Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsanlage zur Beschichtung einer laufenden Bahn gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Beschichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.

Das Beschichten von laufenden Bahnen, insbesondere von Papierbahnen ist ein bekanntes Verfahren. Insbesondere das Beschichten mit Stärkelösung hat eine lange Tradition, um beispielsweise die Oberflächengüte oder Festigkeitseigenschaften der Bahn positiv zu beeinflussen. Um die Festigkeit der Bahn zu erhöhen ist es meist vorteilhaft, wenn die Stärkelösung nicht im Wesentlichen an der Oberfläche der Bahn verbleibt sondern möglich tief in die Struktur der Bahn eindringt.

Ein Stärkeauftrag auf eine Papier- oder Kartonbahn erfolgt meist mittels einer Filmpresse. Um bei solchen Filmpressen das Penetrieren der Stärke in die Bahn zu verbessern wird in der DE 102018 100 924 vorgeschlagen, die Walzenhärte für eine oder zwei der Auftragswalzen die Flärte der Walzenoberfläche zu erhöhen und dadurch einen vergleichsweise harten Behandlungsspalt zu erhalten. Bei einigen Anwendungen ist diese Wirkung des harten Behandlungsspalts jedoch nicht ausreichend. Hier wäre eine Möglichkeit wünschenswert, die Penetration der Stärke noch weiter zu erhöhen.

Zudem wäre eine Möglichkeit wünschenswert, auch bei bestehenden Auftragswerken ohne Austausch der Walzen eine Steigerung der Stärkepenetration erreichen zu können.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Steigerung der Penetration eines Beschichtungsmedius vorzuschlagen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine einfache Umrüstung für bestehende Auftragswerke ermöglichen, um die Penetration in die Bahn zu verbessern.

Es ist schließlich eine weitere Aufgabe der Erfindung, das Penetrationsverhalten des Beschichtungsmediums zeitlich und räumlich schnell und gezielt anpassen zu können. Diese Aufgaben werden vollständig gelöst durch eine Beschichtungsanlage gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 13.

Vorteilhafte Ausführungen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Vorgeschlagen wird eine Beschichtungsanlage zur Beschichtung einer laufenden Bahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn mit einem Beschichtungsmedium, welche eine Walze und einen Auftragskopf zum Aufträgen des Beschichtungsmediums auf die Walze umfasst. Zudem ist ein Behandlungsspalt zum Übertragen des Beschichtungsmediums von der Walze auf die Bahn vorgesehen, wobei der Behandlungsspalt durch die Walze und ein Gegenelement gebildet ist. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass in Drehrichtung der Walze betrachtet zwischen dem Auftragskopf und dem Behandlungsspalt ein Applikator angeordnet ist, um das Beschichtungsmedium auf der Walze mit Dampf und/oder Luft zu beaufschlagen.

Dabei ist das Merkmal, dass der Applikator zwischen dem Auftragskopf und dem Behandlungsspalt angeordnet ist so zu verstehen, dass zumindest die Stelle, an der der Dampf oder die Luft auf das Beschichtungsmedium auftrifft an einer Zwischenstelle zwischen dem Auftragskopf und dem Behandlungsspalt angeordnet ist. Dabei ist es vorteilhaft, dass sich auch der Applikator zumindest teilweise zwischen dem Auftragskopf und dem Behandlungsspalt befindet. Allerdings sollen von der Erfindung auch solche Ausführungen umfasst sein, bei denen der Applikator beispielsweise an dem Auftragskopf oder darüber angebracht ist, und von dort die Walze an einer Zwischenstelle mit Luft und/oder Dampf beaufschlagt.

