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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auftragen eines Auftragsmediums auf eine laufende Faserstoffbahn, insbesondere eine Papier- oder Kartonbahn gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Das Beschichten einer Faserstoffbahn wie z.B. einer Papierbahn mit einer Stärkelösung ist seit langem bekannt. Je nach Bedarf kann dadurch die Festigkeit der Bahn gesteigert, oder die Oberflächeneigenschaften verbessert werden.
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Zum Stärkeauftrag bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten wird standardmäßig eine sogenannte Filmpresse eingesetzt, die z.B. in der
DE4400609 A1 beschrieben ist. Dabei wird ein Film aus Stärkelösung auf eine Übertragungswalze gegeben, und mittels eines Rakels auf der Walze dosiert. Diese Stärkelösung wird daraufhin in einem Behandlungsnip auf die Papierbahn übertragen.
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Das Abrakeln der überschüssigen Stärkelösungen ist wichtig, um eine genaue Dosierung der schließlich auf das Papier übertragenen Stärkemenge zu gewährleisten. Nachteilig an dieser an sich bewährten Technik ist jedoch, dass die zum Abrakeln benötigen Rollrakel mit der Zeit verschleißen. Dieser Verschleiß ist insbesondere bei der Verwendung von Übertragungswalzen mit einer hohen Walzenhärte relevant.
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Die Schrift
DE102006057870 A1 schlägt als Ergänzung der Filmpresse vor, eine Streichfarbe berührungslos mittels eines Vorhangauftragsaggregats auf die Übertragungswalze abzulegen und im Behandlungsnip auf die Papierbahn zu übertragen. Aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften der üblichen Stärkelösungen verglichen mit den Streichfarben erfolgt der Stärkeauftrag gemäß der
DE102006057870 A1 weiter wie bei der Filmpresse üblich unter Verwendung eines Rakelelements.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Stärkeauftrag zur Verfügung zu stellen, die ohne Verschleißteile in Form von Rakelelementen auskommt. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, die bestehenden Filmpressen derart weiter zu entwickeln, dass ein berührungsloses Aufbringen von Stärke auf die Übertragungswalze ermöglicht wird, bei gleichzeitig hoher Genauigkeit der Dosierung der Stärkemenge, die auf die Faserstoffbahn übertragen wird.
Weiterhin soll eine einfache Umrüstung von bestehenden Filmpressen auf eine Vorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung mit geringem Aufwand möglich sein.
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Diese Aufgaben werden vollständig gelöst durch eine Vorrichtung zum Auftragen eines Auftragsmediums auf eine laufende Faserstoffbahn gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Vorrichtung zum Auftragen eines Auftragsmediums auf eine laufende Faserstoffbahn, insbesondere eine Papier- oder Kartonbahn vorgeschlagen, die ein Übertragungselement und zumindest einen ersten Vorhangauftragskopf zum Aufbringen des Auftragsmediums auf das Übertragungselement umfasst, sowie einen Behandlungsnip, der durch das Übertragungselement und ein Gegenelement gebildet wird, und in dem das Auftragsmedium vom Übertragungselement auf eine erste Seite der Faserstoffbahn übertragen werden kann. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der erste Vorhangauftragskopf zumindest abschnittsweise von einer thermisch isolierenden Schicht umgeben ist, welche mit der Umgebung in Kontakt steht.
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In besonders bevorzugten Ausführungen handelt es sich bei dem Auftragsmedium um eine Stärkelösung. Daher ist die Erläuterung der Vorteile der vorliegenden Lösung im Folgenden am Beispiel des Stärkeauftrags beschrieben.
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Es soll an dieser Stelle aber angemerkt werden, dass insbesondere die derzeit stark diskutierten Medien zur Erzeugung von Barrierewirkungen ähnliche Anforderungen an die Auftragsvorrichtungen stellen wie Stärkelösungen. Insbesondere werden auch Barrieremedien bei hohen Temperaturen aufgetragen, um ihnen durch eine Reduzierung der Viskosität eine günstigere Fließfähigkeit zu verleihen. Daher gelte die für den Stärkeauftrag beschriebenen Vorteile -mutatis mutandis- insbesondere auch für den Auftrag von Barrieremedien.
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Einer der Unterschiede des Stärkeauftrags gegenüber dem Auftrag von Streichfarben ist es, dass (pigmenthaltige) Streichfarben üblicherweise eher kühl aufgetragen werden (i.d.R. 30°C-40°C), während der Auftrag von Stärkelösungen bei höheren Temperaturen von über 50°C, bisweilen auch 80°C oder mehr erfolgen muss.
