DE20120383U1 - Auftragsdüse - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Auftragsdüse zum Auftragen eines Fluides auf einen Gegenstand, insbesondere von Klebemittel und/oder Falzhilfsflüssigkeit auf eine schnelllaufende Papier- oder Kartonbahn in Rotationsdruckmaschinen, mit einem Korpus, durch den sich mindestens ein Kanal erstreckt, der in einer dem mit hoher Geschwindigkeit vorbeigeführten Gegenstand anliegenden Fläche mündet.
Es wurden im Stand der Technik bereits Auftragsdüsen aus Keramik vorgeschlagen, bei denen der Auftrag eines Fluides wie Klebemittel im wesentlichen kontaktlos erfolgt, d.h. diese Auftragsdüsen werden benachbart zu dem Gegenstand gehalten, auf welchen das Klebemittel aufgetragen werden soll. Aus einer Distanz wird das Klebemittel dann von der Mündung des Auftragkanals in der Auftragsdüse auf den Gegenstand gespritzt, wobei die Genauigkeit des Auftrages hohen Anforderungen nicht entspricht. Es werden keine scharfen seitlichen Begrenzungen der Leimspur erreicht. Der Verschleiß dieser Düsen ist durch den Ausschabeeffekt bedingt, d.h. durch den reibungsbedingten Abtrag des unter Druck stehenden Fluides an den Wänden des Kanals in der Düse.
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Anmeldetext vom 17.12.2001 Seite 2
Ferner offenbart die DE 295 00 058.9 Ul einen Auftragskopf aus Keramik, bei dem in einer Auflagefläche eine Rinne ausgespart ist. Zum Auftrag eines Fluides wird der Auftragskopf relativ zu einem Gegenstand bewegt, wobei der Auftragskopf feststehend angeordnet ist, und die Auflagefläche gelangt in Kontakt mit dem Gegenstand, der meist aus einer mit hoher Geschwindigkeit vorbei geführten Papierbahn besteht. Der Einsatz eines Auftragskopfes aus Keramik bietet den Vorteil, dass der harte Werkstoff langsamer an der Kontaktfläche verschleißt als Auftragsköpfe aus Stahl. Bei Auftragsköpfen aus Stahl, gehärtetem Stahl oder beschichtetem Stahl sorgt der Abrieb durch den vorbeigeführten Gegenstand für einen schnellen Materi-N 10 alabtrag an der Auflagefläche und damit zur Veränderung des Rinnenquerschnittes, selbst wenn eine sehr harte Beschichtung vorgesehen ist. Die Rinne ist jedoch für den Auftrag des Klebemittelfilms mit möglichst scharf begrenzten Rändern verantwortlich, weshalb es wichtig ist, dass die ursprüngliche Geometrie des Auftragskopfes erhalten bleibt.
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Ein Nachteil bei diesen bekannten Auftragsköpfen aus Keramik ist, dass sich an der Abrißkante im Bereich der Mündung der Rinne für das aufgetragene Klebemittel eine Fahne aus Papierstaub, Farbabrieb und Kleber ausbildet. Diese Materialmischung setzt sich an der Abrißkante fest und wächst bei hoher Fördergeschwindigkeit des Papiers schnell auf mehrere Zentimeter an. Durch diese Fahnen können Verschmierungen und Verunreinigungen des bedruckten Papiers entstehen, die für beträchtlichen Schaden sorgen. Außerdem wird durch diese Fahne die Ortsgenauigkeit des Klebemittelauftrags negativ beeinflußt.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Auftragsdüse aus Keramik ist eine Erscheinung, die als Tröpfchenbildung bezeichnet wird, womit neben der eigentlichen Leimspur auftretende sehr kleine Klebemitteltröpfchen gemeint sind, die sehr schädlich für die Weiterverarbeitung der Papierbahnen sind. Diese Tröpfchenbildung wird durch den Aufbau elektrischer Ladungen auf der Papierbahn und Klebemittel einerseits und der Auftragsdüse andererseits verursacht. Wenn die Papierbahn vor dem Klebemittelauftrag bedruckt und anschließend durch Erhitzen vollständig
s* t
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Anmeldetext vom 17.12.2001 Seite 3
getrocknet werden, stellt die Papierbahn insgesamt zunächst einen Isolator dar. Im Bereich des Klebemittelauftrags findet eine Befeuchtung mit einem elektrisch leitfähigem Fluid, beispielsweise dem Klebemittel statt, so dass in diesem Bereich ein Ladungsträgertransport möglich ist. In Abhängigkeit von der Leitfähigkeit der Auflagefläche der Auftragsdüse kann somit die Herausbildung elektrostatischer Ladungen beeinflußt werden. Bedingt durch elektrische Aufladungen können einzelne Leimtröpfchen von der Oberfläche der Papierbahn wieder abgestoßen werden, wobei ein einzelnes Tröpfchen dann entweder als einzelner Leimpunkt neben der Leimspur auf der Papierbahn landet oder eben zur Bildung der oben erwähnten Fahne beiträgt. Eine solche Tröpfchenbildung findet auch bei beschichteten Aufi
tragsdüsen statt, da aufgrund der Dünne der harten Beschichtung der Ladungsträgerausgleich sehr begrenzt ist und nicht im ausreichendem Maße stattfindet.