Der Auftrag des Dampfes und/oder der Luft erfolgt wie beschrieben auf das Beschichtungsmedium, während es sich auf der Walze befindet. Die Beaufschlagung erfolgt daher insbesondere in einem Bereich zwischen dem Auftragskopf und dem Behandlungsspalt. Es ist vorteilhaft, wenn zwischen dem Bereich, in dem Luft und/oder Dampf auf das Beschichtungsmedium auftrifft, und dem Behandlungsspalt ein Abstand vorgesehen ist. Dieser Abstand kann insbesondere mehr als 20mm betragen, beispielsweise 30mm, 40mm, 50mm, 60mm, 70mm, 80mm, 90mm oder sogar mehr als 100 mm. Dadurch kann zum einen sicher vermieden werden, dass der Dampf und/oder die Luft auf die laufende Bahn gelangen. Zum anderen werden dadurch zusätzliche Einbauten, wie zum Beispiel eine Haube zum Abschirmen des Applikators einfacher möglich.

Die Erfindung kann für eine Vielzahl von Beschichtungsmedien vorteilhaft eingesetzt werden. Da ein wichtiger Anwendungsfall jedoch der Stärkeauftrag ist, werden im Folgenden soweit nicht explizit anders erwähnt, die Begriffe Beschichtungsmedium, Medium und Stärke synonym verwendet.

Durch das Beaufschlagen des Beschichtungsmediums, also beispielsweise einer Stärkelösung mit Dampf und/ oder Luft lässt sich die Rheologie des Beschichtungsmediums sehr einfach und gezielt beeinflussen. So kann beispielsweise durch das Beaufschlagen mit heißem Dampf die Viskosität des Beschichtungsmediums gesenkt werden. Dieses geringer-viskose Medium kann dann im Behandlungsspalt tiefer in die Bahn eingepresst werden. Alternativ kann durch Kühlen des Mediums, beispielsweise mit Luft, auch die Viskosität des Mediums erhöht werden, wodurch das Beschichtungsmedium näher an der Oberfläche verbleibt.

Da auf der Walze nur ein sehr dünner Film des Beschichtungsmediums aufgetragen ist, kann die Temperatur dieses dünnen Films durch das Beaufschlagen mit Dampf oder Luft sehr schnell und einfach verändert werden. Somit kann sehr schnell und direkt z.B. auf zeitlich schwankende Eigenschaften der laufenden Bahn reagiert, und das Penetrationsverhalten angepasst werden. Mit der vorliegenden Erfindung kann dabei sofort, das heißt ohne zeitliche Verzögerung auf die Bahnschwankungen reagiert werden. Somit kann eine solche Vorrichtung aus im Rahmen einer Festigkeitsregelung Einsatz finden.

Auch auf unterschiedliche Eigenschaften über die Breite der Bahn kann so einfach reagiert werden. So unterscheiden sich Papierbahnen an den Rändern durch den Schrumpf bei der Trocknung deutlich von der Bahnmitte, wo die Bahn während der Trocknung kaum schrumpft. Mit einer Vorrichtung wie in der Erfindung vorgeschlagen kann das Beschichtungsmedium an den Rändern anders beaufschlagt werde, als in der Mitte. Es ist auch möglich, nur einen Teil der Bahnbreite mit Dampf/Luft zu beaufschlagen - beispielsweise nur die Ränder.

Über das Beaufschlagen mit Dampf kann auch der Feststoffgehalt der Stärkelösung gesteuert werden. Das Beaufschlagen mit Dampf führt durch Kondensation zu einer Zufuhr von Wasser zum Beschichtungsmedium. Durch Steigerung oder Verringerung der Dampfmenge lässt sich somit der Feststoffgehalt des Mediums sehr einfach und Effizient einstellen. Auch hier erlauben Ausführungen der vorliegenden Erfindung die gezielte räumliche und zeitliche Anpassung des Feststoffgehalts des Beschichtungsmediums direkt vor der Übertragung auf die Bahn und bieten Möglichkeiten für den Einsatz im Rahmen einer Regelung oder Steuerung.

Weiterhin ist an der vorgeschlagenen Lösung vorteilhaft, dass sie auch in bestehende Anlagen sehr einfach und kostengünstig nachgerüstet werden kann. Der Applikator kann in einfachen Fällen aus einem schlichten Rohr mit Düsenöffnungen bestehen. Da zur Versorgung einer Papiermaschine Dampf und Druckluft ohnehin vorhanden sind, kann eine einfache Ausführung der Erfindung mit extrem geringem Aufwand realisiert werden. Alternativ oder zusätzlich können aber auch komplexere Applikatoren verwendet werden, wie z.B. ein Dampfblaskasten, der exemplarisch in der DE 102015217375 beschrieben.

