[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum direkten Auftragen eines flüssigen oder
pastösen Mediums auf eine laufende Materialbahn, insbesondere eine Faserstoffbahn
aus Papier oder Karton, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
[0002] Gattungsgemäße Vorrichtungen werden üblicherweise im Rahmen von Streichmaschinen
eingesetzt, um die laufende Materialbahn ein- oder beidseitig mit einem oder mehreren
Auftragswerken und mit einer oder mehreren Schichten des Auftragsmediums zu behandeln.
Als Auftragsmedium kommt dabei pigmenthaltige Streichfarbe, Leim, Stärke oder eine
Imprägnierflüssigkeit infrage.
[0003] Beim sogenannten direkten Auftrag wird das flüssige bis pastöse Medium von einer
Auftragseinrichtung direkt auf die Oberfläche der laufenden Materialbahn aufgetragen.
Die Materialbahn umschlingt während des Auftrages eine umlaufende Gegenfläche, beispielsweise
ein endloses Stützband oder eine Stützwalze (auch als Gegenwalze bezeichnet) und wird
dadurch geführt bzw. gestützt.
[0004] Während des Betriebes einer solchen Vorrichtung treten an den bewegten Oberflächen,
also der laufenden Materialbahn und der Gegenfläche, die im Nachfolgenden als Stützfläche
bezeichnet wird, Luftgrenzschichten auf, in denen die Luft mitgeschleppt wird. Bei
schnelllaufenden Papiermaschinen wächst der Einfluss dieser Schleppluft enorm und
es kommt vermehrt zu Lauf - und Auftrags - Problemen. Die Luft kann dabei so stark
zwischen die Materialbahn und die Stützfläche gezogen werden, dass die Materialbahn
den Kontakt zur Stützfläche teilweise oder gänzlich verliert. Das führt dazu, dass
beispielsweise angetriebene Walzen das Antriebsmoment nicht korrekt auf die Materialbahn
übertragen.
[0005] Außerdem lassen sich eingestellte Bahnzüge nicht richtig einstellen und konstant
halten.
[0006] Außerdem laufen nicht angetriebene Walzen oder Stützbänder nicht korrekt mit, so
dass es zonenweise zu erhöhtem Verschleiß oder Ablagerungen auf den Stützflächen oder
auch zu Bahnabrissen kommt.
[0007] Eine besonders negative Auswirkung der Einfluss der Luftgrenzschicht besteht darin,
dass bei Nip - bildenden Konstellationen sowohl die Materialbahn, als auch die Stützfläche
Luft einschleppen und sich beide Luftgrenzschichten ergänzen und verstärken. Sie wirken
in der gleichen Richtung und verursachen im keilförmigen Einlaufnip (Einlaufzwickel)
einen erheblichen Druckaufbau.
[0008] Ein Teil der mitgeschleppten Luft weicht vor dem Nip seitlich nach außen aus. Das
funktioniert aber nur bei schmalen Maschinen. Aber mit steigenden Maschinenbreiten,
die 10m und mehr betragen können, ist dies kaum möglich. Deshalb entstehen Lufttaschen,
vorzugsweise in der Mitte der Auftragsvorrichtung bzw. der Streichmaschine, die sehr
instabil sind und von denen die Luft wie gesagt, kaum entweichen kann.
[0009] Derartige Lufttaschen wirken sich vor allem an der Auftragsvorrrichtung sehr ungünstig
aus, da die Materialbahn nicht über ihre gesamte Breite hinweg gleichmäßig genug die
Auftragsvorrichtung passiert und dadurch die sich die Qualität des Auftrages auf die
Materialbahn verschlechtert. Diese negativen Auswirkungen versucht man zu vermeiden.
[0010] Derartige Lufttaschen bzw. Blasen konnten in der Vergangenheit durch Einstellung
von hohen Bahnzügen etwas minimiert werden. Hohe Bahnzüge führen aber häufig zu Bahnabrissen,
die ja ebenfalls äußerst unerwünscht sind.
[0011] In der US 5,506,005 ist eine Lösung angegeben, mit der das Problem durch Variation
des Umschlingungswinkels der Materialban um eine Stützwalze gelöst werden soll.
[0012] Je größer dort allerdings der Umschlingungswinkel gewählt ist, um so größer ist die
Gefahr, dass sich bis zur Erreichung der Auftragsvorrichtung erneut Luftgrenzschichten
ausbilden können. Je geringer der Umschlingungswinkel ist, desto mehr Luft wird eingeschleppt.