Schließlich sind die vorbekannten Auftragsdüsen aus Keramik schlecht in der Handhabung, da sie aufgrund ihrer hohen Festigkeit spröde sind und leicht zerbrechen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Auftragsdüse zu schaffen, bei der die vorgenannten Nachteile vermieden werden und die einen geringen Verschleiß besitzt und bei der die ungewünschte Tröpfchen- und Fahnenbildung weitgehend vermieden wird.
Diese Aufgabe wird mit einer Auftragsdüse mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist die Auftragsdüse aus einem Hartmetall hergestellt, dass eine elektrische Leitfähigkeit mit einen elektrischen Widerstand von weniger als 10"4 Ohm*cm aufweist sowie eine Härte von mindestens 1500 HV (Vickershärte) besitzt. Durch das elektrisch leitfähige Material der Auftragsköpfe tritt der vorgenannte Effekt des Wegspringens von Leimtröpfchen bei ansonsten vergleichbaren Bedingungen nicht auf, da Potentialdifferenzen abgebaut werden können und der
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Anmeldetext vom 17.12.2001 Seite 4
elektrische Oberflächenwiderstand herabgesetzt wird. Hierfür kann die Auftragsdüse im eingebauten Zustand beispielsweise geerdet sein. Durch die elektrische Leitfähigkeit des Materials kann somit die Ausbildung elektrostatischer Ladungen vermindert werden und die Tröpfchenbildung sowie die damit zusammenhängende Fahnenbildung durch abgestoßene Tröpfchen weitgehend vermieden werden. Ferner gewährleistet die hohe Härte des Materials, dass der Verschleiß infolge von Abrieb oder von Ausschabung beim Spritz- oder Kontaktauftrag gering ist und die Geometrie der Auftragsdüse lange erhalten bleibt.
Unter Hartmetall im Sinne dieses Gebrauchsmusters/Patents sollen alle Materialien ) ■ '
verstanden werden, die als Hartstoffe metallische Eigenschaften aufweisen und eine elektrische Leitfähigkeit besitzen. Solche Hartmetalle können auch als Verbundwerkstoffe oder Phasengemische mit Anteilen metallischer und anderer Phasen ausgebildet sein. Diese Hartmetalle sind gegenüber rein keramischen und rein metallisehen Werkstoffen abgegrenzt.
Die Auftragsdüse ist dabei für schnelllaufende Anwendungen konzipiert, wie den Auftrag von Leim und/oder Falzhilfsflüssigkeit in Rotationsdruckmaschinen, bei denen die Geschwindigkeit der vorbeigeführten Papier- oder Pappbahn mehr als 500 m/min und teilweise sogar 1000 m/min beträgt. Gerade bei hohen Geschwindigkeiten tritt das Problem der elektrostatischen Aufladung verstärkt auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Auftragsdüse aus einem korrosionsbeständigem Material gebildet. Dies verhindert, dass Korrosionschichten den elektrischen Oberflächenwiderstand erhöhen. Außerdem reduzieren die Korrosionsschichten die Härte an der Oberfläche und erhöhen somit den Verschleiß. Das korrosionsbeständige Material weist auch eine chemische Beständigkeit gegen Säuren und Basen auf, so dass insbesondere Leim als Säure und/oder Falzhilfsflüssigkeit als Base durch die erfindungsgemäßen Auftragsdüsen, beispielsweise in Druckmaschinen, geleitet werden kann.
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Anmeldetext vom 17.12.2001 Seite 5
Wenn die Auftragsdüse eine Kerbschlagzähigkeit von mindestens 40 J/cm2 aufweist, wird verhindert, dass die Düse zu spröde ist und leicht zerbricht, wie dies beispielsweise bei Keramik der Fall ist. Gerade bei der Montage, Demontage, Reinigung oder Positionierung der Auftragsdüse kann es leicht passieren, dass Druck-5 oder Stoßkräfte auf das Material einwirken und eine Beschädigung vermieden werden muss.
