Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten von Materialbahnen, insbesondere Papier- oder Kartonbahnen

Technisches Gebiet

Zum Beschichten von Papier- oder Kartonbahnen sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die nach dem Prinzip arbeiten, daß zunächst mittels eines Auftragsystems Beschichtungsmaterial im Überschuß auf die laufende Bahn aufgetra¬ gen und anschließend der Überschuß mittels eines Dosierelements bis auf das gewünschte Strichgewicht abgerakelt wird.

Stand der Technik

Als Auftragsysteme für den Überschußauftrag sind Auftragwalzen (DE-C 36 23 402) und zur Materialbahn offene Auftragkammern (EP-C 0 051 698) bekannt. Als Dosierelemente werden bekannterweise mechanische Rakelelemente wie Scha¬ bermesser (DE-C 36 23 402), Rakelstangen (DE-C 30 22 955), Rakelleisten (EP-C 0 109 520) und sogenannte Luftmesser verwendet, die den Überschuß mit Druckluft aus einer Schlitzdüse abstreifen (DE-A 40 14 463). Um höhere Produktions¬ geschwindigkeiten, also höhere Bahngeschwindigkeiten, erreichen zu können, wird bei diesem bekannten Verfahren üblicherweise die Materialbahn beim Auftragen des Beschichtungsmaterials im Überschuß und beim Abrakeln des Überschusses um eine Gegenwalze geführt und ist so über ihre gesamte Breite während des Beschichtungs- Vorgangs von dieser abgestützt.

Beim Beschichten mit den bekannten Auftrag- und Dosiersystemen hat es sich in der Praxis gezeigt, daß es bei sehr hohen Produktionsgeschwindigkeiten von mehr als 1000 m/min sehr schwierig ist, ein Endprodukt mit einem gleichmäßigen und somit qualitativ hochwertigen Strichbild herzustellen. Bei hohen Bahngeschwindigkeiten treten Ungleichmäßigkeiten im Strichbild in Form von Strichgewichtsschwankungen, Streifen oder Schlieren auf.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung so zu verbessern, daß bei sehr hohen Bahngeschwindig- keiten eine Beschichtung mit einem gleichmäßigen Strichbild erzielt wird.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. 7 gelöst.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß Fehler im Strichbild nach dem Abrakeln des Überschusses auf Ungleichmäßigkeiten des Überschußfilms zurückzu¬ führen sind, die beim Dosieren nicht mehr ausgeglichen werden. Insbesondere beim Beschichten mit hohen Bahngeschwindigkeiten wirken aufgrund der konvexen, d. h. zur unbeschichteten Seite hin gekrümmten Bahnführung zwischen dem Auftragen und Abrakeln des Überschusses erhebliche Zentrifugalkräfte auf das Beschichtungs- material ein, die von der Bahn weggerichtet sind. Die Zentrifugalkräfte führen zum Abspritzen von Beschichtungsmaterial und/oder zu einer Verungleichmäßigung, z. B. zur Bildung von Spannungslinien, des zum Dosierelement gelangenden Filmes an

Beschichtungsmaterial. Nach der Erfindung ist die Bahn konkav, also zur beschichte¬ ten Seite hin gekrümmt. Die Zentrifugalkräfte wirken somit in Richtung zur Bahn, so daß nicht nur die vorstehend aufgeführten negativen Effekte vermieden werden, sondern sogar durch die Zentrifugalkräfte eine Vergleichmäßigung des Filmes am Beschichtungsmaterial vor dem Dosieren bewirkt wird.

Als weiterer Vorteil tritt hinzu, daß die negativen Auswirkungen von im Beschich¬ tungsmaterial eingeschlossener oder von der Bahn mitgerissener Luft verringert werden. Im Beschichtungsmaterial oder auf der Bahn befindliche Luft kann zu Fehlern im Strichbild bis hin zu unbedeckten Stellen am Endprodukt führen. Die zur Bahn hingerichteten Zentrifugalkräfte drängen die Luft vor dem Dosieren von der Bahn weg, so daß sie entweicht oder zumindest sich gehäuft an der zur Bahn abgewand- ten Seite des Überschußfilms befindet, der anschließend abgerakelt wird. Die vollständige Benetzung der Bahn mit Beschichtungsmaterial wird selbst bei Luft- einschlüßen gewährleistet.

