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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem und ein Kühlverfahren
für eine
Papierbeschichtungsvorrichtung einer Papierbeschichtungsapparatur.
Insbesondere ist das Kühlsystem
bzw. das Kühlverfahren
für eine
Papierbeschichtungsvorrichtung mit einer Beschichtungsklinge ("Rakel"), die eine Kühleinrichtung
aufweist, so dass die Bildung von Stalagmiten aus Beschichtungsfarbe
am Ende der Beschichtungsklinge wirksam vermieden wird.
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Die
Papierherstellung weist typischerweise die Schritte des Aufbereitens
von Papierrohmaterial, des Herstellens einer Papierbahn, des Beschichtens der
Papierbahn mit einer geeigneten Beschichtungsfarbe und die Endbearbeitung
der Papierbahn auf. Beim Vorgang der Bereitstellung des Papierrohmaterials
wird durch chemische oder mechanische Behandlung eine Pulpe aus
Holz oder einer anderen Faserpflanze gewonnen. Insbesondere wird
zum Erhalten der Pulpe Holz oder eine andere Faserpflanze einem
Schäler
zugeführt,
um abgeschält
zu werden. Nachfolgend wird das geschälte Holz oder die andere Faserpflanze
einem Mahlwerk zugeführt,
wo das Holz oder die andere Faserpflanze mit Wasser gemischt und
vermahlen wird, um eine Aufschlämmung zu
bilden. Schließlich
wird die Pulpe zur Papierherstellung durch Absieben der Aufschlämmung aufbereitet.
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Andererseits
kann das Papierrohmaterial aus anderen Materialien gewonnen werden,
beispielsweise einer chemischen Pulpe oder einer DIP (De-Inking
Pulp). Das Papierrohmaterial läuft
aufeinanderfolgend durch verschiedene Grundbearbeitungen, beispielsweise
Papierherstellung, Beschichtung und Endbearbeitung und andere zusätzliche
Prozesse, die Gegenstand von speziellen Anforderungen sind, um so
eine Papierbahn zu bilden, welche auf eine Rolle gewickelt wird.
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Genauer
gesagt ist der Papierherstellungsprozess unterteilt in einen Einspritzprozess
zum gleichmäßigen Einspritzen
des Papierrohmaterials, einen Verteilungsprozess zum Egalisieren
des eingespritzten Papierrohmaterials, einen Pressprozess zum Pressen
und Entwässern
des Papierrohmaterials mittels einer Druckrolle, einen Vortrocknungsprozess
zum ersten Trocknen des Papierrohmaterials in Form einer Bahn, einen
Nachtrocknungsprozess zum Ausgleichen der in der Papierbahn enthaltenen Feuchtigkeit,
einen Ausgleichsprozess zur Einstellung der Dicke und Glattheit
der Papier bahn unter Verwendung einer Druckrolle und einen Wickelprozess
zum Wickeln der Papierbahn auf eine Rolle.
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Der
Beschichtungsprozess, bei dem eine Papierbahn durch einen Beschichter
mit einer geeigneten Beschichtungsfarbe beschichtet wird, weist insbesondere
Vorgänge
des Abwickelns der Papierbahn von der Rolle, des Aufbringens einer
Beschichtungsfarbe (Pigmente, Binder und Additive) auf die Oberfläche der
Papierbahn zur Bereitstellung von Glätte oder Glanz, das Trocknen
der mit der Zusammensetzung beschichteten Papierbahn mittels Dampf
oder Heißluft
und das erneute Aufwickeln der Papierbahn auf die Rolle auf.
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Ein
herkömmlicher
in dem obigen Beschichtungsprozess verwendeter Beschichter wird
nachfolgend im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten 7 und 8 beschrieben.