Bei der Verwendung eines bekannten Vorhangauftragskopfes mit einem derart heißen Auftragsmedium kommt es durch die großen Temperaturunterschiede zwischen dem Auftragsmedium und der Umgebung zu thermischen Verformungen der Auftragsdüse bzw. des gesamten Auftragskopfes. Insbesondere bei Schwankungen der Umgebungstemperatur kann es zu Veränderungen der Düsengeometrie kommen, die bei den hohen Genauigkeitsanforderungen an die Düse sowie deren Austrittsspalt zu signifikanten Schwankungen der Auftragsmenge führen können.
Um trotzdem eine kontrollierte und genau definierte Auftragsmenge zu gewährleisten, sind die bekannten Vorhangauftragsaggregate üblicherweise in einem abgeschlossenen Raum angeordnet, in dem konstante Klimabedingungen eingestellt werden können. Das Vorsehen eine solchen Einhausung macht jedoch das Nachrüsten eine Vorhangauftragswerks bei bestehenden Filmpressen sehr schwierige, da in der vorgegebenen Einbausituation hierfür oft nicht genügen Platz zur Verfügung steht.
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In Ausführungen der vorliegenden Erfindung ist daher vorgesehen, dass der erste Vorhangauftragskopf zumindest abschnittsweise - bevorzugt vollständig- von einer thermisch isolierenden Schicht umgeben ist, welche mit der Umgebung in Kontakt steht. Durch diese Isolierung wird die Düse von den Schwankungen der Umgebungstemperatur entkoppelt, wodurch eine unkontrollierte Änderung der Düsengeometrie durch Temperaturschwankungen vermieden wird.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass sich durch die thermisch isolierende Schicht die Außenseite des Vorhangauftragskopfes auch nicht auf die -üblicherweise hohe-Temperatur des Auftragsmediums aufheizt. Somit kann es beim versehentlichen Kontakt des Bedienpersonals mit dem Vorhangauftragskopf nicht zu Verletzungen durch Verbrühungen kommen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da in vielen Ausführungen der vorliegenden Erfindung auf eine Einhausung des Vorhangauftragskopfes verzichtet werden wird.
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Der Vorhangauftragskopf kann auch mit der thermisch isolierenden Schicht sehr kompakt ausgeführt werden, so dass auch bei beschränktem Bauraum eine Nachrüstung bestehender Filmpressen möglich ist.
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Die thermisch isolierende Schicht kann dabei einstückig ausgeführt sein. In bevorzugten Installationen kann sie sich jedoch auch aus mehreren Elementen zusammensetzen. Dies ist insbesondere dann vorteilhat, wenn auch weitere Teile des Auftragskopfes, beispielsweise die Auftragsdüse aus mehreren Teile aufgebaut sind.
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In einer vorteilhaften Ausführung kann vorgesehen sein, dass der erste Vorhangauftragskopf eine Außenverkleidung umfasst, welche eine Auftragsdüse umgibt, und die thermisch isolierende Schicht zumindest teilweise durch ein gasförmiges Isolationsmedium gebildet ist, welches in einem Spalt zwischen der Auftragsdüse und der Außenverkleidung angeordnet oder geführt ist. Ein derartiger Spalt kann beispielsweise eine Breite im Bereich 0,5mm-50mm, bevorzugt 2-10mm, aufweisen. Ein geeignetes gasförmiges Isolationsmedium ist dabei Luft.
Zudem besteht die Möglichkeit, diese Luft vor dem Einleiten in den Spalt zu konditionieren, insbesondere zu temperieren. Dadurch können auch bei extrem schwankenden Umgebungstemperaturen konstante Bedingungen an der Auftragsdüse gewährleistet werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann die thermisch isolierende Schicht ein Schaumstoffmaterial und/oder eine Wabenstruktur und/oder Glaswolle und/oder Mineralwolle umfassen, bzw. durch eines oder mehrere der vorgehenden gebildet sein. Ebenso kann die Verwendung von Multilayer Insulation (MLI), auch Superisolation genannt, für die thermisch isolierende Schicht vorteilhaft sein.
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Das Schaumstoffmaterial kann hierbei beispielsweise aus geschäumten Kunststoffen (z.B. in Form von Hartschaumplatten) oder aus mineralischen Schäumen (insbesondere feinporige Schäume oder mit Nanoporen) bestehen oder diese umfassen.