[0013] Aus der DE - A1 19702605 ist eine Vorrichtung mit einer Luftgrenzschicht-Entfemungseinrichtung
bekannt, mit der sowohl die von der Materialbahn als auch von einer Stützwalze mitgeschleppte
Luftgrenzschicht vermieden werden soll. Die besagte Luftgrenzschicht-Entfernungseinrichtung
ist im Einlaufzwickel zwischen Materialbahn und Stützwalze angeordnet.
[0014] Die in der DE - A1 19702605 beschriebene Luftgrenzschicht - Entfernungseinrichtung
umfasst unter anderem eine Luftgrenzschicht -Absaugeinrichtung. In einer anderen Variante
umfasst sie eine Blaseinrichtung, die ein gasförmiges Medium ausstößt. Die Ausströmoffnung
ist dabei so gerichtet, dass das gasförmige Medium im wesentlichen entgegen der Drehrichtung
von Stützwalze und Materialbahn bläst.
[0015] In einer weiteren Variante bläst das gasförmige Medium auch in entgegengesetzter
Richtung (also in Drehrichtung der Walze und der Materialbahn) in den Einlaufzwickel
hinein.
[0016] Zusätzlich ist in einer Variante noch ein zur Zwickelspitze hin gekrümmtes Umlenkblech
vorhanden, welches die eingeblasene Gasmenge umlenkt und diese dadurch entgegen der
Drehrichtung der Stützwalze und der Laufrichtung der Materialbahn aus dem Einlaufzwickel
führt. Damit soll eintretende Schleppluft abgedrängt werden.
[0017] Es ist aber zu befürchten, dass sich trotz der genannten Maßnahmen die Luftgrenzschicht
sehr schnell wieder aufbaut. Dies geschieht besonders schnell bei den bereits angesprochenen,
heutigen hohen Laufgeschwindigkeiten der Materialbahn und den großen Dimensionen der
Maschinen, in denen die Materialbahn hergestellt und/oder veredelt wird.
[0018] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße
Vorrichtung weiter zu entwickeln, die mit nur geringem apparativem Aufwand den Nachteilen
des Standes der Technik entgegen wirkt.
[0019] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen
Merkmalen gelöst.
[0020] Danach weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine, bezogen auf die Drehrichtung
des Stützgliedes vor dem Auftragswerk angeordnete Einrichtung zur Entfernung, zumindest
aber Schwächung einer vom Stützglied und/oder der Materialbahn mitgeführten Luftgrenzschicht
(Schleppluft) auf, wobei die Einrichtung als eine den Einlaufzwickel in annähernd
radialer Richtung überspannende Baugruppe ausgebildet ist.
[0021] Erfindungsgemäß besteht diese Baugruppe aus einer die Materialbahn berührenden Leiste
und einem Klingenelement. Die Leiste und das Klingenelement erstrecken sich quer zur
Bahnlaufrichtung und sind mindestens der Breite des Auftragswerkes angepasst. Das
Klingenelement ragt mit seiner stromabwärtigen Seite bzw. Ende derart in den Einlaufzwickel
hinein, dass zwischem diesem Ende und der Stützfläche ein Luftspalt verbleibt. Der
Luftspalt ist allerdings nur so minimal, dass Verschleißerscheinungen an der Stützfläche
(insbesondere bei Ausbildung als Walze) sowie Ansammlungenvon Fasem und dergleichen
vermieden werden.
Somit kann nur eine äußerst dünne, ungefährliche Schleppluftschicht von der Stützfläche
in den Einlaufzwickel gelangen, wodurch eine erhebliche Druckreduzierung im Einlaufzwickel
stattfindet.
[0022] Die neben dem Klingenelement dem Einlaufzwickel zuströmende Schleppluft wird gezwungen,
auf derselben Seite des Klingenelementes zurückzuströmen. Dadurch wird weiter zuströmende
Luft zusätzlich abgebremst. Die erfindungsgemäße Einrichtung fungiert damit als Luftabweiser.
Außerdem wird ein Aufschwimmen der Materialbahn auf der Stützfläche verhindert. Während
des gesamten Betriebes der Vorrichtung bleibt dadurch der Kontakt der Materialbahn
zur Stützfläche gewährleistet. Dies wirkt sich hinsichtlich einer gewünschten gleichmäßigen
Auftragsschicht über die gesamte Breite und Länge der Bahn äußerst positiv aus.
