Voith Patent GmbH Akte: HPU13009 WO

89510 Heidenheim „Vakuumentlüftergeometrie CC"

Entgasungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entgasen eines flüssigen bis pastösen Mediums, insbesondere einer Streichfarbe zum Beschichten einer Papier-, Kartonoder anderen Faserstoffbahn mit einem rotationssymmetrisch ausgebildeten Vakuumbehälter, der mindestens einen Einlass für das zu entgasende Medium, einen Auslass für praktisch gasfreies Medium, einen Vakuumanschluss sowie eine zentrisch angeordnete, vertikale Antriebswelle aufweist, wobei die Antriebswelle wenigstens einen Drehteller trägt und mitrotieren lässt, und der wenigstens eine Drehteller mit seinem Außenumfang zur Innenwand des Vakuumbehälters einen überlaufspalt bildet.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der noch unveröffentlichten DE 10 2005 060846 entnehmbar. Auch auf die DE-A1 100 39 275 und die ebenfalls nachveröffentlichte DE 10 2005 017 952 wird verwiesen. Zur Entgasung bzw. Entlüftung wird ein Vakuumentgaser verwendet, der an sich für eine gute Entgasung- bzw. Entlüftungswirkung sorgt.

Die Anforderungen an die Entgasung von Medien, insbesondere Streichmedien sind aber gestiegen. Es wurde auch festgestellt, dass je dicker die Mediums - d.h. Flüssigkeitsfilme sind, desto schwerer lassen sich diese entgasen. Das liegt immer noch daran, dass die zu entgasenden Medien Eigenschaften aufweisen, die eine Entgasung erschweren. Hierzu gehört beispielsweise ein hoher Feststoffgehalt und hohe Viskosität. Die im Medium bzw. der Streichfarbe enthaltenen Gasblasen platzen in solch einem Medium nur sehr schwer und können dann auch nicht entweichen. Bei hoher Viskosität des Mediums und/oder hohen Feststoffgehalten ist die Wirkung eines Vakuumentgaser beschränkt und es reicht außerdem die Auftriebskraft der im Medium eingeschlossenen Gasblasen nicht aus, um auf die Mediums- bzw. Flüssigkeitsoberfläche zu gelangen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte, wirkungsvollere Vorrichtung zur Entgasung von schwer entgasbaren Medien, insbesondere von Streichfarbe,

anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Die Vorrichtung umfasst einen Vakuumbehälter, den das zu entgasende Medium durchströmt. Im Vakuumbehälter ist erfindungsgemäß wenigstens ein Prallflächenpaar eingebaut. Es besteht aus zwei koaxial unmittelbar übereinander angeordneten und mit einer vorhandenen zentrischen hohlen Antriebswelle mitrotierenden Drehtellern, die jeweils eine Prallfläche für das zugeführte zu entgasende Medium aufweisen.

Je einem Drehteller des Prallflächenpaares ist wenigstens eine von der Antriebswelle abzweigende Mediums-Zufuhrdüse zugeordnet, die jeweils mit ihrer Ausströmöffnung auf den betreffenden Drehteller bzw dessen Prallfläche gerichtet ist und dort für eine Ausbreitung des zu entgasenden Mediums sorgt. Auf den beiden Prallflächen vergleichmässigt sich das zu entgasende Medium und wird aufgrund der eingestellten Drehzahl einer Fliehkraft unterworfen und in Richtung der Innenwand des Vakuumbehälters geschleudert, von wo aus es in teilentgaster Form in den unteren Teil des Vakuumbehälters unter weitere Entgasung abläuft.

Dadurch, dass ein von oben her und ein zweiter von unten her beaufschlagbarer Drehteller bzw. Prallflächen vorhanden sind, verdoppelt sich die zur Entgasung verfügbare Nutzfläche. Der dem Vakuumbehälter zugeführte Gesamtstrom an zu entgasendem Medium wird dadurch in zwei Teilströme aufgeteilt, wodurch die zu entgasende Filmdicke dünner ist und sich dadurch eine bessere Entgasungs- bzw. Entlüftungswirkung als bisher erzielen lässt.