Vorzugsweise ist die Auftragsdüse im wesentlichen aus Verbindungen der Metalle Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän und Wolfram -. 10 mit einem der Stoffe Kohlenstoff, Stickstoff, Bor oder Silizium oder einer Mischung aus diesen Materialien hergestellt. Besonders bevorzugte Materialien sind Tantalkarbid, Titankarbid und Wolframkarbid.
Beispielsweise hat Tantalkarbid einen geringen elektrischen Widerstand von 15 &mgr;&thgr;&eegr;&pgr;&igr;*&agr;&eegr;, aber auch eine geringe Härte (1550 HK50 bzw. 1790 HV). Demgegenüber hat Titankarbid hat eine hohe Härte, aber einen schlechteren spezifischen elektrischen Widerstand (52 MOhm*cm und 2800 HK50 bzw. 3200 HV). Einen guten Kompromiss findet man bei Wolframkarbid mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von 17&mgr;&Ogr;1&igr;&eegr;&igr;*&agr;&eegr; und einer Knoop-Härte von 2350 HK50 bzw. 2180 HV. Vorzugsweise kann daher Wolframkarbid ohne Zusatz von Kobalt oder anderen Bindemitteln benutzt werden. Je nach Einsatzgebiet können auch andere Materialien gewählt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sollen die Zusätze von Bindemetallen, wie Kobalt, Nickel oder Eisen auf das Gewicht bezogen weniger als 6% betragen, damit eine hohe Härte der Auftragsdüse erreicht wird.
Die Auftragsdüse ist vorzugsweise aus einem verpressten Formkörper gebildet, wobei ein pulvermetallurgisches Verfahren eingesetzt werden kann. Hierfür wird das Hartmetall fein gemahlen und zu Formköipern verpresst. Der Körper wird dann im Presswerkzeug auf Endform gebracht und anschließend gesintert. Auch eine Vor-
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Sinterung mit anschließender mechanischer Bearbeitung und einem abschließenden Sintern ist möglich.
Vorzugsweise ist die Auftragsdüse mit einer Beschichtung zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit, Leitfähigkeit und/oder der Härte überzogen. Dies erhöht die Lebensdauer und verringert den Verschleiß der Auftragsdüse.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Auftragsdüse;
Figur 2 eine Draufsicht auf die Auftragsdüse der Figur 1;
Figur 3 eine Seitenansicht der Auftragsdüse der Figur 1;
Figur 4 eine vergrößerte Ansicht des Details &khgr; der Figur 3;
Figur 5 eine Vorderansicht der Auftragsdüse der Figur 1, und
Figur 6 eine vergrößerte Ansicht des Details y in Figur 5.
Die dargestellte Auftragsdüse 1 kann als Bestandteil einer Auftragsvorrichtung für den Klebemittelauftrag, beispielsweise in Druckmaschinen, eingesetzt werden. Die Auftragsdüse 1 besteht aus einem Hartmetall und umfasst einen Kanal mit einem zylindrischer dickeren Abschnitt 2, einem kegelstumpfförmigen Abschnitt 3 und einem dünnen Mündungsabschnitt 4. Durch die Verjüngung des Querschnitts zum Mündungsabschnitt 4 hin lassen sich an der Austrittstelle hohe Geschwindigkeiten des Klebemittels erzielen. Der Mündungsabschnitt 4 erstreckt sich bis zu einer Fläche 5 hinein, die im Auftragszustand an einem Gegenstand 6 anliegt, auf den ein Klebemittelfilm 11 aufgetragen wird (Kontaktauftrag). Die Auftragsdüse 1 ist derjenige Teil der Auftragsvorrichtung, mit dem das Fluid bzw. Klebemittel auf den Gegenstand 6 aufgetragen wird und der in Kontakt mit dem Gegenstand 6 ist. Die Auftragsdüse 1 bzw. Auftragskopf kann dabei mehrteilig ausgebildet sein, wobei
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der endseitige Teil aus Hartmetall durch Kleben oder andere Befestigungsmittel auch an einem Korpus aus einem anderen Material befestigt sein kann.
Der Gegenstand 6 ist bei dem gezeigten Ausfuhrungsbeispiel eine Papierbahn, die mit hoher Geschwindigkeit zwischen 600 und 1000 m/min an der Auftragsdüse 1 vorbeigefuhrt wird.
Die Auftragsdüse I weist einen Kragen 7 auf, der zur Montage an einer Auftragsvorrichtung dient. Diese Auftragsvorrichtung leitet Klebemittel in den dickeren Abschnitt 2 des Kanals ein. Durch den Kanal strömt das Klebemittel, dass in dem Mündungsabschnitt 4 in Kontakt mit der Papierbahn 6 gelangt, die an der Auflagefläche 5 entlang geführt ist.