[0023] Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt das Fahren höherer Betriebsgeschwindigkeiten,
größere Bahnbreiten und erlaubt auch größere Freiheiten bei der Wahl des Umschlingungswinkels
der Materialbahn um die Stützfläche, was als besonderer Vorteil der Erfindung angesehen
wird.
[0024] Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
[0025] Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert
werden.
[0026] Es zeigen
Figur 1 :einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung
Figur 2: ein Versuchsdiagramm, in welchem Ergebnisse ohne und mit erfindungsgemäßer Vorrichtung
dargestellt sind
[0027] In der
Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum direkten Auftragen eines flüssigen bis
pastösen Mediums M auf eine laufende Materialbahn 2 bestehend aus Papier dargestellt.
[0028] Die Vorrichtung 1 umfasst eine von der Materialbahn bzw. Papierbahn 2 teilweise umschlungene
Stützfläche, die im Beispiel eine Walze 3 ist, aber auch ein Stützband sein könnte.
Die hier vorgesehene Stützwalze 3 stützt also die Papierbahn 2 an ihrer Bahnseite
2a bzw. wird von dieser teilweise umschlungen.
Die hier vorgesehene Stützwalze 3 bildet mit ihrer Stützwalzenoberfläche 3a und der
Materialbahnseite 2a einen sich keilförmig verjüngenden Einlaufzwickel 4 und einen
Auslaufzwickel 5.
[0029] Die Drehrichtung der Walze 3 ist in der
Figur 1 durch einen Pfeil P angedeutet. Ferner umfasst die Vorrichtung 1 ein der Stützwalze
3 zugeordnetes Auftragswerk 6 zum Beschichten der von der Stützwalze 3 abgewandten
Bahnseite 2b mit Streichmedium M. Dem Auftragswerk 6 kann in Laufrichtung L der Materialbahn
2 eine Rakeleinrichtung nachgeordnet sein (nicht in der Figur 1 dargestellt), mit
der das zuvor im Überschuss aufgebrachte Medium M auf das gewünschte Strichgewicht
gebracht wird. Im Fall eines 1:1-Auftrages, wo jene Streichmenge aufgebracht wird,
die auch auf der Materialbahn 2 verbleiben soll, würde die Rakeleinrichtung nur der
Vergleichmäßigung der aufgebrachten Schicht dienen, brauchte beim 1:1-Auftrag aber
auch gar nicht vorhanden zu sein.
[0030] Im vorliegenden Beispiel ist als Auftragswerk 6 eine Freistrahldüsenseinrichtung
beispielhaft dargestellt, könnte aber auch ein beliebig anderes Auftragswerk sein.
[0031] Bezogen auf die Drehrichtung der Stützwalze 3 ist vor dem Auftragswerk 6 eine sich
über die gesamte Maschinenbreite erstreckende und den Einlaufzwickel 4 in annähernd
radialer Richtung zur Stützwalze 3 überspannende Einrichtung 7 vorgesehen. Die Einrichtung
dient der Schwächung bzw. Verhinderung von mit der Materialbahn 2 und der Stützwalze
3 eingeschleppten Luftgrenzschicht LG, die auch als Schleppluft 10 bezeichnet wird.
Eine solch störende Luftgrenzschicht wäre bei einer hohen Bahngeschwindigkeit, z.B.
bei ca.2000m/min, ohne Einrichtung 7 mehrere cm dick, so dass auch hohe Drücke vorhanden
wären.
[0032] Die, eine solch starke Grenzschicht verhindernde Einrichtung 7 umfasst als Baugruppe
bzw. Baueinheit eine maschinenbreite, d.h. eine annähernd der Breite der Auftragsvorrichtung
1 angepasste kastenartige Leiste 8 und ein ebenso breites mit diesem verbundenes flexibles
Klingenelement 11.
[0033] Die Leiste 8 ist im Beispiel an eine Unterdruckquelle P- angeschlossen, wozu die
Stirnseiten der kastenartigen Leiste 8 mit Seitenwänden 9 verschlossen sind. Dadurch
kann die Leiste 8 als Saugkasten, d.h. als sogenannte Foilleiste dienen, mit der zusätzlich
Schleppluft 10 abgesaugt wird. Dabei berührt die Foilleiste 8 an ihrer Saugseite die
Materialbahnseite 2a.
[0034] Als Verlängerung der Foilleiste 8 ragt das Klingenelement 11 mit seiner stromabwärtigen
Seite 11a in den Einlaufzwickel 4 hinein und bildet dabei mit der Stützfläche, d.h.Walze
3 einen Spalt 12. Der Spalt ist ca. 0,5 bis 1 mm breit, wodurch nur noch in dieser
Größenordnung auftretende Luftgrenzschichten zum Einlaufzwickel 4 gelangen können.