Ein weiterer Vorteil ist, dass dies auf engstem Raum im Vakuumbehälter möglich ist und für diese bessere Entlüftungswirkung kein vergrößerter der Bauraum notwendig ist.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der obere Drehteller des Prallflächenpaares, ausgehend von der hohl ausgebildeten Antriebswelle in Richtung auf die Innenwand des Vakuumbehälters nach oben hin

ansteigt und der untere Drehteller ebenfalls in Richtung auf die Innenwand des Vakuumbehälters aber nach unten hin abfällt. Als Anstiegs- und Neigungswinkel wird ein Bereich zwischen 5° und 40° vorgeschlagen.

Die Verteilung des Mediums über die gesamte Prallfläche wird dadurch erleichtert und damit die Entgasungswirkung erhöht.

Die Beaufschlagung der Prallflächen lässt sich am einfachsten bewerkstelligen, wenn die wenigstens eine Mediums-Zuführdüse das zu entgasende Medium von oben her auf den oberen Drehteller bzw. dessen Prallfläche und wenigstens eine weitere Mediums-Zuführdüse das zu entgasende Medium von unten her auf den unteren Drehteller bzw. dessen Prallfläche aufbringt. Dabei hat man sogar die Möglichkeit mit unterschiedlichen Mediumsdrücken zu arbeiten.

Sehr zweckmäßig ist es, wenn die Mediums-Zufuhrdüsen als Schaufeldüsen ausgebildet sind. Der Ausbreitungswinkel und damit eine Vergleichmäßigung des auf den Drehtellern bzw. deren Prallflächen aufgebrachten Mediums ist dadurch leichter erreichbar. Als Ausbreitungswinkel werden Größenordnungen zwischen 45° und 140° vorgeschlagen.

In diesem Zusammenhang ist auch ein Winkel zwischen 100° und 160° zwischen Drehteller und der zugeordneten Mediums-Ausströmdüse vorgesehen.

Als sehr vorteilhaft haben sich mehrere, vorzugsweise 4 bis 8 Stück gleichmäßig um den Außenumfang der Antriebswelle verteilt angeordnete Mediums-Zuführdüsen pro Drehteller erwiesen. Wenn diese sich darüber hinaus noch mitdrehen ist die Ausbreitung und die Verteilung des Mediums besonders effektiv.

Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades der Entgasungsvorrichtung lässt sich erreichen, wenn auf den oberen Drehteller eine perforierte Platte, beispielsweise

Siebplatte aufgesetzt ist. Diese Platte sollte an ihrem Außenumfang mit dem

Drehteller einen Spalt bilden. In diesem Spalt, der ca. 0,2 bis 0,8mm nur groß ist,

- A -

kann sich abgeschleudertes Medium anstauen und noch weiter vergleichmässigen. Die auf der Prallfläche vorgestreckte und verteilte Flüssigkeit, d.h. das zu entgasende Medium wird aber aufgrund der Fliehkraft durch die Perforationen oder die Sieblöcher und durch den Spalt als dünner und gleichmäßiger Film gedrückt, der dann in den unteren Teil des Vakuumbehälters unter weitere Entgasung abläuft.

Ist ein besonders hochviskoses und/oder Feststoff reiches Medium zu entgasen, kann daran gedacht werden mehrere, also eine gewünschte Anzahl an Prallflächenpaaren einschließlich der zugehörigen Mediums-Zufuhrdüsen koaxial übereinander in den Vakuumbehälter einzubauen.

Als Drehzahlen für wenigstens einen der Drehteller des wenigstens einen Prallplattenpaares und gewünschtenfalls für die perforierte Platte und/ oder gewünschtenfalls für die Mediums-Zuführdüsen werden ca. 200 bis 10000 min ^"1 vorgeschlagen.