Im Mündungsbereich des Mündungsabschnittes 4 ist eine Rinne 8 mit einem runden Querschnitt ausgespart, in die das Klebemittel eingeführt wird. Die Rinne 8 endet an einem Abschnitt 9 einer Abrisskante, an der die Oberfläche des Klebemittelfilms 11 an die Umgebungsluft gelangt. Benachbart zu der Rinne 8 ist ein weiterer Abschnitt 19 der Abrißkante ausgebildet. An dieser Abrisskante 9 bzw. 19 sammelt sich bei herkömmlichen Auftragsdüsen in kurzer Zeit eine Mischung aus Papierstaub, Farbstoff und Klebemittel in Form einer Fahne an. Wie insbesondere in Figur 4 zu sehen ist, ist die Abrisskante 9 bzw. 19 gerundet ausgebildet, wobei ein Radius von z.B. 0,3 mm ausgebildet ist. Benachbart zu der Rinne 8 ist der Abschnitt 19 der Abrißkante ebenfalls mit einem Radius von z.B. 0,3 mm gerundet, so dass die Abrisskante 9 bzw. 19 durchgehend gerundet ist.
Wie in den Figuren 4 und 6 zu sehen ist, erstreckt sich die Rinne 8 gekrümmt zur Auflagefläche 5 hin über den Mündungsabschnitt 4 hinaus, wobei der Querschnitt der Rinne 8 etwas größer ist als der Mündungsabschnitt 4. In der Rinne 8 kann sich das Klebemittel somit frei verteilen.
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Die Auflagefläche 5 ist fein geläppt, so dass sich eine Oberflächenrauhigkeit von weniger als 0,04 &mgr;&eegr;&igr;, z.B. etwa 0,02 &mgr;&eegr;&igr; einstellt und weniger Abrieb auftritt. Ferner ist eine Auflaufkante 20 an der Auflagefläche 5 gerundet und feinst geläppt, wobei ein Radius von z.B. 0,4 mm vorgesehen ist. Dadurch wird der Färb- und Papierabrieb an der Papierbahn 6 vermindert.
Die Form der Rinne ist so gewählt, dass der Übergang des Klebemittels vom Boden der Rinne 8 an die Umgebungsluft sanfter erfolgt und sich insbesondere ein Druck des Klebemittels an der Abrisskante 9 etwas langsamer abbauen kann. Die Höhe der Rinne 8 beträgt mindestens 0,05 mm, bevorzugt 0,18 mm, wobei sich die Höhe der Rinne 8 zu den Seiten hin vermindert.
Durch die Form der Rinne 8 wird ferner weniger Klebemittel an den Randabschnitten als in dem mittleren Abschnitt der Rinne 8 aufgetragen. Dadurch sind die Kanten des KlebemittelfiLms 11 schärfer ausgebildet und es quillen keine überschüssigen Klebemittelreste beim nachfolgenden Kleben über. Statt der dargestellten runden Rinnenform können auch dreieckige, kreissegmentförmige, trapezförmige, ovale oder andere Querschnittsformen eingesetzt werden, die zum Rand hin für einen geringeren Volumenauftrag sorgen. Vorzugsweise entspricht die Rinnenform der Querschnittsform des Klebemittelfilms, die sich ohne umgebende Rinne nach dem Auftrag auf den Gegenstand auf natürliche Weise einstellt.
Die gezeigte Auftragsdüse 1 wird in einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt. Hierfür wird das Hartmetall zunächst fein gemahlen und zu Fonnkörpern verpresst. Der Körper wird im Presswerkzeug auf Endform gebracht und anschließend bei einer Temperatur zwischen 1300 0C und 1800 0C im Vakuum oder einer Wasserstoffatmosphäre gesintert. Es ist ferner auch empfehlenswert, wenn eine Vorsinterung bei 800-1000 0C mit anschließender mechanischer Bearbeitung (Formgebung, Schleifen, Polieren der Auflagefläche und der Rundungen) stattfindet. Anschließend wird die Auftragsdüse fertig gesintert. Als Werkstoff für die Auftragsdü-
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Anmeldetext vom 17.12.2001 Seite 9
se besonders geeignet sind Hartmetalle wie Tantalkarbid, Titankarbid oder Wolframkarbid, die nur mit einem geringem Anteil eines Bindemetalles versehen sind.