Das ist eine enorme Verringerung gegenüber einer mehrere cm - dicken Schicht ohne
die Einrichtung 7.
Die übrigen Luftmassen werden bei schmaleren Maschinen seitlich nach außen abgedrängt
oder lassen sich bei extrem breiten Maschinen zusätzlich nach außen absaugen in eine
Richtung, die mit starken Pfeilen in der Figur 1 gekennzeichnet ist.
[0035] Aus Figur 1 ist entnehmbar, dass das Klingenelement 11 in seinem mittigen Bereich
11c in einem Winkel α von gleich/ größer 90 ° nach außen abgewinkelt ist. Das Klingenelement
11 ist als sogenanntes "Stiff blade", also steife Klinge, ausgeführt und ist an seiner
stromaufwärtigenSeite 11b mit der Foilleiste 8 verbunden. Selbst im Fall eines Einwickelns
der Walze 3 (nach z.B. einem Bahnabriss) kann sich dieses steife Klingenelement 11
unbeschadet bis zu ca.20 mm durchbiegen. Im Übrigen weist das Klingenelement 11 eine
konstante und geringe Dicke von ca.0,2 bis 0,4 mm auf. Das ist dann der Fall, wenn
das Klingenelement aus Metall besteht. In Kunststoff- oder plattierter Ausführung
kann die Dicke auch bis zu 5mm betragen.
[0036] Die Leiste bzw. Foilleiste 8 ist aus Gründen hoher Steifigkeit der gesamten Baugruppe
7 gegenüber dem Einlaufzwickel 4 in einem Abstand a von ca.500 mm zu jenem Punkt A
angeordnet, an dem die Materialbahn 2 auf die Stützfläche 4 aufläuft.
[0037] Außerdem ist die gesamte Einrichtung 7 schwenkbar gelagert. Damit ist es möglich,
die Einrichtung 7 besser zu reinigen oder einen Klingenwechsel durchzuführen.
[0038] Es soll noch erwähnt sein, dass das Klingenelement 11 mit ihrer stromaufwärtigen
Seite 11b klemmend an der Leiste 8 befestigt ist.
[0039] Das kann derart erfolgen, indem das Klingenelement 11 in die Leiste 8 mittels einer
Reihe von Noppen oder einer durchgängigen Nut (beides nicht dargestellt) eingehängt
wird und dadurch ein rasches Auswechseln erfolgen kann. Die Verbindung kann allerdings
auch durch Verschraubung oder anderweitig erfolgen.
[0040] Im Übrigen ist das Klingenelement 11 aus Metall, vorzugsweise Edelstahl, oder aus
Kunststoff, vorzugsweise faserverstärktem Material und die Leiste 8 mit Kantenlängen
von ca. 50 x 50 mm aus Stahl, Kunststoff oder Keramik oder einer Kombination aus den
genannten Werkstoffen gefertigt.
Das gesamte Klingenelement 11, zumindest aber dessen stromabwärtiges Ende 11a sollte
aus verschleißfestem Material und/oder Material mit geringem Reibfaktor, wie PTFE
bestehen oder damit beschichtet sein.
[0041] Nachzutragen ist, dass auch andere Formen von Klingenelementen 11 denkbar sind. Dazu
kämen beispielsweise sogenannte "Bent blades" in Betracht. Das Klingenelement 11 lässt
sich mit einer nach außen gebogenen Kurve, aber auch in gerader Form und in nahezu
radialer Ausrichtung zur Stützwalze 3 einsetzen. In Versuchen hat sich allerdings
die in Figur 1 dargestellte Ausführung als besonders geeignet erwiesen.
[0042] Figur 2 veranschaulicht in einem Diagramm Ergebnisse aus Versuchen, die mit der erfindungsgemäßen
Einrichtung 7 und ohne diese erzielt wurden.
[0043] Waagerecht ist die Maschinen- bzw. Bahngeschwindigkeit in m/min und senkrecht der
Luftdruck im Einlaufzwickel 4 in mbar aufgetragen.
Die Messstelle befand sich ca.50 mm entfernt vom Bahnauflaufpunkt A in der Bahnmitte.
Die Versuche erfolgten mit einer Papierbahn, die ein Flächengewicht von 63 g/m
2 aufwies. Der Bahnzug wurde mit 0,4 kN/m eingestellt.
Aus dem Diagramm ist aus Linie l entnehmbar, dass bei einer Geschwindigkeit von ca.