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Der
Beschichter weist eine Anlagerolle 20 auf, welche eine
zu beschichtende Papierbahn 10 fördert, wobei sie die Papierbahn 10 unterstützt. Benachbart
dem unteren Ende der Anlagerolle 20 ist eine Düse 18 zum
Aufspritzen einer Beschichtungsfarbe 12 auf die Oberfläche der
Papierbahn 10 angeordnet. Der Beschichter weist weiterhin
eine Beschichtungsklinge 14 auf, welche die Beschichtungsfarbe 12 auf
die Papierbahn 10 in gleichförmig verteilter Weise aufbringt.
Die Beschichtungsklinge 14 ist so gestaltet, dass sie gegen
die Oberfläche
der Anlagerolle 20 gespannt ist. Ferner weist der Beschichter eine
Formgebungsröhre 16 auf,
die an der Außenseite
der Beschichtungsklinge 14 angeordnet ist, um das Profil
der Beschichtungsklinge 14 zu formen, sowie eine Basis 22,
auf der die Formgebungsröhre 16 angeordnet
ist.
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Die
Breite der Beschichtungsklinge 14 ist im wesentlichen gleich
der Breite der Anlagerolle 20, so dass es der Beschichtungsklinge 14 ermöglicht ist, die
Oberfläche
der Papierbahn 10, auf welche die aufgespritzte Beschichtungsfarbe 12 aufgebracht
ist, in einem Zug zu rakeln.
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Wie
in 7 gezeigt, wird die Papierbahn 10 durch
die Drehung der Anlagerolle 20 fortlaufend gefördert, wobei
sie in engem Teilkontakt mit der Oberfläche der Anlagerolle 20 ist.
Die Düse 18 spritzt
die Beschichtungsfarbe 12 auf die Oberfläche der
Papierbahn 10 und die Beschichtungsklinge 14 bringt die
Beschichtungsfarbe 12 auf und verteilt sie gleichförmig über die
Oberfläche
der Papierbahn 10. Während
des Aufbringens der Beschichtungsfarbe 12 auf die Papierbahn 10 wird
ein Überschuss an
Beschichtungsfarbe 12 durch die Beschichtungsklinge 14 entfernt.
Dieser Prozess wird Dosierprozess genannt (siehe beigefügte 8).
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Der
Dosierprozess kann eingestellt werden, indem die Position der Beschichtungsklinge 14 verschoben
wird, was durch Ansteuern eines Zylinders durchgeführt werden
kann, der in der Formgebungsröhre 16 eingebaut
ist, so dass eine gewünschte Menge
an Beschichtungsfarbe auf die Papierbahn 10 aufgebracht
werden kann. Um den Beschichtungsfarbenüberschuss, der während des
Dosierprozesses entfernt worden ist, sammeln zu können, ist
unterhalb der Düse 18 eine
Sammelvorrichtung 40 angeordnet.
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Ein
derartiger herkömmlicher
Beschichter hat jedoch folgende Nachteile.
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Bezugnehmend
auf 7 sammelt sich ein Teil der Beschichtungsfarbe 12 aufgrund
einer Dichteerhöhung
beim Passieren zwischen der Beschichtungsklinge 14 und
der Papierbahn 10 am distalen Ende der Beschichtungsklinge 14 an.
Die sich ansammelnde Beschichtungsfarbe häuft sich auf und bildet schließlich einen
Stalagmiten, der zum Auftreten von Kratzern in der Papierbahn und
zur Übertragung
der Stalagmiten auf die Papierbahn führt.
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Insbesondere
bei hohen Geschwindigkeiten der Papierbahn 10 nimmt die
Dichte der Beschichtungsfarbe aufgrund einer auf sie wirkenden hohen Scherbelastung
beim Durchlauf durch die Beschichtungsklinge und durch eine abrupte
Entwässerung durch
den Druck schlagartig zu, was zum Auftreten von Schlieren oder Streifen
am distalen Ende der Beschichtungsklinge führt. Eine solche Anhäufung der Beschichtungsfarbe
führt letztendlich
zu einem Stalagmiten, der zu einem fehlerhaft beschichteten Papier
führt.
