspalt liegt an einer Stelle bezüglich der Beschichtungswalze derart, daß das gestützte Bahnmaterial sich in Richtung nach unten an dieser Stelle bewegt und das zu beschichtende Material sich ebenfalls in die Richtung nach unten bewegt. Die Druckkammer ist oberhalb des Beschichtungsspaltes angeordnet, und der Winkel zwischen dem untersten Abschnitt der Gleitbahn und der Tangente an die Beschichtungswalze im Bereich des Beschichtungsspaltes liegt zwischen 170° und 180°.

[0006] Bei den bekannten Unterdrucksystemen zur Beschichtung bewegter Bahnen wird der Unterdruckraum gegen Normaldruck im Bereich der Beschichtungswalze und des Bandmaterials durch einen oder mehrere enge Spalte oder durch anliegende Dichtungen abgetrennt. Die anliegenden Dichtungen können zum Verschleiß oder zu Oberflächendefekten der Beschichtungswalze oder des Bandmaterials führen. Die Spaltabdichtungen lassen - je nach Spaltweite - größere Luftmengen in den Unterdruckkasten eintreten, so daß diese über das Unterdruckerzeugungssystem entfernt werden müssen. Diese eintretenden hohen Luftmengen ändern sich, je nach Breite und Dicke des Bandmaterials, so daß der Unterdruck bzw. die Spaltabdichtung jeweils neu eingestellt werden müssen. Die Luftmengen sind darüberhinaus die Ursache von Turbulenzen und Schwingungen, die den Beschichtungsmeniskus, d.h. den Antragswulst der Beschichtungslösung, beeinträchtigen können.

[0007] Bei den bekannten Systemen der Unterdruckbeschichtung besteht die Gefahr, daß Beschichtungslösung im Fall von Instabilitäten in das Unterdrucksystem abgesaugt wird. Durch Austrocknen der Lösung entstehen Lackfahnen, die in Schwingung geraten können, was wiederum zu Pulsationen in dem Unterdruckkasten bzw. am Beschichtungsmeniskus führt.

[0008] An den bekannten Beschichtungsanlagen mit einer Breitschlitzdüse lassen sich hohe Bandgeschwindigkeiten bei gleichzeitig dünnen Antragsschichten nur mit angelegtem Unterdruck erreichen. Der Unterdruck wirkt dabei von der Seite des noch unbeschichteten Bandes auf den Antragsfilm zwischen dem Düsenaustritt und dem Band. Die Erzeugung des Unterdrucks erfolgt im allgemeinen getrennt vom Beschichtungsbereich über eine oder mehrere Einspritzdüsen. Die aus dem Unterdruckkasten abzusaugende Luft wird über Schläuche zu den Einspritzdüsen geleitet. Bei höherem Unterdruck bricht der Antragsfilm zwischen der Breitschlitzdüse und dem Band auf und kann erst wieder bei niedrigen Bandgeschwindigkeiten geschlossen werden. Ursache für das Aufbrechen sind Schwingungen im Unterdruckkasten und den Absaugleitungen, sowie Querströmungen, die durch Falschluft hervorgerufen werden.

[0009] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bandbeschichtungsanlage mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Unterdrucks so auszugestalten, daß sie ohne den üblichen Unterdruckkasten ausgestattet ist und einen weitgehend schwingungs- und querströmungsfreien Unterdruck erzeugt.

[0010] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß der über die gesamte Breite des in Richtung nach oben bewegten Trägermaterials verlaufende Austrittskanal im Abstand und unterhalb des Beschichtungsspaltes und einer Saugzone angeordnet ist, daß ein Diffusorteil den Austrittskanal nach unten erweitert und daß ein Unterdruckkanal die Saugzone mit dem Diffusorteil des Austrittkanals verbindet.

[0011] In Ausgestaltung der Erfindung ist die Wandung des Unterdruckkanals einerseits von dem bewegten Trägermaterial und andererseits von einer Düsenwand gebildet, die mit Hilfe von Magneten festgehalten ist, die in einem Oberteil der Vorrichtung eingelassen sind. Die Düsenwand verläuft dabei senkrecht nach unten und ist eben ausgebildet.