Es kann oft vorteilhaft sein, wenn das Beschichtungsmedium nur mit Dampf beaufschlagt wird. Alternativ kann das Beschichtungsmedium auch nur mit Luft beaufschlagt werden. In wieder anderen Ausführungen kann vorgesehen sein, das Beschichtungsmedium mit Dampf und mit Luft zu beaufschlagen. Dies kann separat geschehen, oder auch in Form eines Dampf-Luft-Gemisches.

Das Gegenelement kann auf verschiedenen Weisen realisiert sein. Es kann beispielsweise durch ein statisches Element oder durch ein Band -z.B. ein Polymerband oder ein Metallband- gebildet werden.

In bevorzugten Ausführungen kann das Gegenelement von einer zweiten Walze gebildet werden. Der Behandlungsspalt wird dann durch einen Walzenspalt gebildet. ln solchen Ausführungen kann es wiederum sehr vorteilhaft sein, wenn die Beschichtungsanlage einen zweiten Auftragskopf zum Aufträgen eines Beschichtungsmediums auf die zweite Walze aufweist.

Auf diese Weise kann das Beschichtungsmedium gleichzeitig auf beide Seiten der Bahn übertragen werden.

Es kann dabei insbesondere vorgesehen sein, dass in Drehrichtung der zweiten Walze betrachtet zwischen dem zweiten Auftragskopf und dem Behandlungsspalt ein zweiter Applikator angeordnet ist, um das Beschichtungsmedium auf der zweiten Walze mit Dampf und/oder Luft zu beaufschlagen.

Die für den (ersten) Applikator beschriebenen Ausführungsformen und Vorteile gelten - mutatis mutandis- auch für den zweiten Applikator. Prinzipiell können alle dem Fachmann bekannten Auftragsköpfe verwendet werden. Vorteilhafterweise kann es sich jedoch bei dem Auftragskopf und/oder dem zweiten Auftragskopf um einen berührungslosen Auftragskopf, insbesondere einen Vorhang oder Sprühauftragskopf handeln. Dabei kann vorteilhaft sein, dass diese Auftragsköpfe das Medium nicht im Überschuss auftragen, und daher keine Rakel zum Steuern der Auftragsmenge verwendet werden müssen. Diese Rakel können beispielsweise in Kombination mit sehr harten Walzenoberflächen einen starken Verschleiß aufweisen.

Vorteilhafterweise kann auch eine Haube vorgesehen sein, die den Applikator alleine oder zusammen mit dem Auftragskopf gegenüber der Umgebung abschirmt. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine zweite Haube vorgesehen sein, die den zweiten Applikator alleine oder zusammen mit dem zweiten Auftragskopf gegenüber der Umgebung abschirmt.

Deratige Hauben verhindern unter anderem ein Austreten des heißen Dampfes in die Umgebung und können aus Sicherheitsgründen notwendig sein. Zudem kann durch solche Hauben vermieden werden, dass durch austretenden Dampf oder Luft der Bahnlauf vor dem Behandlungsspalt gestört wird. ln einer besonders bevorzugten Ausführung können zwei harte Walzen vorgesehen sein. So kann es vorteilhaft sein, wenn die Oberfläche der Walze und/oder der zweiten Walze eine Härte von weniger als 15 P&J, insbesondere weniger als 5 P&J, bzw. weniger als 1 P&J aufweist. Da bei sehr harten Oberflächen die Angaben in P&J ungenau werden sei hier angeführt, dass die Oberfläche der Walze und/oder der zweiten Walze insbesondere auch eine Härte von 45 Shore D und mehr, insbesondere von mehr als 70 Shore D, bevorzugt zwischen 80 Shore D und 96 Shore D aufweisen können.