Die Unteransprüche enthalten bevorzugte, da besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. Die Zeichnung dient zur Erläuterung der Erfindung anhand vereinfacht dargestellter Ausführungsbeispiele.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Figuren 1 bis 7 zeigen als Prinzipskizzen die Erfindung mit verschiedenen Auftrag- und Dosiersystemen.

Figur 8 zeigt in einer Seitenansicht eine konkrete Ausführungsform.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Alle in den Figuren gezeigten Beschichtungsvorrichtungen weisen ein Auftragsystem 1 und in Laufrichtung der Papier- oder Kartonbahn 2 dahinter angeordnet ein Dosier- System 3 mit einem Dosierelement auf. Vom Auftragsystem 1 wird Streichfarbe als Beschichtungsmaterial im Überschuß auf die Papier- oder Kartonbahn 2 aufgetragen und anschließend von dem Dosierelement des Dosiersystems 3 bis auf das ge¬ wünschte Strichgewicht wieder abgerakelt.

Zum Auftragen der Streichfarbe werden bekannte Auftragsysteme eingesetzt: Bei den Ausführungsformen nach den Figuren 1 , 2, 5, 6, 7 und 8 sind es Walzenauftragwer¬ ke mit einer aus einer Farbwanne 4 schöpfenden Auftragwalze 6, die mit- oder gegenläufig zur Bahn 2 angetrieben auf diese den Überschußfilm 7 aufträgt.

Die Ausführungsform nach Figur 3 zeigt einen sogenannten Short-Dwell-Coater mit einer zur Bahn 2 hin offenen Düsenkammer 8, der Streichfarbe im Überschuß und mit erhöhtem Druck zugeführt wird. Die Auftragkammer 8 ist an ihrer Auslaufseite von dem Dosierelement, z. B. einem Schabermesser 9, abgeschlossen.

Zum Abstreifen des Überschußfilms 7 bis auf das gewünschte Strichgewicht werden ebenfalls bekannte Dosiersγsteme eingesetzt: In den Ausführungsformen nach den Figuren 1 , 2, 4, 6, 7 und 8 enthalten die Dosiersysteme 3 ein Schabermesser 9 als Dosierelement. Das Schabermesser 9 ist mit seinem Fuß in einem zur Bahn 2 hin- und zurückbewegbar in einem Schaberbalken 10 gelagerten Klemmbalken 1 1 befestigt. An seiner der Bahn 2 abgewandten Rückseite ist das Schabermesser 9 von einer Abstützleiste 2 abgestützt, die verstellbar auf der Oberseite des Schaber¬ balkens 10 befestigt ist. Der Schaberbalken 10 ist um die Dosierlinie ( = Berührungs¬ linie der Schabermesserspitze an der Bahn 2) schwenkbar in einem Gestell aufge¬ hängt. Mit dieser Konstruktion läßt sich die Anpresskraft des Schabermessers 9 an die Bahn 2 durch eine Verschiebung des Schabermesserfußes mit dem Klemmbalken 1 1 einstellen, ohne den durch Verschwenken des Schaberbalkens 10 eingestellten Winkel zwischen der Schabermesserspitze und der Bahn 2 zu verändern.

Bei der Ausführungsform nach Figur 4 wird ein Short-Dwell-Auftragwerk mit einem Schabermesser 9 eingesetzt, um einen vordosierten Überschußfilm 7 auf die Bahn 2 aufzutragen. Die Enddosierung erfolgt mit einem Blade-Dosiersystem, das ebenfalls ein Schabermesser 9 als Enddosierelement aufweist. Die Ausführungsform nach Figur 5 enthält ein Walzenauftragwerk 1 und ein Dosiersystem 3 mit einem Luftmesser als Dosierelement. Das Luftmesser besteht aus einer sich über die Breite der Bahn 2 erstreckenden Schlitzdüse 1 3, die an einer Druckluftzufuhr angeschlossen ist. Aus

der Schlitzdüse 1 3 wird ein Druckluftstrahl gegen den Überschußfilm 7 geleitet, um den Überschuß bis auf das gewünschte Strichgewicht abzustreifen.