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In bevorzugten Ausführungen kann das Übertragungselement als Übertragungswalze ausgeführt sein.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzenoberfläche der Übertragungswalze eine Härte zwischen 0 P&J und 100 P&J, insbesondere zwischen 1 P&J und 10 P&J aufweist.
Durch den berührungslosen Vorhangauftrag kann auch bei harten Walzenoberflächen kein gesteigerter Rakelverschleiß auftreten.
Alternativ oder zusätzlich kann das Gegenelement als Gegenwalze oder als Bandelement ausgeführt sein.
Auch die Gegenwalze kann, wie die Übertragungswalze eine Härte zwischen 0 P&J und 100 P&J, insbesondere zwischen 1 P&J und 10 P&J aufweisen.
Ein Walzennip, bei dem sowohl die Übertragungswalze als auch die Gegenwalze eine Härte zwischen 0 P&J und 10 P&J aufweise, soll im Rahmen dieser Anmeldung als „harter Walzennip“ bezeichnet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann ein zweiter Auftragskopf, insbesondere ein zweiter Vorhangauftragskopf zum Aufbringen eines zweiten Auftragsmediums auf das Gegenelement vorgesehen ist, so dass das zweite Auftragsmedium im Behandlungsnip auf eine zweite Seite der Faserstoffbahn aufbringbar ist. Auf diese Weise können beide Seiten der Faserstoffbahn simultan beschichtet werden. In diesem Fall übernimmt das Gegenelement die Funktion eines Übertragungselements.
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Wird ein zweiter Vorhangauftragskopf verwendet, kann es vorteilhaft sein, dass der zweite Vorhangauftragskopf zumindest abschnittsweise von einer thermisch isolierenden Schicht umgeben ist, welche mit der Umgebung in Kontakt steht. Derartige Ausführungen sind insbesondere bei harten Walzennips vorteilhaft.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann vorgesehen sein, dass bei zumindest einem Vorhangauftragskopf, insbesondere bei allen Vorhangauftragsköpfen eine bewegliche Auffangwanne angeordnet ist, die in eine Auffangposition zwischen Vorhangauftragskopf und Übertragungselement, bzw. Vorhangauftragskopf und Gegenelement bewegbar ist, in welcher das aus dem Vorhangauftragskopf austretende Auftragsmedium überwiegend oder vollständig von der Auffangwanne aufgefangen wird.
Eine derartige Auffangwanne ist insbesondere beim Starten bzw. Stoppen der Beschichtung wesentlich, um ein Aufbringen von Auftragsmedium auf die stehende Walze, und damit eine massive Verschmutzung zu verhindern.
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In einer bevorzugten Ausführung kann die Vorrichtung zusätzlich eine Heizvorrichtung umfassen, die geeignet ist, das erste Auftragsmedium auf eine Temperatur von mehr als 40°C, insbesondere zwischen 50°C und 80°C zu erhitzen, wobei die Heizvorrichtung mit dem ersten Vorhangauftragskopf verbunden oder verbindbar ist, um das erste Auftragsmedium von der Heizvorrichtung zum ersten Vorhangauftragskopf zu transportieren.
Im Fall einer beidseitigen Beschichtung kann auch für das zweite Auftragsmedium eine Heizvorrichtung vorgesehen sein.
Es kann vorgesehen sein, dass das erste Auftragsmedium und das zweite Auftragsmedium identisch sind.
In diesem Fall kann auch eine gemeinsame Heizvorrichtung für das erste und das zweite Auftragsmedium vorgesehen sein.
Eine Ausführungsform eines solchen Heizelements kann ein Kessel zum Kochen von Stärke sein
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Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Ausprägungen der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Die genannten Merkmale können nicht nur in der dargestellten Kombination vorteilhaft umgesetzt werden, sondern- auch einzeln untereinander kombiniert werden. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
- 1 zeigt eine Vorrichtung zum Auftragen eines Auftragsmediums auf eine laufende Faserstoffbahn gemäß einem Aspekt der Erfindung.
- 2 zeigt einen Vorhangauftragskopf zur Verwendung in einer Vorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung.
- 3 zeigt einen Vorhangauftragskopf zur Verwendung in einer Vorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung.