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In
diesem Zusammenhang beschreibt die
US-PS
5,219,618 (15.06.1993) eine Vorrichtung, welche die Ausbildung
eines Stalagmiten verhindert, indem ein Fluid auf das Ende einer
Klinge und die Beschichtungsfarbe gesprüht wird.
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Weiterhin
beschreibt die ungeprüfte
japanische Patentveröffentlichung
Nr. H4-228700 (18.08.1992)
ebenfalls eine Vorrichtung, die in der Lage ist, die Ausbildung
eines Stalagmiten zu unterbinden, wobei eine Einspritzvorrichtung
vorgesehen ist, um ein Fluid auf eine Grenzfläche zwischen der Papierbahn
und stromabwärts
der Beschichtungsklinge zu sprühen.
Der oben genannte Stand der Technik zeichnet sich dadurch aus, dass
eine Ausbildung des Stalagmiten dadurch verhindert wird, dass eine
Sprühvorrichtung
für ein
Fluid vorgesehen wird.
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Unter
diesen Umständen
besteht eine erhebliche Nachfrage nach einer Papierbeschichtungsvorrichtung
und einem Papierbeschichtungssystem, welche bzw. welches in der
Lage ist, den Anstieg der Dichte der Beschichtungsfarbe wirksam
zu verhindern, indem der Feuchtigkeitsgehalt beibehalten wird. Weiterhin
besteht eine Nachfrage nach einer Papierbeschichtungsvorrichtung
und einem Papierbeschichtungssystem, welche bzw. welches in der Lage
ist, das Schlieren- und Streifenbildungsphänomen während eines Papierbeschichtungsvorgangs zu
verringern, so dass die Produktivität und Qualität von beschichtetem
Papier verbessert wird.
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Es
ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehenden
Probleme zu lösen.
Hierzu stellt die vorliegende Erfindung ein Kühlsystem und -verfahren für eine Papierbeschichtungsvorrichtung einer
Papierbeschichtungsapparatur bereit, insbesondere zum Kühlen einer
Beschichtungsklinge der Beschichtungsvorrichtung und einer auf eine
Papierbahn aufzubringenden Beschichtungsfarbe, durch das ein Streifen-
und/oder Schlierenbildungsphänomen
aufgrund einer Ansammlung der Beschichtungsfarbe am Ende der Beschichtungsklinge
wirksam unterbunden wird. Das Kühlsystem
weist eine Kühlvorrichtung
auf, welche an einer rückwärtigen Oberfläche der
Beschichtungsklinge angeordnet ist, Leitungen zur Führung eines
Kühlmittels
zur Kühlvorrichtung,
eine Kühlmittelzirkuliereinheit
und eine Wärmetauschereinheit.
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Eine
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Papierbeschichtungsvorrichtung
weist auf: eine Beschichtungsklinge zur Aufbringung einer Beschichtungsfarbe
auf die Papierbahn; eine Formgebungsröhre zur Formung des Profils
der Beschichtungsklinge; eine Kühlvorrichtung
zum Abkühlen
der Beschichtungsklinge, welche in einem Freiraum zwischen der rückwärtigen Oberfläche der
Beschichtungsklinge und der Formgebungsröhre angeordnet ist; und ein
Kühlmittelzirkuliersystem
zur Zwangszirkulation des Kühlmittels
durch die Kühlvorrichtung.
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Vorzugsweise
ist die Kühlvorrichtung
in Gestalt einer zickzackförmigen
Kühlleitung
ausgeführt, welche
dicht an der rückwärtigen Oberfläche der
Beschichtungsklinge angebracht ist. Selbstverständlich steht die Kühlleitung
in Fluidverbindung mit dem Kühlmittelzirkulationssystem.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
einer Papierbeschichtungsvorrichtung ist die Kühlvorrichtung in Form einer
Kühlleitung
ausgeführt,
welche eine Öff nung
aufweist, um das Kühlmittel
austreten zu lassen. Die Kühlleitung
ist an einem unteren Teil der rückwärtigen Oberfläche der
Beschichtungsklinge angeordnet.