[0012] In Weitergestaltung der Erfindung führt von der Druckkammer ein sich verengender Verteilerkanal zu einer Lavaldüse, die sich über die gesamte Beschichtungsbreite des Trägermaterials erstreckt, und schließt an den engsten Querschnitt der Lavaldüse der Diffusorteil des Austrittkanals an.

[0013] Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 5 bis 11.

[0014] Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß der Unterdruck direkt oder an der Stelle erzeugt wird, wo unmittelbar der Bedarf besteht, wodurch längere Wege und damit schwingende Luftsäulen vermieden werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt u.a. darin, daß keine Abdichtung erforderlich ist und damit Instabilitäten vermieden werden, so daß Störungen ausgeschlossen sind. Von Vorteil ist auch, daß die Reinigung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, im Vergleich zu bekannten Systemen, aufgrund der einfachen Bauweise leicht zu bewerkstelligen ist.

[0015] Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Schnittansicht einer Beschichtungsanlage, anhand der das Prinzip der Unterdruckerzeugung beschrieben wird,

Fig. 2

eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks an einer Beschichtungswalze, sowie die Druckluftversorgung der Vorrichtung, und

Fig. 3

eine Schnittansicht der Vorrichtung nach der Erfindung an einer Beschichtungswalze.

[0016] Anhand von Figur 1 wird das Prinzip einer Vorrichtung 1 zur Erzeugung eines Unterdrucks an einer Antragsschicht 5 erläutert. Der Unterdruckerzeugung liegt das Prinzip der an sich bekannten Wasser- oder Dampfstrahlpumpe zugrunde. Durch einen Kanal der Vorrichtung 1 wird Druckluft in Richtung des Pfeils A durchgeleitet und tritt aus einer Lavaldüse 15 entlang dem Umfang einer Beschichtungswalze 3 aus. Oberhalb der Vorrichtung 1 befindet sich eine Beschichtungsdüse 2, aus deren Beschichtungsspalt die Antragsschicht 5, die im Beschichtungsspalt einen Meniskus bildet, auf ein Trägermaterial 4 aufgetragen wird, das über die Beschichtungswalze 3 nach oben geführt ist. Die Lavaldüse 15 ist derart gestaltet, daß nur eine Hälfte der vollständigen Düse genutzt wird, wobei diese genutzte Hälfte räumlich so geteilt ist, daß ein schlitzförmiger Querschnitt in der Düse entsteht, der sich über die Antragsbreite des Trägermaterials 4 auf der Beschichtungswalze 3 erstreckt. Die Symmetrieebene der Lavaldüse 15 fällt mit der Innenwand der Vorrichtung 1, die der Umfangsfläche der Beschichtungswalze 3 gegenüberliegt, zusammen. Durch die aus der Lavaldüse 15 austretende Druckluft wird ein Sog bzw. Unterdruck oberhalb der Lavaldüse 15 auf den Meniskus der Antragsschicht 5 bzw. auf die Antragsschicht als solche ausgeübt.

[0017] Figur 2 zeigt perspektivisch die Vorrichtung 1 zur Unterdruckerzeugung an einer Beschichtungswalze 3, über die das zu beschichtende Trägermaterial 4 geführt ist. Die Versorgung der Vorrichtung 1 mit Druckluft erfolgt über eine Verteilereinheit 23. Hierzu wird symmetrisch von der Verteilereinheit 23 Druckluft über Einströmöffnungen 13 und 22 der Vorrichtung 1 eingespeist. Verschiebbare Abdichtungen 27 dienen der Begrenzung der Austrittsbreite der Druckluft. Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit ist die Beschichtungsdüse 2 nicht dargestellt.

[0018] In Figur 3 ist die Vorrichtung 1 nach der Erfindung an einer Beschichtungswalze 3 im Schnitt dargestellt. Das Trägermaterial 4, beispielsweise ein Kunststoff-, Papier- oder Metallband, wird über die Beschichtungswalze 3 geführt. Ein Pfeil 6 zeigt die Laufrichtung des Trägermaterials 4 an, das sich über den Umfang der Beschichtungswalze 3 nach oben bewegt. Die Beschichtungsdüse 2 befindet sich oberhalb der Vorrichtung 1, so daß die Antragsschicht 5, die aus der Beschichtungsdüse 2 austritt, von der Vorrichtung 1 weggeführt wird. Die Vorrichtung 1, die gewissermaßen eine Unterdruckdüse darstellt, besteht aus einem Unterteil 8, einem Oberteil 7 und einer Düsenwand 9.

