Die Erfindung betrifft einen Beschichtungskopf zum Auftragen einer Beschichtungsmasse auf ein sich bewegendes Medium, insbesondere einen Beschichtungskopf für das Vorhangbeschichtungsverfahren zum Ausbilden eines Flüssigkeitsvorhangs aus Beschichtungsmasse, die auf ein sich kontinuierlich bewegendes, bahnförmiges Medium aufgebracht werden soll, die Verwendung des erfindungsgemäßen Beschichtungskopfes sowie ein Beschichtungsverfahren unter Ausnutzung des erfindungsgemäßen Beschichtungskopfes.
Solche Beschichtungsköpfe sind beispielsweise aus der EP 0 812 237 B 1 oder, in einer Ausbildungsvariante als waagerecht arbeitender Extrusions-Beschichtungskopf, aus der EP 0 673 684 B 1 bekannt und weisen im wesentlichen eine erste und eine ihr angrenzende zweite Beschichtungskopfhätfte auf, zwischen denen ein Spalt ausgebildet ist, wobei der Spalt mit einer Farbkammer zur Unterbringung der Beschichtungsmasse verbunden ist, und die Beschichtungsmasse durch den Spalt und eine das außenseitige Spaltende darstellende Düse an das zu beschichtende Medium abgegeben wird.
Da nach Auftrag der Beschichtungsmasse mittels Extrusions- oder Vorhangbeschichtungskopfes die aufgebrachte Beschichtung nicht weiter vergleichmäßigt oder sonst wie nachbehandelt wird, ist es von großer Bedeutung, dass die Beschichtung fehlerlos erfolgt. So versuchen die beiden oben aufgeführten Schutzrechte EP 0 812 237 B 1 und EP 0 673 684 B 1 das Problem zu lösen, gerade bei dünnen Beschichtungsaufträgen eine einheitliche Beschichtungsdicke ohne Schwankungen zu erzielen. Darüber hinaus ist es jedoch von größter Bedeutung, dass die Beschichtungsmasse frei von eingeschlossener Luft in Form von Luftblasen bzw. Schaum ist, da jede einer solchen Luftblase zu Fehlem in der Beschichtung führt.
Zahlreiche Vorschläge wurden gemacht, um eine Beschichtungsmasse vor ihrem Auftrag auf ein Medium blasenfrei auszubilden. So schlägt die DE 40 32 833 A 1 eine vollständige Gieß-Auftragsvorrichtung für hochviskose Produkte mit Gießkopf, Vorratsbehälter, Rücklaufkanal und Pumpe mit der Maßgabe vor, dass die Strömung des Produktes in laminarer Weise ohne Blasenbildung zu erfolgen hat. Diese Schrift formuliert somit weniger eine Erfindung als vielmehr die Erkenntnis, dass turbulente Bewegungen des Produktes in der Zuführung zum Beschichtungskopf Blasenbildung hervorrufen.
Durch den Einsatz von Pumpen, notwendiger Farbmassenfilter und langer, teilweise gekrümmter Leitungen lassen sich die idealisierten Verhältnisse nur laminarer Strömungen in der Beschichtungsmassenzuführung zum Auftragskopf nie vollständig realisieren. Deswegen schlägt die WO 84 /02859 A 1 ein Entgasungsbehältnis vor, in das von einem Vorratsbehälter aus die Beschichtungsmasse gepumpt wird. Aus einem Überlauf dieses Entgasungsbehältnisses wird die Schaum und Luftblasen enthaltende Überlaufmasse in den Vorratsbehälter zurückgeführt. Die im unteren Bereich aus dem Entgasungsbehältnis abgeführte Beschichtungsmasse wird einem Beschichtungskopf zugeführt und soll dann möglichst keinen Schaum bzw. keine Luftblasen mehr aufweisen.
In der Praxis konnten die bis jetzt vorgeschlagenen Lösungen allesamt nicht überzeugen, da sie entweder nur zu geringe Zuflussmengen zu den Beschichtungsköpfen pro Zeiteinheit ermöglichen oder ein nicht mehr zu akzeptierendes Preis-Leistungs-Verhältnis aufweisen oder zur Beschichtung mit nicht vollständig entgaster Beschichtungsmasse führen.
Es ist eine dieser Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein Aggregat vorzustellen, mit der eine Beschichtungsmasse ohne Schaum oder Luftblaseneinschluss auf ein sich bewegendes Medium aufgebracht werden kann. Insbesondere soll das neue Aggregat einfach in der Konstruktion sein, so dass es sowohl preisgünstig in seiner Anschaffung wie auch in seinem späteren Unterhalt ist. Von vorne herein gehört es ferner zum Anforderungskatalog, dass das vorzuschlagende Aggregat für die Technologie der Aufbringung von Beschichtungsmasse mittels Flüssigkeitsvorhang anwendbar ist.