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In
noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Papierbeschichtungsvorrichtung
besteht die Kühlvorrichtung
aus zwei Röhren,
welche an einem oberen Teil bzw. einem unteren Teil der rückwärtigen Oberfläche der
Beschichtungsklinge angeordnet sind, wobei Düsen an den Röhren angeordnet
sind, welche gleichförmig
voneinander beabstandet sind. Die Düsen spritzen das Kühlmittel
direkt auf die rückwärtige Oberfläche der
Beschichtungsklinge.
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In
noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Papierbeschichtungsvorrichtung
ist die Kühlvorrichtung
in Form eines Kühlraums
ausgebildet, der durch Trennwände
festgelegt ist, welche einen Freiraum zwischen der rückwärtigen Oberfläche der
Beschichtungsklinge und der Formgebungsröhre umgeben. Die Trennwände sind
mit einem Einlass und einem Auslass versehen, welche mit dem Kühlmittelzirkulationssystem
in Verbindung stehen.
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Insbesondere
weist das Kühlmittelzirkulationssystem
einen Kühlmitteltank,
eine Kühlmittelpumpe,
eine Kühlmittelförderleitung,
welche die Kühlmittelpumpe
und die Kühlvorrichtung
verbindet, und eine Kühlmittelabflussleitung
zum Zurückführen des von
der Kühlvorrichtung
abgegebenen Kühlmittels zur
Kühlmittelpumpe
auf.
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Weiterhin
ist die erfindungsgemäße Papierbeschichtungsvorrichtung
vorzugsweise mit einem Deckel versehen, um den oberen Teil des Freiraums abzudecken,
der durch die rückwärtige Oberfläche der
Beschichtungsklinge und die Formgebungsröhre gebildet ist, um zu verhindern,
dass das Kühlmittel austritt
und sich verteilt. Besonders bevorzugt weist das Kühlmittelzirkulationssystem
ferner in dem Kühlmitteltank
eine Temperatursteuerung auf.
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Eine
andere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Papierbeschichtungsvorrichtung weist
auf: eine Anlagerolle zum kontinuierlichen Fördern einer Papierbahn; eine
Düse zum
Aufspritzen einer Beschichtungsfarbe auf die Papierbahn, wobei die
Düse benachbart
einem unteren Ende der Anlagerolle angeordnet ist; eine Beschichtungsklinge zum
Aufbringen und Dosieren der Beschichtungsfarbe auf die Papierbahn
in einer gleichförmig
verteilten Weise; eine Formgebungsröhre zur Formung des Profils
der Beschichtungsklinge; ein Kühlungswerkzeug
zum Herunterkühlen
der Beschichtungsklinge, wobei das Kühlungswerkzeug in einem Freiraum
zwischen der rückwärtigen Oberfläche der
Beschichtungsklinge und der Formgebungsröhre eingebaut ist; Verbindungsschläuche, die
an beiden Enden des Kühlungswerkzeugs
angeordnet sind; eine Pumpe in Fluidverbindung mit einem der Verbindungsschläuche, der
zum Abführen
des Kühlmittels
aus dem Kühlungswerkzeug
dient (nachfolgend als Auslassverbindungsschlauch bezeichnet); eine
Wärmetauschereinheit,
die zwischen der Pumpe und einem der Verbindungsschläuche eingebaut
ist, der zum Einbringen des Kühlmittels
in das Kühlungswerkzeug
dient (nachfolgend als Einlassverbindungsschlauch bezeichnet); und
einen Kühler,
der einen indirekten Wärmetausch
mit dem Kühlmittel
an der Wärmetauschereinheit
mittels eines hierin zirkulierenden Kältemittels durchführt.
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Vorzugsweise
ist das Kühlungswerkzeug eine
Kupferröhre,
in der das Kühlmittel
fließt.
Die Kupferleitung ist dicht an die hintere Oberfläche der Beschichtungsklinge
angebracht. Besonders bevorzugt ist weiterhin ein Kühlmittelreservoir
zwischen dem Auslassverbindungsschlauch und der Pumpe angeordnet.