Wesentliches Merkmal der Erfindung ist der Verlauf der Bahn 2 zwischen dem Auftragen des Überschußfilms 7 und dem Dosieren mit dem Dosierelement 9 oder 1 3 auf das gewünschte Strichgewicht. Zumindest auf einer Teilstrecke zwischen dem Auftragen und dem Dosieren wird die Bahn 2 zur beschichteten Seite hin gekrümmt ( = konkav) geführt. Auf der konkaven Teilstrecke ist die Bahn 2 so gekrümmt, daß die Krümmungsachse parallel zur Bahn 2 und quer zur Bahnlaufrichtung auf der Beschichtungseite mit Abstand von dieser verläuft. Bevorzugt wird die Bahn 2 auf der gesamten Strecke zwischen dem Auftragen und Dosieren konkav gekrümmt geführt (Figur 1 ). Bei einer konkaven Führung nur auf einem Teil dieser Strecke wird die Bahn 2 -wie in Figur 2 gezeigt- beim Auftragen des Überschusses und/oder beim Dosieren bevorzugt gradlinig geführt. Im Anschluß an die konkave Bahnführung wird die Bahn 2 bis zum Dosieren gradlinig oder nur geringfügig konvex, i. e. zur unbeschichteten Seite hin gekrümmt, geführt, damit die positiven Effekte der konkaven Bahnführung nicht oder nur in einem nicht störenden Maß wieder rückgängig gemacht werden. Eine nur geringfügige konvexe Krümmung kann den Vorteil haben, daß das vom Dosierelement 9 abgerakelte Material nicht gegen die Bahn 2 spritzt. Da die konkav gekrümmte Teilstrecke Ungleichmäßigkeiten im Überschußfilm 7 ausgleicht, ist es unter bestimmten Umständen möglich, die Bahn 2 vor der konkav gekrümmten Teilstrecke , z.B. beim Auftragen des Überschußfilms 7 , konvex gekrümmt zu führen, ohne daß Fehler im Strichbild nach dem Dosieren auftreten.

Die Figuren 6 und 7 zeigen zwei Möglichkeiten, die konkave Bahnführung zu realisie¬ ren:

Bei der Ausführungsform nach Figur 6 wird die Papier- oder Kartonbahn 2 um zwei mit Abstand parallel zueinander angeordnete Leitrollen 14, 15 geführt. Zwischen dem Auftragsystem 1 und dem Dosiersystem 3 wird die Bahn 2 mittels einer Luftleitdüse 16 konkav gekrümmt. Aus der Luftleitdüse 16 wird Druckluft gegen die beschichtete

Seite der Bahn 2 geleitet, deren Bahnspannung so eingestellt ist, daß sich die gewünschte Krümmung einstellt. Die auslaufseitige Leitrolle 1 5 stützt zugleich die Bahn 2 beim Dosieren gegen den Anpressdruck des Schabermessers 9 ab. Zusätzlich zum oder anstelle eines Überdrucks an der beschichteten Bahnseite kann die Krüm- mung der Bahn 2 auch mit einem Unterdruck an der unbeschichteten Seite bewirkt werden.

Figur 7 zeigt das Prinzip einer bevorzugten Ausführungsform, bei der die beschichtete und somit empfindliche Bahn 2 während der konkaven Führung von einer entspre¬ chend gekrümmten Leitfläche an der unbeschichteten Seite abgestützt wird, bevor- zugt mit einem umlaufenden Stützband 17. Das vorzugsweise aus einem elastischen Material gefertigte Stützband 1 7 wird ebenfalls von den beiden die Bahn 2 um¬ lenkenden Leitrollen 14, 15 umgelenkt. Eine oder beide Leitrollen 14, 15, bevorzugt nur die einlaufseitige Leitrolle 14, sind angetrieben. Der Antrieb nur der einlaufseiti- gen Leitrolle 14 hat den Vorteil, daß der die Bahn 2 abstützende Trum 18 unter geringerer Spannung steht und somit einfacher konkav gekrümmt werden kann. Die Krümmung des Trums 18 wird durch einen Unterdruck zwischen den beiden Trums und/oder durch einen von außen gegen die beschichtete Seite wirkenden Über¬ druck bewirkt, z.B. auf die bei der Ausführungsform nach Figur 8 beschriebene Weise. Anstelle eines umlaufenden Stützbandes 17 können auch konkav gekrümmte mechanische Leitflächen eingesetzt werden, gegen die die Bahn 2, z. B. mit Druck¬ luft, gedrückt wird.