In dem dargestellten Ausfuhrungsbeispiel ist die Auftragsdüse für den Rontaktauftrag ausgebildet. Es ist auch möglich, die Auftragsdüse für einen Spritzauftrag vorzusehen, bei dem auf eine Rinne an der zum Gegenstand gewandet Seite verzichtet werden kann.
Die Auftragsdüse 1 kann gemäß einer weiteren Ausführungsform an der Auflagefläche 5 und der Rinne 8 mit einem elektrisch leitfähigen Material aus einem sehr harten Material beschichtet sein. Auch eine Beschichtung aus Titan zur Erhöhung der Korrosionsfestigkeit ist möglich. Das Material wird beispielsweise auf die Auflagefläche 5 und die Rinne 8 im PVD- oder CVD-Verfahren aufgedampft, wobei die Schichtdicke beispielsweise drei bis vier &mgr;&eegr;&igr; beträgt. Die Beschichtung hat noch eine etwas höhere Härte und vermindert somit den Verschleiß der Auftragsdüse.
In dem dargestellten Ausfuhrungsbeispiel ist die Auftragsdüse 1 nur mit einem Kanal versehen. Es ist auch möglich, in einer Auftragsdüse 2 zwei oder mehr Kanäle beabstandet voneinander vorzusehen. Diese Kanäle können dann in getrennten Rinnen oder einer gemeinsamen Rinne für einen flächigen Auftrag des Fluids münden.
Bei der gezeigten Auftragsdüse 1 verringert sich der Querschnitt von dem Eintrittsabschnitt 2 zu dem Mündungsabschnitt 4 hin. Statt dessen kann der Kanal auch einen einheitlichen Querschnitt über seine gesamte Länge besitzen. Damit das Fluid hohe Geschwindigkeiten erreicht, kann der Durchmesser des Kanals beispielsweise zwischen 0,5 und 1,0 mm liegen.
Claims (12)
1. Auftragsdüse zum Auftragen eines Fluides auf einen Gegenstand (6), insbesondere von Klebemittel und/oder Falzhilfsflüssigkeit auf eine schnelllaufende Papier- oder Kartonbahn in Rotationsdruckmaschinen, mit einem Korpus, durch den sich mindestens ein Kanal (2, 3, 4) erstreckt, der in einer dem mit hoher Geschwindigkeit vorbeigeführten Gegenstand (6) anliegenden Fläche (5) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsdüse (1) aus einem Hartmetall hergestellt ist, dass eine elektrische Leitfähigkeit mit einem elektrischen Widerstand von weniger als 10-4 Ohm.cm aufweist sowie eine Härte von mindestens 1500 HV (Vickershärte) besitzt.
2. Auftragsdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsdüse (1) eine Kerbschlagzähigkeit von mindestens 40 J/cm2 aufweist.
3. Auftragsdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsdüse (1) im wesentlichen aus Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän und Wolfram mit Kohlenstoff, Stickstoff, Bor oder Silizium oder einer Mischung aus diesen Materialien hergestellt ist.
4. Auftragsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsdüse (1) eine Härte von mindestens 2000 HV (Vickershärte) aufweist.
5. Auftragsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsdüse (1) im wesentlichen aus Tantalkarbid, Titankarbid oder Wolframkarbid besteht.
6. Auftragsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis S. dadurch gekennzeichnet, dass Zusätze von Bindemetallen, wie Kobalt, Nickel oder Eisen auf das Gewicht bezogen weniger als 6% betragen.
7. Auftragsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsdüse (1) aus einem korrosionsbeständigem Material gebildet ist.
8. Auftragsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsdüse (1) aus einem verpressten Formkörper gebildet ist.
9. Auftragsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsdüse (1) mehrteilig ausgebildet ist, wobei nur der mit dem Gegenstand (6) in Kontakt stehende Teil aus Hartmetall gebildet ist.
10. Auftragsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsdüse (1) mit einer Beschichtung, beispielsweise aus Titan, überzogen ist.
11. Auftragsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsdüse (1) als Kontaktdüse ausgebildet ist und an der zum Gegenstand gewandten Seite eine Rinne (8) aufweist.
12. Auftragsvorrichtung, insbesondere für Rotationsdruckmaschinen, mit einem Behälter für ein aufzutragendes Fluid, vorzugsweise einer Zuleitung zu einer Auftragsdüse und/oder einer Steuerung für den Flüssigkeitsauftrag, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Auftragsdüse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen ist.
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| CN111801168B (zh) * | 2018-02-26 | 2023-08-29 | 阿特拉斯柯普科工业技术(德国)有限公司 | 涂敷喷嘴、用于利用其涂敷粘性材料的方法和成形条 |
| CN112118910A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-12-22 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 喷嘴及可移动平台 |
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