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Die
Wärmetauschereinheit
besteht aus einem Gehäuse,
welches einen Kühlmittelzirkulationsraum
festlegt, einem Einlass und einem Auslass zum Anschluss des Kühlmittels,
welche an einer Seite des Gehäuses
ausgebildet sind, und einer Kältemittelzirkulationsleitung,
welche an der anderen Seite des Gehäuses teilweise in das Gehäuse hineingeführt ist. Vorzugsweise
ist die Wärmetauschereinheit
weiterhin mit einer Temperatursteuerung ausgestattet, welche die
Temperatur des Kühlmittels
erfasst und die Temperatur des Kühlmittels
entsprechend einstellt.
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Zwischen
den Auslass der Wärmetauschereinheit
und dem Einlassverbindungsschlauch ist ein Kühlmittelventil geschaltet.
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Ein
Kühlverfahren
für eine
erfindungsgemäße Papierbeschichtungsvorrichtung
weist die Schritte des Einbaus einer Kühlungsvorrichtung an einer rückwärtigen Oberfläche einer
Beschichtungsklinge und das Einbringen eines Kühlmittels bei -15°C ~ 25°C in die
Kühlvorrichtung
zum Herunterkühlen
der Beschichtungsklinge auf. Besonders bevorzugt beträgt die Temperatur
des Kühlmittels,
welches in die Kühlvorrichtung
einzubringen ist, -15°C
~ 0°C.
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Die
oben genannten Aspekte und weitere Einzelheiten der vorliegenden
Erfindung werden in der folgenden detaillierten Beschreibung in
Zusammenschau mit der beigefügten
Zeichnung erläutert, in
der:
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1 eine
Schnittdarstellung einer Papierbeschichtungsvorrichtung mit einem
Kühlsystem
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine
Schnittdarstellung einer Papierbeschichtungsvorrichtung mit einem
Kühlsystem
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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3 eine
Schnittdarstellung einer Papierbeschichtungsvorrichtung mit einem
Kühlsystem
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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4 eine
schematische Darstellung ist, welche ein Kühlmittelzirkulationssystem
einer Papierbeschichtungsvorrichtung mit einem Kühlsystem gemäß den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 eine
schematische Darstellung eines Kühlsystems
ist, welches in einer Papierbeschichtungsvorrichtung gemäß den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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6 ein
genaueres Diagramm eines Kühlsystems
ist, welches in einer Papierbeschichtungsvorrichtung gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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7 eine
Schnittdarstellung einer Papierbeschichtungsvorrichtung nach dem
Stand der Technik ist; und
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8 eine
vergrößerte Ansicht
eines Endes einer Beschichtungsklinge in einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, wobei gezeigt ist, wie die Beschichtungsklinge eine
Beschichtungsfarbe auf die Papierbahn gleichförmig verteilt und aufbringt.
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Die 1 bis 3 zeigen
bevorzugte Ausführungsformen
einer Papierbeschichtungsvorrichtung mit einem Kühlsystem gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die bevorzugten Ausführungsformen zeichnen
sich dadurch aus, dass Schlieren- und/oder Streifenbildungsphänomene durch
Herunterkühlen einer
Beschichtungsklinge und einer Beschichtungsfarbe während eines
Beschichtungsprozesses wesentlich verringert sind.
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Gemäß den 1 bis 3 weist
eine Papierbeschichtungsvorrichtung eine Anlagerolle 20 auf,
welche durch ihre Drehung eine Papierbahn 10 fördert, sowie
eine Düse 18 zum
Aufspritzen einer Beschichtungsfarbe 12 auf die Oberfläche der
Papierbahn 10 und eine Beschichtungsklinge 14 ("Rakel"), welche die Beschichtungsfarbe 12 in
einer gleichförmig
verteilten Weise auf die Papierbahn 10 aufbringt. Die Beschichtungsklinge 14 ist
so ausgestaltet, dass sie gegen die Oberfläche der Anlagerolle 20 vorgespannt
ist. Ferner weist die Beschichtungsvorrichtung eine Formgebungsröhre 16 auf,
die an der Rückseite
der Beschichtungsklinge 14 angeordnet ist, um das Profil
der Beschichtungsklinge 14 zu formen, sowie eine Basis 22,
auf der die Formgebungsröhre 16 angeordnet
ist.