- 4a, 4b und 4c zeigen jeweils eine Vorrichtung zum Auftragen eines Auftragsmediums auf eine laufende Faserstoffbahn gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung.
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Nachfolgend werden die Figuren detaillierter beschrieben.
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Bei der Vorrichtung in 1 sind sowohl das Übertragungselement 4 als Übertragungswalze 4 als auch das Gegenelement 5 als Gegenwalze 5 ausgeführt. Diese beiden sind so angeordnet, dass sie den Behandlungsnip 6 ausbilden, durch den die Faserstoffbahn3 geführt wird. Die Oberflächen der Walzen 4,5 können insbesondere so beschaffen sein, dass der Behandlungsnip 6 als harter Walzennip ausgeführt ist.
Zum Aufbringen des Auftragsmediums auf die Übertragungswalze 4 ist ein erster Vorhangauftragskopf 1 vorgesehen. Ebenso ist ein zweiter Vorhangauftragskopf 2 zum Aufbringen des Auftragsmediums auf die Gegenwalze 5 vorgesehen.
Diese Auftragsköpfe 1,2 können vorteilhafterweise in etwa in der 12-Uhr Position der zugehörigen Walze 4,5 angeordnet, um ein problemloses Aufbringen des frei fallenden Vorhangs auf die Walze 4,5 zu ermöglichen.
Um Störungen des Vorhangs durch von der rotierenden Walze mitgeschleppte Luftschichten zu vermeiden, können in Rotationsrichtung der Walze 4,5 betrachtet vor dem Vorhangauftragswerk 1,2 Mittel zur Reduzierung dieser Luftgrenzschichten angeordnet sein. Diese Mittel können vorteilhafterweise aus berührungslose arbeiten, beispielsweise mittels eines gerichteten Luftstroms.
In der Ausführung gemäß 1 wird die Faserstoffbahn 1 im Behandlungsnip 6 simultan von beiden Seiten mit dem Auftragsmedium beschichtet.
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2 zeigt einen Vorhangauftragskopf 1,2, der als erster Vorhangauftragskopf 1 und/oder als zweiter Vorhangauftragskopf in Vorrichtungen gemäß einem Aspekt der Erfindung eingesetzt werden kann.
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Der Vorhangauftragskopf 1,2 umfasst hier eine Auftragsdüse 7. In dieser Auftragsdüse ist eine Kammer vorgesehen, aus der das Auftragsmedium 9, beispielsweise die heiße Stärkelösung 9 über einen Düsenspalt in Form eines frei fallenden Vorhangs austritt. Der Kammer kann durch einen im Bild nicht gezeigten Zulauf wieder neue, heiße Stärkelösung zugeführt werden. Das Auftragsmedium 9 heizt damit im Betrieb des Vorhangauftragskopfes 1,2 kontinuierlich die Auftragsdüse 7 auf.
In der Regel sind Auftragsdüsen 7 aus Metall gefertigt.
Durch das Metall wird die Wärme an die Außenseiten der Auftragsdüse 7 geleitet.
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Um ein Verziehen der Auftragsdüse 7 bei schwankenden Außentemperaturen zu vermeiden, sowie um zu verhindern, dass sich die Außenwände des Vorhangauftragskopfes 1,2 zu stark erhitzen - und somit zur Vermeidung von Verletzungen des Bedienpersonals - ist eine thermisch isolierende Schicht 8 vorgesehen. Diese ist in 2 exemplarisch aus einem Feststoff, z.B. einem Polymerschaum gefertigt und umgibt die gesamte Auftragsdüse 7. Auch wenn dies nicht optimal ist, können je nach Ausführung und auch abhängig von der vorhandenen Einbausituation gegebenenfalls auch einige Abschnitte der Auftragsdüse 7 nicht von der thermisch isolierenden Schicht 8 umgeben sein.
In der in 2 gezeigten Ausführung ist die Auftragsdüse 7 aus mehreren Elementen, speziell aus zwei großen Hälften aufgebaut. Es ist vorteilhaft, in diesem Fall auch die thermisch isolierenden Schichten 8 aus mehreren Elementen aufzubauen. Dies erleichtert bei der Wartung des Vorhangauftragswerks 1,2 das Auseinanderbauen der Auftragsdüse 7.