2000 m/min (das ist jene Geschwindigkeit, mit der modeme Maschinen gefahren werden)
mit der erfindungsgemäßen Einrichtung unter Anwendung einer Foilleiste 8 mit gering
eingestelltem Unterdruck und einem nicht die Walze 3 berührendem Klingenelement 11,
im Einlaufzwickel 4 annähernd 0 mbar gemessen wurden. Ohne erfindungsgemäße Einrichtung,
wie in Linie II eingetragen, beträgt dagegen der Druck im Einlaufzwickel 4 etwas über
10 mbar.
[0044] Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung konnte damit eindrucksvoll unter
Beweis gestellt werden.
1. Vorrichtung zum direkten Auftragen eines flüssigen oder pastösen Mediums (M) auf eine
laufende Materialbahn (2), insbesondere eine Faserstoffbahn aus Papier oder Karton,
umfassend
- eine von der Materialbahn (2) teilweise umschlungene drehbare Stützfläche (3), wie
beispielsweise ein Stützband oder eine Stützwalze, welche eine der Stützfläche (3)
zugewandte Seite (2a) der Materialbahn (2) stützt, wobei die Stützfläche (3) und die
Materialbahn (2) einen sich keilförmig verjüngenden Einlaufzwickel (4) und einen Auslaufzwickel
(5) bilden,
- wenigstens ein der Stützfläche (3) zugeordnetes Auftragswerk (6) zum Beschichten,
Leimen oder Pigmentieren einer der Stützfläche (3) abgewandten Seite (2b) der Materialbahn
(2) mit dem Medium (M),
- eine, bezogen auf die Drehrichtung der Stützfläche (3) vor dem Auftragswerk (6)
angeordnete Einrichtung (7) zur Entfernung, zumindest aber Schwächung einer von der
Stützfläche (3) und/oder der Materialbahn (2) mitgeführten Luftgrenzschicht (10),
wobei
- die Einrichtung (7) zwischen der Stützfläche (3) und der der Stützfläche (3) zugewandten
Seite (2a) der Materialbahn (2) im Einlaufzwickel (4) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Einrichtung (7) als eine den Einlaufzwickel (4) in annähernd radialer Richtung
zur Stützfläche (3) überspannende Baugruppe aufgebaut ist, bestehend aus einer die
Materialbahnseite (2a) berührenden Leiste (8) und einem Klingenelement (11), wobei
die Leiste (8) und das Klingenelement (11) sich quer zur Bahnlaufrichtung (L) erstrecken
und mindestens der Breite des Auftragswerkes (6) angepasst sind und wobei das Klingenelement
(11) derart in den Einlaufzwickel (4) ragt, dass zwischen seinem stromabwärtigen Ende
(11a) und der Stützfläche (3) ein minimaler Spalt (12) verbleibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Klingenelement (11) steif ist und in seinem mittigen Bereich (11c) eine nach außen
zeigende Abwinkelung aufweist, wobei die Abwinkelung, beziehungsweise Winkel α gleich/größer
90° beträgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Klingenelement (11) an seinem stromaufwärtigen Ende (11b) mit der Leiste (8) verbunden
ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Klingenelement (11) eine konstante Dicke aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Spalt (12) 0,5 mm bis 1 mm beträgt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leiste (8) an eine Unterdruckquelle (P-) anschließbar und dadurch als Foilleiste
, das heißt als Saugkasten ausbildbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leiste (8) in einem Abstand a von ca.500 mm zu jenem Punkt A angeordnet ist, an
dem die Materialbahn (2) auf die Stützfläche (3) aufläuft.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Einrichtung (7) schwenkbar gelagert ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Klingenelement (11) klemmend an der Leiste (8) befestigt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Klingenelement (11) in die Leiste (8) mittels einer Reihe von Noppen oder einer
durchgängigen Nut eingehängt ist.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Klingenelement (11) aus Metall, vorzugsweise Edelstahl, oder aus Kunststoff, vorzugsweise
faserverstärktem Material und die Leiste (8) aus Stahl, Kunststoff oder Keramik oder
in einer Kombination aus den genannten Werkstoffen gefertigt ist.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Klingenelement (11) wenigstens teilweise, zumindestens sein stromabwärtiges Ende
(11a) aus verschleißfestem Material und/oder Material mit geringem Reibfaktor, wie
PTFE besteht oder damit beschichtet ist.
13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Klingenelement (11) eine Dicke 0,1 bis 5 mm, vorzugsweise 0,2 bis 0,4 mm aufweist.