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Eine
Kühlvorrichtung
zum Herunterkühlen der
Beschichtungsklinge 14 ist an einer rückwärtigen Oberfläche der
Beschichtungsklinge 14 angeordnet. Die Kühlvorrichtung
kann in einen Freiraum eingebaut sein, der zwischen der rückwärtigen Oberfläche der
Beschichtungsklinge 14 und der Formgebungsröhre 16 vorliegt.
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Gemäß 1 ist
die Kühlvorrichtung
in Form einer Kühlmittelleitung 24a ausgeführt, durch
welche das Kühlmittel
fließt.
Die Kühlmittelleitung 24a hat eine
Zickzackform zur Erhöhung
der Wärmeabfuhrleistung
und ist fest an der rückwärtigen Oberfläche der
Beschichtungsklinge 14 angebracht.
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Gemäß 2 ist
die Kühlvorrichtung
eine Kühlleitung 24b,
die sich am unteren Teil der Beschichtungsklinge 14 über die
Länge der
Beschichtungsklinge 14 erstreckt. Selbstverständlich steht
die Kühlleitung 24b in
Fluidverbindung mit einem Kühlmittelzirkulationssystem.
An einer bestimmten Stelle in der Kühlleitung 24b ist
eine Öffnung 26 zum
Austretenlassen des Kühlmittels
ausgebildet. Das Kühlmittel,
das aus der Öffnung 26 austritt,
füllt einen Raum
zwischen der rückwärtigen Oberfläche der
Beschichtungsklinge 14 und der Formgebungsröhre 16, wodurch
eine Kühlung
der Beschichtungsklinge 14 erreicht werden kann.
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Bezugnehmend
auf 3 besteht die Kühlvorrichtung aus zwei Leitungen 24c,
welche an einem oberen Teil bzw. unteren Teil der rückwärtigen Oberfläche der
Beschichtungsklinge 14 angeordnet sind und einer Mehrzahl
von in die Leitungen eingebauten Düsen 28, welche gleichförmig voneinander beabstandet
sind. Die Düsen 28 sprühen das
Kühlmittel
direkt gegen die rückwärtige Oberfläche der Beschichtungsklinge,
so dass eine Kühlung
der Beschichtungsklinge 14 erzielt wird.
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Obgleich
in der beigefügten
Zeichnung nicht enthalten, kann eine andere Abwandlung der Kühlvorrichtung,
beispielsweise ein Kühlraum,
der durch Trennwände
festgelegt ist, die einen Leerraum zwischen der rückwärtigen Oberfläche der
Beschichtungsklinge und der Formgebungsröhre einschließen, vorgenommen
werden, ohne vom Wesen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Eine
der Trennwände,
welche den Raum festlegen, sollte mit einem Einlass und einem Auslass
versehen sein, um eine Verbindung mit dem Kühlmittelzirkulationssystem
zu schaffen.
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Wie
in den 1 bis 3 gezeigt, ist die Papierbeschichtungsvorrichtung
mit einem Deckel 38 zum Abdecken des oberen Teils des Freiraums versehen,
der durch die rückwärtige Oberfläche der Beschichtungsklinge 14 und
der Formgebungsröhre 16 gebildet
wird, um zu verhindern, dass das Kühlmittel austritt und sich
verteilt. Der Deckel besteht vorzugsweise aus einem transparenten
Vinylfilm.