Die in Figur 7 im Prinzip dargestellte Beschichtungsvorrichtung wird in Figur 8 detaillierter gezeigt:

Die Beschichtungsvorrichtung weist an beiden Längsseiten der Bahn 2 Rahmenteile 19 auf, in denen mit Abstand voneinander die zwei als Stützwalzen ausgebildeten Leitrollen 14, 15, das Auftragsystem 1 und das Dosiersystem 3 aufgehängt sind. Beide Stützwalzen 14, 1 5 werden von dem endlosen, sich über die Arbeitsbreite der Vorrichtung erstreckenden Stützband 17 aus einem elastischen Material umlaufen.

Das Stützband 17 wird mit der Bahngeschwindigkeit der Bahn 2 von der Stützwalze 14 angetrieben, die dazu mit einem nicht dargestellten Drehantrieb verbunden ist. Das Auftragsystem 1 enthält eine Auftragwalze 6, die in an der Bahn 2 umschlunge¬ nen Bereich gegen die Stützwalze 14 einstellbar ist. Die vorzugsweise mitläufig zur Gegenwalze 14, also im entgegengesetzten Drehsinn, angetriebene Auftragwalze 6 schöpft aus einer Farbwanne 5 und ist gemeinsam mit dieser an einem Schwenkhebel 20 heb- und senkbar gelagert.

Das in Bahnlaufrichtung mit Abstand hinter dem Auftragwerk im Bereich der Stütz- waize 1 5 angeordnete Dosiersystem 3 ist im Prinzip bei der Erläuterung zur Figur 1 beschrieben. Der Schaberbalken 10 mit dem das Schabermesser 9 tragenden Klemmbalken 1 1 ist zwischen zwei Seitenteilen 21 um die Schabermesserspitze schwenkbar aufgehängt. Die Seitenteile 21 selbst sind mit dem Schaberbalken 10 abschwenkbar gelagert, z. B. um einen Wechsel des Schabermessers 9 durchführen zu können. Der von dem Umfang der Stützwalzen 14, 1 5 und dem freien Trum 1 8 des Stützbandes 17 begrenzte Raum 22 ist abgedichtet und mit Unterdruck beauf¬ schlagbar, um die gewünschte konkave Krümmung des die Bahn 2 abstützenden Trums 1 8 einstellen zu können. Damit die Bahn 2 sicher an dem Trum 1 8 anliegt und somit auch bei hohen Geschwindigkeiten dessen Krümmung folgt, ist die beschichte¬ te Seite der Bahn 2 zwischen der Auftragwalze 6 und dem Dosierelement 9 mit Druckluft beaufschlagbar. Dazu ist der Raum 23 zwischen der Auftragwalze 6 und dem Dosierelement (Schabermesser 9) mit Dichtelementen mit Ausnahme der zur Bahn 2 offenen Seite abgedichtet und an eine Druckluftzufuhr angeschlossen. Die Bahn 2 wird so berührungslos gegen die vom Trum 18 gebildete Leitfläche gedrückt.

Beim Beschichten wird die Bahn 2 zunächst von der einlaufseitigen Stützwalze 14 umgelenkt, dabei liegt sie außen auf dem Stützband 1 7 auf. Von der Auftragwalze 6 wird Streichfarbe im Überschuß auf die Bahn 2 aufgetragen, die anschließend, von dem Trum 1 8 des Stützbandes 17 abgestützt, konkav gekrümmt zu der zweiten Stützwalze 1 5 geführt wird. Das Schabermesser 9 ist im Auflaufbereich der Bahn 2 auf die Stützwalze 1 5 angeordnet, so daß die Stützwalze 1 5 die Bahn 2 gegen den

Druck der Schabermesserspitze abstützt, bevor diese von der Stützwaize 15 in so großem Maße konvex weitergeführt wird, daß negative Effekte wie Farbabspritzen, Spannungsringbildung etc. auftreten.