Nach intensiven Überlegungen zeichnete sich für den Erfinder ab, dass eine überzeugende Lösung des Problems nur in einem Beschichtungskopf zu finden ist, der Mittel zur Entgasung der Beschichtungsmasse selbst beinhaltet. Nur so kann ausgeschlossen werden, dass zuvor entgaste Beschichtungsmasse nicht erneut durch Schaum oder Lufteinschlüsse, die durch turbulente Strömungen in zwischen einem Entgasungsaggregat und einem Beschichtungskopf verlegten Rohrfeitungen entstehen, in die Beschichtungsmasse eingebracht werden und diese wieder aufschäumen.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einem Beschichtungskopf mit einer ersten Hälfte und einer ihr angrenzenden zweiten Hälfte, zwischen denen ein Spalt ausgebildet ist mit einer Spaltlänge L und einer rechtwinklig zur Spaltlänge L orientierten Spaltbreite B, wobei der Spalt mit einer zumindest in einer der beiden Beschichtungskopfhälften ausgebildeten Farbkammer verbunden ist und die Farbkammer zur Unterbringung einer Beschichtungsmasse vorgesehen ist, die durch den Spalt und eine das außenseitige Spaltende darstellende Düse an das zu beschichtende Medium abzugeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbkammer mit einer oder mehreren sich nach oben verjüngenden Ausbuchtungen versehen ist, die in Entlüftungsöffnungen münden.
Wird die Farbkammer des erfindungsgemäßen Beschichtungskopfes mit Beschichtungsmasse aus einem Vorratsbehälter bevorzugt über ein zwischengeschaltetes Entgasungsaggregat gefüllt, sammelt sich Restschaum aus Beschichtungsmasse mit eingeschlossenen Luftblasen in den sich nach oben verjüngenden Ausbuchtungen aufgrund der geringeren spezifischen Masse des mit Luftblasen verunreinigten Beschichtungsmasse-Luft-Gemisches. Dieses Gemisch tritt aus den Entlüftungsöffnungen aus und wird idealer Weise beispielsweise über einen Vakuum-Entlüfter dem Vorratsbehälter wieder zugeführt. Bevorzugt ist dabei eine Variante, in der ein Unterdruck an die Entlüftungsöffnungen angelegt wird. Mittels einer solchen, bevorzugt regelbaren Absaugvorrichtung kann die Entgasungsleistung des erfindungsgemäßen Beschichtungskopfes erheblich gesteigert werden.
Die entgaste Beschichtungsmasse wird einem Spalt zugeleitet, der in einer Düse als außenseitiges Spaltende mündet und über diese die Beschichtungsmasse auf das zu beschichtende Medium abgibt. Wird der Beschichtungskopf zur Ausbildung eines Flüssigkeitsvorhangs genutzt, entspricht die Spaltbreite B der gewünschten Vorhangdicke, während die Spaltlänge L der Vorhangbreite entspricht. Diese wird in vielen Fällen breiter als das zu beschichtende Medium gewählt, so dass ein Teil des Flüssigkeitsvorhangs am Medium vorbei in eine Auffangschale fällt, von wo aus die Beschichtungsmasse in den Vorratsbehälter zurückgeführt wird.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, der Düse noch eine Ausgleichskammer vorzuschalten, in der sich die Druck- und Strömungsverhältnisse der Beschichtungsmasse vereinheitlichen. Die Ausgleichskammer ist als Ausweitung des Spalts in seiner Breite über die gesamte Spaltlänge L in einem beschränkten Bereich zwischen Düse und Farbkammer ausgebildet. Zur Beschichtungsmassenzuführung ist die Ausgleichskammer mit der Farbkammer verbunden, dieses geschieht beispielsweise über einzelne Fall- oder Verbindungsrohre bzw. bevorzugt über einen Zwischenspalt zwischen Ausgleichskammer und Farbkammer.