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Wie
in 4 gezeigt, weist das Kühlmittelzirkulationssystem
einen Kühlmitteltank 30,
eine Pumpe 32 zum Zwangsfördern des Kühlmittels aus dem Tank zu der
Kühlmittelvorrichtung
(24a, 24b und 24c), eine Kühlmittelförderleitung 34,
welche den Auslass der Pumpe 32 mit dem Einlass der Kühlvorrichtung
verbindet, und eine Kühlmittelabfuhrleitung 36 auf,
welche den Auslass der Kühlvorrichtung
mit dem Kühlmitteltank 30 verbindet.
Ferner ist das Kühlmittelzirkulationssystem
mit einer Temperatursteuerung versehen, welche die Temperatur des
Kühlmittels
innerhalb eines Bereichs von 100°C
bis -15°C hält.
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Nachfolgend
wird die Arbeitsweise der Papierbeschichtungsvorrichtung mit einer
Kühlvorrichtung
gemäß der voranstehenden
Ausführungsformen beschrieben.
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Bei
dem Papierbeschichtungsvorgang fördert
die Anlagerolle 20 durch Drehen die Papierbahn 10.
Wenn die Papierbahn 10 über
die Anlagerolle 20 läuft,
sprüht
die Düse 18 kontinuierlich
Beschichtungsfarbe auf die Papierbahn 10. Anschließend bringt
die Beschichtungsklinge 14 die Beschichtungsfarbe gleichförmig auf
die Papierbahn 10 auf und entfernt einen Überschuss
an Beschichtungsfarbe. Da die Beschichtungsklinge 14 mit
der Kühlvorrichtung
(24a, 24b und 24c) ausgestattet ist,
werden die Beschichtungsklinge 14 selbst und die Beschichtungsfarbe 12,
welche die Klinge direkt berührt,
entsprechend heruntergekühlt.
Dies erleichtert eine Reibungsverminderung zwischen der Papierbahn 10 und
der Beschichtungsklinge 14. Letztendlich kann die Temperatur
der Beschichtungsklinge 14 um wenigstens 10°C niedriger
als bei einer herkömmlichen Papierbeschichtungsvorrichtung
gehalten werden.
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Gemäß der in 1 gezeigten
ersten Ausführungsform
der Kühlvorrichtung
wird aus dem Kühlmitteltank 30 mittels
einer Pumpe gefördertes Kühlmittel
in die Kühlmittelleitung 24a mit
der Zickzackverlegung geführt.
Da die Kühlmittelleitung 24a dicht
an der rückwärtigen Oberfläche der
Beschichtungsklinge 14 angebracht ist, erfolgt eine indirekte Kühlung durch
den Wärmeaustausch
zwischen der Beschichtungsklinge 14 und dem Kühlmittel,
das durch die Kühlmittelleitung 24a fließt. Die
von dem Kühlmittel
gekühlte
Beschichtungsklinge 14 dient indirekt auch dazu, die Temperatur
der Beschichtungsfarbe 12 abzusenken, welche von der Beschichtungsklinge 14 aufgebracht
und dosiert wird.
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Bei
der zweiten Ausführungsform
der Kühlvorrichtung
gemäß 2 wird
aus dem Kühlmitteltank 30 mittels
der Pumpe gefördertes
Kühlmittel
in die Kühlleitung 24b geleitet,
welche benachbart dem unteren Ende der Beschichtungsklinge 14 angeordnet
ist. Das Kühlmittel,
welches die Kühlleitung 24b erreicht
hat, tritt über
die Öffnung 26 aus
und füllt
den Freiraum zwischen der rückwärtigen Oberfläche der Beschichtungsklinge 14 und
der Formgebungsröhre 16.
Angesichts des direkten Kühlverfahrens
gemäß obiger
Beschreibung versteht sich, dass eine derartige die Kühlleitung 24b verwendende
Kühlvorrichtung geeignet
zum Kühlen
einer Beschichtungsklinge einer Papierbeschichtungsvorrichtung ist,
bei der die Papierbahn 10 mit hoher Geschwindigkeit läuft.