Hierbei ist zu beachten, dass je mehr Drehteller vorhanden sind, umso kritischer wird die Stabilitätsproblematik, weil eine gleichmässige Verteilung des Mediums auf die Drehteller dadurch schwieriger ist. Sind also mehrere Drehteller vorhanden, sollten Drehzahlen zwischen 200 und 1000 min ^"1 gewählt werden. Kleine Drehteller müssen schneller (ca. 2000 bis 10000 min ^"1 ) drehen als Drehteller mit grosserem Durchmesser.

Dadurch, dass die Entgasung unter Vakuum durchgeführt wird, kann das Medium verstärkt Gasanteile verlieren und dadurch wirklich praktisch gasfrei werden. Praktisch gasfrei bedeutet dabei, dass geringe Restmengen an gelöstem Gas je nach Mediumsart im Medium noch enthalten sein können.

Das praktisch gasfreie Medium steht nun für seine weitere Verwendung zur Verfügung. Ist das Medium eine pigmenthaltige Streichfarbe, kann dies nun einer de erfindungsgemäßen Vorrichtung nachgeordneten Beschichtungseinrichtung zugeführt werden. Bevorzugt ist dabei an ein Vorhang-Auftragswerk als Beschichtungseinrichtung gedacht. Aufgrund der Erfindung können erstmalig

hochviskose Auftragsmedien mit Hilfe des Vorhang-Streichens (Curtain Coatings) auf eine laufende Papier-, Karton- oder andere Faserstoffbahn streifen- und fehlstellenfrei aufgebracht werden.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben werden.

Figur 1 zeigt einen grob schematischen Querschnitt einer erfindungsgemäßen

Vorrichtung zum Entgasen. Figur 2 zeigt eine Darstellung einer Mediumszuführdüse aus Figur 1 in der

Seitenansicht Figur 3 zeigt die Vorrichtung gem. Figur 1 in der Draufsicht

In den Figuren sind für gleiche Bauteile oder gleichwirkende Mittel, gleiche Bezugszeichen gewählt.

In der Figur 1 ist eine Vorrichtung 1 im Querschnitt dargestellt, die dem Entgasen eines Mediums 2 dient. Im vorliegenden Falle handelt es sich um eine hochviskose Streichfarbe zur Veredelung einer laufenden Papier- oder Kartonbahn.

Die Vorrichtung 1 umfasst einen rotationssymmetrischen Vakuumbehälter 3, der ca. 2 m hoch ist und einen Durchmesser von ca. 2m aufweist.

Am Deckel des Behälters ist ein Einlass 4 für das zu entgasende Medium 2 und außerdem ein Vakuumanschluss bzw. Unterdruckerzeuger 5 vorgesehen.

Im Vakuumbehälter 3 befindet sich eine zentrisch angeordnete, vertikale und hohle Antriebswelle 6, die im Beispiel zwei koaxial angeordnete Drehteller 7 und 8 trägt und mit rotieren lässt. Beide Drehteller (die auch als Schleuderteller bezeichnet werden könnten) und jeweils eine Prallfläche für das ihnen zugeführte zu entgasende Medium 2 aufweisen, bilden ein so genanntes Prallflächenpaar 9. Der Drehteller 7 besitzt die Prallfläche 10 und Drehteller 8 die Prallfläche 11.

Beide Drehteller 7 und 8 bilden auch jeweils mit ihrem Außenumfang zur Innenwand 12 des Vakuumbehälters 3 hin jeweils einen überlaufspalt 13, über den das auf den Prallflächen 10 und 11 verteilte und vergleichmässigte Medium 2 in den unteren Teil des Behälters 3 abläuft.

Wie ebenfalls in Figur 1 zu erkenn ist, ist sowohl dem oberen Drehteller 7 des Prallflächenpaares 9 als auch dem unteren Drehteller 8 wenigstens eine von der Antriebswelle 6 abzweigende Mediums-Zufuhrdüse 14 zugeordnet. Jede Düse 14 weist eine Ausströmöffnung 15 auf, die auf den betreffenden Drehteller 7 und 8 bzw. dessen Prallfläche 10 und 11 gerichtet ist und dort für eine Ausbreitung des zu entgasenden Mediums 2 sorgt.