Wie bereits erwähnt, ist ein harter Behandlungsspalt generell vorteilhaft für das Penetrieren von Beschichtungsmedium. In einer Vorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung kann ein solcher harter Nip jedoch besonders wirkungsvoll sein, zum Beispiel durch die Kombination mit einer Erniedrigung der Viskosität des Mediums.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Walze oder die zweite Walze als Biegeausgleichswalze ausgeführt ist. Dadurch kann das Druckprofil im

Behandlungsspalt über die Breite verändert werden, was insbesondere in Kombination mit einer Anpassung der Eigenschaften des Behandlungsmediums (z.B. Viskosität oder Feststoffgehalt) durch die Beaufschlagung mit Dampf oder Luft eine sehr effiziente Steuerung des Penetrationsverhaltens des Beschichtungsmediums ermöglicht. Eine der Walzen, insbesondere eine Biegeausgleichswalze, kann als Keramikwalze ausgeführt sein.

Weiterhin kann einer der beiden Walzen als Komposite-Walze ausgeführt sein. Betrachtet man die Durchmesser der Walzen, so kann es -speziell bei harten Walzen- zur Vermeidung von Vibrationen vorteilhaft sein, einen eher großen

Walzendurchmesser zu wählen.

Andererseits ist es zur Erzeugung eines kurzen, starken Druck-Peaks im Behandlungsspalt vorteilhaft, wenn die Durchesser der Walzen eher klein sind. Dabei kann es einen guten Kompromiss darstellen, wenn die Walze und die zweite Walze einen Durchmesser zwischen 920mm und 1280mm, insbesondere zwischen 1040mm und 1120mm aufweisen. Wenn sich zudem der Durchmesser der Walze und der zweiten Walze um mehr als 3%, aber weniger als 20% unterscheiden lässt sich die Vibrationsneigung häufig noch weiter reduzieren.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Beschichtung einer laufenden Bahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn mit einem Beschichtungsmedium, wobei das Beschichtungsmedium mittels eines Auftragskopfes auf die Oberfläche einer Walze aufgetragen, und anschließen in einem Behandlungsspalt von der Walze auf die Bahn übertragen wird. Dabei ist vorgesehen, dass das Beschichtungsmedium zwischen dem Aufträgen auf die Walze und der Übertragung auf die Bahn mit Dampf und/oder Luft beaufschlagt wird.

In bevorzugten Ausführungen kann es sich bei dem Beschichtungsmedium um eine Stärkelösung handeln.

Vorteilhafterweise können der Dampf und/oder die Luft beim Beaufschlagen eine höhere Temperatur aufweisen, als das Beschichtungsmedium. Durch das Beaufschlagen mit Luft/Dampf erhöht sich dann die Temperatur des Beschichtungsmediums, wodurch sich dessen Viskosität erniedrigt. Gerade bei der Verwendung von Dampf ist dies auch sehr einfach möglich. Hier ist üblicherweise die Temperatur des Dampfes sehr viel höher, als die Temperatur des Beschichtungsmediums. Die Temperaturdifferenz zwischen Beschichtungsmedium kann beispielsweise mehr als 20°C, speziell mehr als 30°C oder mehr als 40°C betragen. Eine hohe Dampftemperatur hat den Vorteil, dass zur Erhöhung der Temperatur des Beschichtungsmediums weniger Dampf eingesetzt, und damit auch weniger zusätzliche Feuchtigkeit in das Beschichtungsmedium eingebracht wird. Weiterhin kann es im Hinblick auf die Senkung der Viskosität vorteilhaft sein, wenn sich die Temperatur des Beschichtungsmediums durch das Beaufschlagen mit Dampf und/oder Luft um mindestens 3°, insbesondere um 5° bis 20° erhöht. Mit den beschriebenen Verfahren kann sowohl auf eine Seite der Bahn, oder auch auf beide Seiten der Bahn gleichzeitig ein Beschichtungsmedium insbesondere dasselbe Beschichtungsmedium aufgetragen werden.

Beim beidseitigen Auftrag kann das Beschichtungsmedium der zweiten Seite entweder konventionell aufgebracht werden, oder in analoger Weise zwischen dem Aufträgen auf die Walze und der Übertragung auf die Bahn mit Dampf und/oder Luft beaufschlagt werden.