Die Beschichtungsmassenzuführung geschieht bevorzugt mittels einer seitlichen Eintrittsöffnung in der Farbkammer, die so möglichst über ein zwischengeschaltetes Entgasungsaggregat mit dem Vorratsbehälter verbunden ist. Idealerweise verfügt die Farbkammer ferner über eine Auslassöffnung, die in der gegenüberliegenden Seite der Farbkammer eingelassen ist und mit einer Bypass-Beschichtungsmassenabführung verbunden ist. Übermäßig zugeführte Beschichtungsmasse wird über den Bypass dem Vorratsbehälter wieder zugeführt. Im Rahmen zahlreicher Versuche konnte dabei erkannt werden, dass ein Verhältnis zugeführter Beschichtungsmasse zu mittels Bypass zurückgeführter Beschichtungsmasse in einem Bereich von 1 : 0,2 bis 1 : 2 als besonders vorteilhaft anzusehen ist.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Beschichtungskopfes zum Auftrag insbesondere von wärmeempfindlichen Beschichtungsmassen. Luftblaseneinschlüsse in wärmeempfindlichen Beschichtungen führen zu fehlerhaften Beschichtungen und damit zum Wegfall der Bilderzeugungsfunktion. Da die Hersteller von wärmeempfindlichen Aufzeichnungsmaterialien zur Garantieabgabe eines über seine gesamte Fläche voll funktionstüchtigen Aufzeichnungsmaterials verpflichtet sind, können Funktionsfehler durch eine lückenhafte Beschichtung Reklamationen im hohen Ausmaß begründen. Vor diesem Hintergrund wird klar, warum die konstruktiv einfache Möglichkeit eines besonders effektiven und fehlerfrei arbeitenden, integrierten Entgasungs-Beschichtungskopfes gemäß der vorliegenden Erfindung besonders für wärmeempfindliche Beschichtungsmassen geeignet ist. Solche Beschichtungsmassen enthalten an aktiver Substanz Farbstoffvorläufer und mit diesen unter Wärmeeinfluss farbbildend reagierende, bevorzugt organische Farbakzeptoren. Neben diesen wesentlichen Bestandteilen sind weitere übliche Zuschlagstoffe in den wärmeempfindlichen Beschichtungsmassen unter anderem Harze, Wachse und Stabilisatoren.
Der erfindungsgemäße Beschichtungskopf lässt sich sowohl mit anderen Beschichtungssystemen wie auch in Mehrfachanordnung betreiben, so dass Nass-in-Nass-Beschichtungen ermöglicht werden. Auch ist es vorstellbar, den vorgeschlagenen Beschichtungskopf derart in seiner Konstruktion zu verändern, dass er zur simultanen Vielfachbeschichtung geeignet ist. In diesem Fall kommen mehrere Farbkammem mit sich nach oben verjüngenden, in Entlüftungsöffnungen mündenden Ausbuchtungen, gegebenenfalls mehrere Ausgleichskammem und mehrere Spalte, die an der Düse orientierungsgleich hintereinander angeordnet zusammengeführt werden, innerhalb eines Vielfachbeschichtungskopfes zum Einsatz.
Zur Beschichtung eines bahnförmigen Mediums wird die Beschichtungsmasse aus einem Vorratsbehälter bevorzugt über ein zwischengeschaltetes Entgasungsaggregat der Farbkammer des erfindungsgemäßen Beschichtungskopfes zugeführt. Soweit Lufteinschlüsse in der Beschichtungsmasse vorhanden sind, sammelt sich Schaum in den sich nach oben verjüngenden Ausbuchtungen der Farbkammer. Dieser Schaum wird mittels einer bevorzugt steuerbaren Absaugvorrichtung abgeführt. Beispielsweise mittels Vakuum-Entlüftern kann der Beschichtungsmassenanteil aus dem Schaum herausgezogen und dem Vorratsbehälter wieder zugeführt werden.
Die nicht als Schaum aus der Farbkammer abgezogene Beschichtungsmasse wird der Düse des erfindungsgemäßen Beschichtungskopfes zugeführt. In einer bevorzugten Verfahrensvariante bildet die Beschichtungsmasse unter dem Einfluss der Schwerkraft unterhalb der Düse einen Flüssigkeitsvorhang, der entlang einer sich bildenden - dynamischen - Benetzungslinie auf das unterhalb des Beschichtungskopfes und relativ zu diesem kontinuierlich bewegte bahnförmige Medium fällt.
Wie bereits ausgeführt, ist es bevorzugt, wenn die Beschichtungsmasse wärmeempfindlich ausgeführt ist, wozu sie Farbstoffvorläufer und mit diesen unter Wärmeeinfluss farbbildend reagierende Farbakzeptoren enthält. Als Medium wird eine Papierbahn bevorzugt.
Als weiterhin bevorzugte Verfahrensvariante ist die Ausbildung einer Schutzschicht auf der zuvor aufgetragenen wärmeempfindlichen Beschichtung anzuführen. Dabei können sowohl wärmeempfindliche wie auch die sie abdeckende Schutzschicht mit dem erfindungsgemäßen Beschichtungskopf aufgebracht werden. Dieses kann mit zeitlicher Verzögerung wie auch simultan mit einem Vielfachbeschichtungskopf geschehen.