Die zur Entgasung verfügbare Nutzfläche hat sich durch die Schaffung der beiden Prallflächen 10 und 11 verdoppelt. Der der Entgasungsvorrichtung 1 bzw. dem Vakuumbehälter 3 zugeführte Gesamtstrom an zu entgasendem Medium 2 wird dadurch in zwei Teilströme 2a und 2b aufgeteilt. Auf den Drehtellern 7 und 8 kann sich dadurch eine wesentlich dünnere zu entgasende Filmdicke ausbilden, die besser entgasbar ist.

Die vorhandene Fliehkraft aufgrund der eingestellten Drehzahl bewirkt, dass das Medium bzw. die Teilströme 2a und 2b sich auf den Prallflächen 10 und 11 vergleichmässigen können und in Richtung der Innenwand 11 des Vakuumbehälters 3 geschleudert werden, von wo aus sie in teilentgaster Form - wie vorstehend schon beschrieben- in den unteren Teil des Vakuumbehälters unter weitere Entgasung gelangen.

In Figur 1 ist auch erkennbar, dass der obere Drehteller 7 des Prallflächenpaares 9, ausgehend von der hohl ausgebildeten und gleichfalls der Mediumszuführung dienenden Antriebswelle 6 in Richtung auf die Innenwand 12 des Vakuumbehälters 3 nach oben hin ansteigt und der untere Drehteller 8 ebenfalls in Richtung auf die Innenwand 12 des Vakuumbehälters 3 nach unten hin abfällt. Der eingezeichnete Anstiegswinkel α und auch der Neigungswinkel ß beträgt im Beispiel 40°. Die

Verteilung des Mediums über die gesamte Prallfläche 10 und 11 wird dadurch erleichtert und auch die Entgasungswirkung erhöht.

Eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Entgasungsvorrichtung 1 lässt sich erreichen, wenn auf den oberen Drehteller 7 eine perforierte Platte 16, beispielsweise

Siebplatte aufgesetzt ist. Diese Platte 16 bildet an ihrem Außenumfang mit dem

Drehteller 7 einen minimalen Spalt a von 0,2 bis 0,8mm. Hier kann sich abgeschleudertes Medium anstauen und noch weiter vergleichmässigen. Das auf der

Prallfläche 10 vorgestreckte und verteilte Medium 2 bzw. 2a wird aufgrund der Fliehkraftwirkung durch die Perforationen und durch den Spalt a als dünner und gleichmäßiger Film gedrückt, der dann in den unteren Teil des Vakuumbehälters unter weitere Entgasung abläuft.

Wie in Figur 1 außerdem zu erkennen ist, ist die wenigstens eine Mediums- Zuführdüse 14 für das zu entgasende Medium 2 von oben her auf den oberen

Drehteller 7 bzw. dessen Prallfläche 10 und wenigstens eine weitere Mediums-

Zuführdüse 14 von unten her auf den unteren Drehteller 8 bzw. dessen Prallfläche 10 gerichtet. Zwischen den Drehtellern 7 und 8 und der jeweils zugeordneten Mediums-

Ausströmdüse 14 bzw. dem ausgestoßenem Medium besteht ein Auftreff- oder Anströmwinkel δ zwischen100° und 160°. Im Beispiel sind 110° vorgesehen.

Die besagten Mediums-Zufuhrdüsen 14 sind als Schaufeldüsen 14a ausgebildet, wie in Figur 2 in einer grobschematischen Seitenansicht gezeigt ist.

Diese Schaufeldüsen erzeugen einen sehr gleichmäßigen Flachstrahl 14b.