[0019] Das Oberteil 7 und das Unterteil 8 sind durch Schrauben 11 miteinander verbunden. Die Düsenwand 9 wird von Magneten 10, die in dem Oberteil 7 eingelassen sind, festgehalten.

[0020] Im Inneren der Vorrichtung 1, d.h. im Unterteil 8, befindet sich eine Druckkammer 24, die zwei einander gegenüberliegende stirnseitige Einströmöffnungen 13, 22 aufweist, über die, wie anhand von Figur 2 beschrieben wurde, symmetrisch Druckluft eingespeist wird. Die Druckkammer wird mit Druckluft von 2,5 bis 3,8 bar beaufschlagt. In Figur 3 ist die Einströmöffnung 13 im Querschnitt des Unterteils 8 angedeutet. Die zugeführte Druckluft strömt von der Druckkammer 24 durch einen Verteilerkanal 14, der sich nach oben hin verengt, zu der Lavaldüse 15, die sich über die gesamte Beschichtungsbreite erstreckt. Die Lavaldüse 15 wird von dem unteren Stück der Düsenwand 9 und von der Innenwand 26 des Unterteils 8 der Vorrichtung 1 begrenzt. Diese Innenwand 26 ist geneigt zu der Vertikalen und divergiert nach unten.

[0021] In dem Verteilerkanal 14 sind die verschiebbaren Abdichtungen 27 vorhanden, die schematisch in Figur 3 gestrichelt angedeutet sind, und die die Länge des Spaltes der Lavaldüse 15 der Beschichtungsbreite auf dem Trägermaterial 4 anpassen. Die verschiebbaren Abdichtungen 27 decken den Zustrom von Druckluft zur Lavaldüse 15 ab.

[0022] An einen engsten Querschnitt 16 der Lavaldüse 15 schließen ein kurzer Diffusorteil 20 und ein Austrittskanal 19 an, in welchem sich die ausströmende Druckluft aus der Lavaldüse 15 mit der Luft aus einem Unterdruckkanal 18 sowie mit den von dem Trägermaterial 4 eingeschleppten Luftmolekülen vermischt. Der Austrittkanal 19 ist im Abstand und unterhalb des Beschichtungsspaltes 25 der Beschichtungsdüse 2 angeordnet. Der Diffusorteil 20 geht in den Austrittkanal 19 über, der sich nach unten erweitert. Der Unterdruckkanal 18 verbindet den Austrittkanal 19 mit einer Saugzone 17 nahe dem Meniskus der Antragsschicht 5, den diese beim Übergang aus dem Spalt der Beschichtungsdüse 2 auf das Trägermaterial 4 bildet.

[0023] Die Wandung des Unterdruckkanals 18 wird einerseits von dem bewegten Trägermaterial 4 und andererseits von dem Düsenwand 9 gebildet.

[0024] Der Querschnitt der Lavaldüse 15 vergrößert sich in Richtung auf den Diffusorteil 20 des Austrittkanals 19. Die Düsenwand 9 verläuft senkrecht nach unten und ist eben ausgebildet, während die Innenwand 26 des Unterteils 8 der Vorrichtung 1, wie schon voranstehend erwähnt wurde, schräg zur Vertikalen verläuft und nach unten hin divergiert. Im Oberteil 7 der Vorrichtung 1 befindet sich ein Meßkanal 21 zur Messung des im Unterdruckkanal 18 herrschenden Unterdrucks, der im allgemeinen bis 7 mbar beträgt. Der im Austrittkanal 19 entstehende Unterdruck wirkt über den Unterdruckkanal 18 auf die Saugzone 17 im Bereich des Meniskus der Antragsschicht 5 ein. Hierdurch wird die Beschichtung stabilisiert und erst das Beschichten mit Antragsschichten, die ein niedriges Naßfilmgewicht besitzen, ermöglicht.