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Auch 3 zeigt einen Vorhangauftragskopf 1,2, der als erster Vorhangauftragskopf 1 und/oder als zweiter Vorhangauftragskopf in Vorrichtungen gemäß einem Aspekt der Erfindung eingesetzt werden kann. Er unterscheidet sich von dem Kopf 1,2 aus 2 lediglich in der Ausführung der thermisch isolierenden Schicht 8. Der Deckel 8b oberhalb der Auftragsdüse 7 besteht dabei wieder wie in 2 aus einem Feststoff. Zur Isolierung der Seiten ist jedoch eine Außenverkleidung 10 vorgesehen -z.B. aus einen metallischen Material, einem Kunststoff oder auch aus einem Faserverbundwerkstoff-, die von der Auftragsdüse thermisch entkoppelt ist. Die thermische Entkopplung erfolgt dabei durch einen Spalt 8a zwischen Außenverkleidung 10 und Auftragsdüse 7. Dieser Spalt 8b ist gefüllt mit einem gasförmigen Isolationsmedium - zweckmäßigerweise mit Luft. Hierzu sind eine oder mehrere Düsen 11 vorgesehen, die dieses Gas in den Spalt 8a eindüsen.
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Der Vorhangauftragskopf 1,2 in 3 ist so aufgebaut, dass der Spalt 8a nicht abgeschlossen ist, und das gasförmige Isolationsmedium durch den Austritt entweicht, durch den der Vorhang aus Auftragsmedium 9 austreten kann. Über die Düse 11 bzw. Düsen 11 kann die Menge des nachströmenden Gases gesteuert werden. Ebenso können Temperatur, Feuchte etc. des nachströmenden Gases variiert werden, was dazu führt, dass ein solcher Vorhangauftragskopf 1,2 sehr flexibel eingesetzt werden kann.
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4a, 4b und 4c zeigen Vorrichtungen analog der Vorrichtung in 1, die zur Verdeutlichung der Funktionsweise und Möglichkeiten der Auffangwanne 13, 13a dienen sollen. Die thermisch isolierenden Schichten der Auftragsköpfe 1,2, wurden hier um der Klarheit der Darstellung willen nicht explizit gezeichnet.
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Dabei ist die Auffangwanne 13 des ersten Vorhangauftragskopfes 1 jeweils in Auffangposition dargestellt, während die Auffangwanne 13a des zweiten Vorhangauftragskopfes 2 in der Parkposition während der laufenden Beschichtung dargestellt ist.
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Die 4a, 4b und 4c zeigen dabei exemplarisch drei Möglichkeiten, wie das Bewegen der Auffangwanne 13, 13a in die Auffangposition realisiert werden kann.
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Bei der Ausführung in 4a wird dabei die gesamte Auffangwanne 13, 13a bewegt, vorzugsweise in einer translatorischen Bewegung.
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In den 4b und 4c umfasst die Auffangwanne 13,13a jeweils eine Leitplatte 14. Das Bewegen der Auffangwanne 13, 13a in die Auffangposition erfolgt dabei lediglich über eine Bewegung der Leitplatte 14. Die Bewegung der Leitplatte 14 kann dabei, wie in 4b gezeigt, translatorisch erfolgen. Alternativ kann die Leitplatte 14 aber auch, wie in 3c gezeigt, durch Rotation in die Auffangposition gebracht werden. Ein Vorteil von Ausführungen wie in 4b, 4c besteht darin, dass lediglich die Leitplatten 14 bewegt werden müssen, und nicht die gesamte Auffangwanne 13,13a. Dadurch kann üblicherweise die Auffangposition schneller erreicht und auch wieder verlassen werden. Dies ist vorteilhaft, da z.B. bei einem ungeplanten Bahnabriss auf diese Weise weniger Auftragsmedium auf die Walzen 4,5, aufgebracht wird und dadurch weniger Verschmutzung bei der Auftragsvorrichtung.
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Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen sollen die Möglichkeiten der vorliegenden Idee andeuten. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungen beschränkt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erster Vorhangauftragskopf
- 2
- zweiter Vorhangauftragskopf
- 3
- Faserstoffbahn
- 4
- Übertragungswalze
- 5
- Gegenwalze
- 6
- Behandlungsnip
- 7
- Auftragsdüse
- 8
- thermisch isolierende Schicht
- 8a
- Spalt
- 8b
- Deckel
- 9
- Stärke
- 10
- Außenverkleidung
- 11
- Luftdüse
- 12
- Austritt
- 13
- Auffangwanne
- 13a
- Auffangwanne
- 14
- Leitplatte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4400609 A1 [0003]
- DE 102006057870 A1 [0005]