Anhand von nicht maßstäblichen Figuren wird die vorliegende Erfindung weiter erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die hier gezeigten Ausführungen beschränkt.

Figur 1 zeigt eine Beschichtungsanlage gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.

Figur 2 zeigt eine Beschichtungsanlage gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung.

Die in Figur 1 gezeigte Beschichtungsanlage weist dabei eine Walze 1 sowie eine zweite Walze 2 als Gegenelement 2 auf, die so angeordnet sind, dass gemeinsam einen Behandlungsspalt 7 bilden. Weiterhin ist ein Auftragskopf 3 zum Aufträgen eines Beschichtungsmediums auf die Walze 1 vorgesehen. Der Auftragskopf 3 kann dabei vorteilhafterweise ein berührungsloser Auftragskopf 3, insbesondere ein Vorhangauftragskopf 3 oder Sprühauftragskopf sei. Prinzipiell kann aber jeder Auftragskopf 3 verwendet werden. In vorteilhaften Ausführungen kann es sich bei dem Beschichtungsmedium um eine Stärkelösung handeln. In Drehrichtung der Walze 1 betrachtet ist zwischen dem Auftragskopf 3 und dem Behandlungsspalt 7 ein Applikator 5 angeordnet. Dieser Applikator 5 ist dazu ausgelegt, um das Beschichtungsmedium auf der Walze 1 mit Dampf und/oder Luft zu beaufschlagen. Der Applikator 5 kann in einfachen Fällen aus einem schlichten Rohr mit Düsenöffnungen bestehen. Da zur Versorgung einer Papiermaschine Dampf und Druckluft ohnehin vorhanden sind, kann eine einfache Ausführung der Erfindung mit extrem geringem Aufwand realisiert werden. Alternativ kann der Applikator 5 aber auch komplexer ausgeführt sein, z.B. in Form eines Dampfblaskastens 5. Ein solcher Applikator 5 ermöglicht dann beispielsweise auch eine unterschiedliche Beaufschlagung mit Dampf über die Breite der Bahn 10.

Ist die Temperatur der Luft oder des Dampfes höher als die des Beschichtungsmediums erhöht sich die Temperatur des Mediums, wodurch die Viskosität reduziert wird. Dieses geringer-viskose Medium kann dann im Behandlungsspalt 7 tiefer in die Bahn 10 eingepresst werden. Alternativ kann durch Kühlen des Mediums, beispielsweise mit Luft, auch die Viskosität des Mediums erhöht werden, wodurch das Beschichtungsmedium näher an der Oberfläche der Bahn 10 verbleibt. In Figur 1 ist eine mögliche Ausführung Beschichtungsvorrichtung zum beidseitigen Auftrag von Beschichtungsmedium gezeigt. Dabei ist ein zweiter Auftragskopf 4 vorgesehen, der ein Beschichtungsmedium auf die Oberfläche der zweiten Walze 2 aufträgt. Dieses Beschichtungsmedium - bei dem es sich um das gleiche Beschichtungsmedium, wie für die erste Seite handeln kann, aber nicht muss- wird dann auch im Behandlungsspalt 7 auf die Bahn übertragen. Auch hier ist wieder ein zweiter Applikatore vorgesehen, um das Beschichtungsmedium auf der zweiten Walze 2 mit Dampf und/oder Luft zu beaufschlagen. Bezüglich der Ausgestaltung des zweiten Auftragskopfs 5 sowie des zweiten Applikators 6 gilt auch das oben für den Auftragskopf 3 und den Applikator 5 gesagte. Je nach Anwendung sind hier verschiedenen Ausführungen denkbar. So können der zweite Auftragskopf 4 und der zweite Applikator 6 und/oder der Applikator 5 und der zweite Applikator 6 identisch ausgeführt sein. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn auf beide Seiten der Bahn 10 das gleiche Beschichtungsmedium mit dem gleichen Ziel aufgetragen wird, z.B. das tiefe Eindringen in die Bahn 10 zur Festigkeitssteigerung. Alternativ können auf beiden Seiten aber unterschiedliche Medien aufgetragen und/oder unterschiedliche Ziele verfolgt werden.