[0025] Zwischen der Beschichtungsdüse 2 und der Vorrichtung 1 befindet sich eine Dichtung 12, die Störungen durch einströmende Luft weitgehend verhindert.

[0026] Die in die Vorrichtung 1 eingespeiste Druckluft tritt in einer Weise aus, daß seitlich von der Austrittstelle ein Unterdruck entsteht und dadurch eine Strömung auf eine Luftschicht ausgeübt wird, die an der Trägerschicht 4 anhaftet.

[0027] Obgleich dies nicht dargestellt ist, kann die Druckkammer in einzeln segmentierte Verteilerkammern unterteilt sein, die dann wahlweise mit Druckluft beaufschlagt werden können, so daß faktisch die Länge des Düsenspalts der Lavaldüse an die jeweilige vorliegende Beschichtungsbreite angepaßt werden kann.

[0028] Die Vorrichtung 1 kann nicht nur zur Erzeugung eines Unterdruckes an einer Trägerschicht 4 eingesetzt werden, sondern auch zum Entfernen von Luftpolstern beim Aufrollen von Bändern oder Kunststoffolien angewandt werden. Ebenso ist es möglich, die eingespeiste Druckluft einer Wechselstromkoronaentladung auszusetzen, wodurch es zu einer Ionisation der Druckluft kommt, die dann das nach oben bewegte Trägermaterial 4 vor dem Aufbringen der Antragsschicht 5 entlädt.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Erzeugen eines Unterdrucks an einer Antragsschicht auf einem bahnförmigen Trägermaterial, das über eine rotierende Beschichtungswalze geführt ist, mit einer im Inneren der Vorrichtung liegenden Druckkammer, die in einen Austrittkanal für ein Druckmedium nahe dem Trägermaterial mündet, und mit einer Beschichtungsdüse für das Auftragen der Antragsschicht auf das Trägermaterial in einem Beschichtungsspalt, dadurch gekennzeichnet, daß der über die gesamte Breite des in Richtung nach oben bewegten Trägermaterials (4) verlaufende Austrittkanal (19) im Abstand und unterhalb des Beschichtungsspaltes (25) und einer Saugzone (17) angeordnet ist, daß ein Diffusorteil (20) den Austrittkanal (19) nach unten erweitert und daß ein Unterdruckkanal (18) die Saugzone (17) mit dem Diffusorteil des Austrittkanals (19) verbindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Unterdruckkanals (18) einerseits von dem bewegten Trägermaterial (4) und andererseits von einer Düsenwand (9) gebildet ist, die mit Hilfe von Magneten (10) festgehalten ist, die in einem Oberteil (7) der Vorrichtung (1) eingelassen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenwand (9) senkrecht nach unten verläuft und eben ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Druckkammer (24) ein sich verengender Verteilerkanal (14) zu einer Lavaldüse (15) führt, die sich über die gesamte Beschichtungsbreite des Trägermaterials (4) erstreckt und daß an den engsten Querschnitt (16) der Lavaldüse (15) der Diffusorteil (20) des Austrittkanals (19) anschließt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (24) mit Druckluft von 2,5 bis 3,8 bar beaufschlagt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt der Lavaldüse (15) in Richtung auf den Diffusorteil (20) des Austrittkanals (19) vergrößert.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Unterdruckdüse aus einem Oberteil (7) und einem Unterteil (8) aufweist, die lösbar miteinander verbunden sind und daß der Oberteil (7) einen Meßkanal (21) zur Anzeige des im Unterdruckkanal (18) herrschenden Unterdrucks enthält.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verteilereinheit (23) die Druckluft symmetrisch in die Druckkammer (24) über die einander gegenüberliegenden, stirnseitigen Einströmöffnungen (13, 22) einspeist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Beschichtungsdüse (2) und der Vorrichtung (1) eine Dichtung (12) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck im Unterdruckkanal (18) bis 7 mbar beträgt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verteilerkanal (14) verschiebbare Abdichtungen (27) vorhanden sind, die die Länge des Spaltes der Lavaldüse (15) der Beschichtungsbreite auf dem Trägermaterial (4) anpassen.

Zeichnung