Mit Hilfe der Figuren wird die Erfindung im Rahmen zweier Konstruktionsbeispiele weitergehend verdeutlicht:
Die Farbkammer (5) ist genauso wie der Spalt (4) seitlich durch in der Figur 1 nicht dargestellte Verschlussmittel abgedichtet. In diese Verschlussmittel sind in seitlicher Verlängerung der Farbkammer (5) beiderseits je eine Öffnung (9, 10) eingelassen, von denen die eine Öffnung (9) zur Beschichtungsmassenzuführung und die andere Öffnung (10) zur Beschichtungsmassenabführung vorgesehen ist.
Unterhalb der Düse (6) in Verlängerung des Spaltes (4) ist ein Flüssigkeitsvorhang dargestellt, der entlang der Düse (6) senkrecht nach unten verläuft und im unteren Bereich durch die Benetzungslinie (13) als Schnittlinie des Flüssigkeitsvorhangs mit dem zu beschichtenden Medium (12) begrenzt ist. Die Benetzungslinie (13) verläuft parallel zur Kontaktlinie K. Die Bewegungsrichtung des Mediums (12) verläuft rechtwinklig zur Benetzungslinie (13) und parallel zur Spaltbreite B.
Figur 2 zeigt eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Beschichtungskopfes (3'). In Erweiterung zur ersten Variante gemäß Figur 1 ist unterhalb der Farbkammer (5) eine zusätzliche rohrförmige Ausgleichskammer (11) ausgebildet, die parallel zur Kontaktlinie K orientiert und jeweils zur Hälfte in den beiden Beschichtungskopfhälften (1, 2) ausgeformt ist. Wieder ist die Farbkammer (5) nach unten über die gesamte Rohrlänge geschlitzt. Nunmehr ist jedoch die Farbkammer (5) über diesen Schlitz mit einem Zwischenspalt (14) verbunden, der jeweils zur Hälfte in den beiden Beschichtungskopfhälften (1, 2) ausgeformt ist. Nach unten mündet der Zwischenspalt (14) in einem oberen, über die gesamte Rohrlänge verlaufenden Öffnungsschlitz der Ausgleichskammer (11). Diese weist nach unten einen zweiten Schlitz über die gesamte Rohrlänge auf und ist über diesen zweiten Schlitz verbunden mit Spalt (4), der seinerseits, wie zu Figur 1 bereits geschildert, nach unten in Düse (6) mündet.
In Figur 2 nicht dargestellt sind Verschlussmittel, die neben der Farbkammer (5) und den Spalt (4) nun auch die Ausgleichskammer (11) und den Zwischenspalt (14) seitlich abdichten.
Figur 3 zeigt eine vereinfacht dargestellte Einbausituation des erfindungsgemäßen Beschichtungskopfes (3, 3') ohne mögliche Pumpen und/oder weitere Entgasungsaggregate. Ein Vorratsbehälter (17) enthält eine Beschichtungsmasse, die aus dem Vorratsbehälter (17) über die Beschichtungsmassenzuführung (15) dem Beschichtungskopf (3, 3') und weiter über die nicht dargestellte Einlassöffnung (9) der Farbkammer (5) zugeführt wird. Über eine der Einlassöffnung (9) gegenüberliegende, ebenfalls nicht dargestellte Auslassöffnung (10) wird übermäßig zugeführte Beschichtungsmasse aus der Farbkammer (5) der Bypass-Beschichtungsmassenabführung, kurz: dem Bypass (16) zugeführt, der seinerseits mit dem Vorratsbehälter (17) verbunden ist.
Figur 4 stellt einen durch einen Vielfachbeschichtungskopf ausgebildeten Gesamtbeschichtungsvorhang (18) dar. Ein solcher Vielfachbeschichtungskopf umfasst It. Anspruch 5 eine Vielzahl, im in Figur 4 zu Grunde liegenden Fall drei Einzelbeschichtungsköpfe. Dazu sind die Düsen der drei Einzelbeschichtungsköpfe, jeweils bemessen durch ihre, die Dicke der Einzelbeschichtungsvorhänge (19) bestimmende Spaltbreite B und durch ihre, die Breite der Einzelbeschichtungsvorhänge (19) bestimmende Spaltlänge L so zusammengefügt, dass der Gesamtbeschichtungsvorhang (18) mit einer Breite gleich den Einzelbeschichtungsvorhangbreiten und mit einer Dicke entsprechend der Summe aller Einzelbeschichtungsvorhangdicken entsteht.