So ist es beispielsweise auch möglich, dass der Applikator 5 das Beschichtungsmedium mit heißen Dampf beaufschlagt, um durch Viskositätssenkung ein tiefes Eindringen z.B. der Stärke in die Bahn zu bewirken, während der zweite Applikator 6 das Medium auf der zweiten Walze 2 mit kalter Luft beaufschlagt, um das Medium gerade eher an der Oberfläche zu halten. Auf diese Weise lässt sich in einem Behandlungsschritt sowohl die Festigkeit der Bahn 10 steigern als auch eine der Oberseiten veredeln.

Bei der Ausführung in Figur 1 ist eine Flaube 8 vorgesehen, die den Applikator 5 zusammen mit dem Auftragskopf 3 gegenüber der Umgebung abschirmt. Eine analoge Flaube 9 ist für den zweiten Applikator 6 und den zweiten Auftragskopf 4 vorgesehen. Diese Flauben 8, 9 sind zwar nicht zwingend erforderlich, können jedoch für eine stabile Beschichtung vorteilhaft oder aus Sicherheitsgründen notwendig sein. Es ist auch möglich, die Flauben 8, 9 so auszugestalten, dass lediglich der Applikator 5 bzw. der zweite Applikator 6 von der Flaube umfasst wird, nicht aber der Auftragskopf 3 bzw. der zweite Auftragskopf 4.

Bei der Ausgestaltung der Walzen 1, 2 hat der Fachmann sehr große Freiheiten. Prinzipiell können alle für Beschichtungsanlagen üblichen Walzentypen verwendet werden.

Um speziell ein tiefes Eindringen von Beschichtungsmedium in die Bahn 10 zu unterstützen kann es vorteilhaft sein, Walzen mit harten Oberflächen zu verwenden, so dass beispielsweise sowohl die Walze 1 als auch die zweite Walze 2 Oberflächenhärten von 45 Shore D und mehr, insbesondere von mehr als 70 Shore D, bevorzugt zwischen 80 Shore D und 96 Shore D aufweisen.

Walzen 1, 2 für übliche Beschichtungsanlagen mit Durchmessern bis zu 200 cm und mehr können auch für Beschichtungsvorrichtungen wie in Figur 1 verwendet werden. Sehr vorteilhaft - insbesondere in Kombination mit den oben beschriebenen harten Oberflächen- kann es jedoch sein, wenn die Walze 1 und die zweite Walze 2 einen Durchmesser zwischen 920mm und 1280mm, insbesondere zwischen 1040mm und 1120mm aufweisen. Dabei unterscheidet sich der Durchmesser der Walze 1 und der zweiten Walze 2 vorteilhafterweise um mehr als 3%, aber weniger als 20%.

Bei der Verwendung von verhältnismäßig kleinen und harten Walzen 1, 2 ist der Behandlungsspalt 7 sehr kurz, und das Beschichtungsmedium wird mit einem kurzen aber starken Druckpuls auf die Bahn 10 übertragen. Dadurch kann besonders das Penetrieren des Beschichtungsmediums in die Tiefe der Bahn 10 unterstützt werden.

Figur 2 zeigt exemplarisch eine Beschichtungsvorrichtung zum einseitigen Beschichten. Sie unterscheidet sich von der in Figur 1 gezeigten Ausführung dadurch, dass die zweite Walze 2 nun lediglich als Gegenwalze 2 fungiert. Zudem ist der Auftragskopf 3 zum Aufträgen des Beschichtungsmediums als Sprühauftragskopf 3 ausgeführt. Schließlich zeigt die Figur 2 auch noch, dass gegebenenfalls auf eine Haube 8, 9 verzichtet werden kann. Dies zeigt die große Flexibilität und Vielfalt, die mit Ausführungen gemäß Aspekten dieser Erfindung realisiert werden können.

Bezugszeichenliste

1 Walze

2 zweite Walze 3 Auftragskopf

4 zweiter Auftragskopf

5 Applikator

6 zweiter Applikator

7 Behandlungsspalt 8 Haube

9 zweite Haube

10 Bahn