Die Funktion der Entgasungs- bzw. Entlüftungseinrichtung 1 wird durch den Grad der Erhöhung der freien Oberfläche des zu entgasenden Mediums 2 durch die Ausbildung von Flachstrahlen 14b maßgebend beeinflusst. Bei einer eingestellten Durchflussmenge Q ( m ³ /min) ist mit der Schaufeldüse 14a ein niedriges Volumen- Flächenverhältnis V/ A erreichbar, mit dem eine bessere Entlüftungswirkung erzielt wird. A ist dabei die dargestellte freie Fläche des ausgestoßenen Mediums 2 in Form des Flachstrahles 14b und V das Volumen.

Mit Schaufeldüsen 14a lässt sich ein relativ großer Ausbreitungswinkel und damit eine höhere Vergleichmäßigung des auf den Drehtellern 7 und 8 bzw. deren Prallflächen 10 und 11 aufgebrachten Mediums erreichen.

In Figur 3 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 von Figur 1 in der Draufsicht dargestellt. Hier ist die Ausbreitung des aus einzelnen Mediums-Zufuhrdüsen 14 bzw. in Flachstrahlen 14b austretenden Mediums 2 verdeutlicht.

Im Beispiel der Figur 3 sind acht Düsen 14 dargestellt, die gleichmäßig um den Außenumfang der Antriebswelle 6 verteilt angeordnet sind. Die einzelnen Ausbreitungswinkel Y sollten zwischen 45° und 140° betragen, um die nötige Vergleichmäßigung erreichen zu können. Im Beispiel breitet sich das ausgestoßene Medium unter einem Winkel Y von 45° (als Ausbreitungswinkel bezeichnet) aufgrund der acht vorhandenen Düsen 14 aus.

Bei Vorhandensein von sechs Düsen würde der Ausbreitungswinkel 60°, bei fünf Düsen 72° bzw. bei nur vier Düsen 90° betragen.

Im übrigen rotieren die Düsen 14 mit der Antriebswelle 6 mit, wodurch die Ausbreitung und die Verteilung des Mediums 2 besonders gleichmäßig erfolgt.

Je nach Rheologie des zu entgasenden Mediums beträgt die Drehzahl für die Antriebswelle 6 bzw. für wenigstens einen der Drehteller 7 und/oder 8 des wenigstens einen Prallplattenpaares 10, 11 und gewünschtenfalls für die perforierte Platte 16 und/ oder gewünschtenfalls für die Mediums-Zuführdüsen 14 zwischen 1000 bis 10000 min ^"1 . Bei höherer Viskosität und höheren Feststoffgehalten muss die Drehzahl den höheren Wert erreichen.

Das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 erzeugte praktisch gasfreie Medium 17, d.h. hier pigmenthaltige Streichfarbe, gelangt über einen Auslass 18 und eine Zufuhrleitung zu einer nachgeordneten Beschichtungseinrichtung 19. Als Beschichtungseinrichtung 19 ist insbesondere ein Vorhang-Auftragswerk anwendbar, welches aufgrund der Empfindlichkeit des vom Auftragswerk abgebenen Vorhanges

sorgfältig entgaste Streichmedium erfordert, um die nötige Auftragsqualität auf dem zu beschichtenden Substrat (Papier- oder Karton) erreichen zu können.

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung zur Entgasung

2 zu entgasendes Medium

2a Teilstrom

2b Teilstrom

3 Vakuumbehälter

4 Einlass

5 Vakuumanschluss bzw. Unterdruckerzeuger

6 Antriebswelle

7 Drehteller

8 Drehteller

9 Prallflächenpaar

10, 11 Prallfläche

12 Innenwand

13 überlaufspalt

14 Mediums-Zuführdüse

14a Schaufeldüse

14b Flachstrahl

15 Ausströmöffnung

16 perforierte Platte

17 gasfreies Medium

18 Auslass

19 Beschichtungseinrichtung a Spalt

A Fläche

Q Durchflußmenge

V Volumen α Anstiegswinkel ß Neigungswinkel δ Auftreffwinkel

Y Ausbreitungswinkel