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Gemäß der in 3 gezeigten
dritten Ausführungsform
der Kühlvorrichtung
wird aus dem Kühlmitteltank 30 mittels
der Pumpe gefördertes Kühlmittel
in die Kühlmittelleitung 24c geführt und mittels
der Düsen 28,
die in den Kühlmittelleitungen 24c eingebaut
sind, direkt auf die rückwärtige Oberfläche der
Beschichtungsklinge 14 gesprüht. Eine solche Kühlvorrichtung,
also die Kühlmittelleitung 24c mit
den Sprühdüsen 28,
ist wirksamer zum Kühlen
der Beschichtungsklinge 14, da das Kühlmittel die Klinge direkt
kontaktieren kann. Zwei Kühlmittelleitungen 24c,
welche mit einer Mehrzahl von Sprühdüsen 28 ausgestattet
sind, sind an einem unteren Abschnitt bzw. oberen Abschnitt der
rückwärtigen Oberfläche der
Beschichtungsklinge 14 angeordnet, so dass die Kühleffizienz
der Beschichtungsklinge erhöht
ist, da das Kühlmittel über die
gesamte Oberfläche
der Beschichtungsklinge gleichförmig
verteilt wird. Es versteht sich somit, dass die Kühlmittelleitungen 24c zum
Kühlen
einer Beschichtungsklinge einer Papierbeschichtungsvorrichtung geeignet
sind, bei der die Papierbahn 10 mit einer hohen Geschwindigkeit
läuft.
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Das
der Kühlvorrichtung
(24a, 24b und 24c) zugeführte Kühlmittel
kehrt über
die Kühlmittelabfuhrleitung 36 nach
dem Wärmetausch
mit der Beschichtungsklinge 14 zu dem Kühlmitteltank 30 zurück.
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Der
Deckel 38, der den oberen Teil des Freiraums bedeckt, der
durch die rückwärtige Oberfläche der
Beschichtungsklinge 14 und der Formgebungsröhre 16 festgelegt
ist, verhindert, dass Kühlmittel
auf die Papierbahn verteilt wird.
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Wie
oben beschrieben, kann die Kühlvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung den plötzlichen
Anstieg der Dichte der Beschichtungsfarbe, der zu einem Schlieren- oder Streifenphänomen am
distalen Ende der Beschichtungsklinge bei hohen Geschwindigkeiten
der Papierbahn führt,
wesentlich verringern.
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Nachfolgend
wird eine Ausführungsform
eines Kühlsystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten 5 und 6 beschrieben.
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5 ist
ein schematisches Diagramm des gesamten Kühlsystems einschließlich der
oben konkret beschriebenen Kühlvorrichtung. 6 zeigt
das Kühlsystem
aus 5 im Detail.
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Bezugnehmend
auf 5 ist mit den Bezugszeichen 42 ein Kühlwerkzeug
bezeichnet, welches im Wesentlichen äquivalent zu der oben beschriebenen
Kühlvorrichtung
(24a, 24b und 24c) ist und welches zum
Kühlen
einer Beschichtungsklinge einer Papierbeschichtungsvorrichtung ausgelegt
ist. Vorzugsweise ist das Kühlwerkzeug 42 aus
einem Kupferrohr mit einer guten Wärmeübertragungseigenschaft gefertigt.
Wie oben beschrieben, ist das Kühlwerkzeug 42 dicht
an der rückwärtigen Oberfläche der
Beschichtungsklinge befestigt.
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Das
Kühlwerkzeug 42 ist
mit Verbindungsschläuchen
(44 und 46) an seinen beiden Enden versehen, die
aus flexiblem Material bestehen. Vorzugsweise sind die Verbindungsschläuche (44 und 46) lösbar mit
dem Kühlwerkzeug 42 mittels
Verbindern verbunden, so dass die Verbindungsschläuche bei einer
Reinigung oder Wartung abgenommen werden können.
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Gemäß 6 ist
einer der Verbindungsschläuche
(44 und 46), durch den das Kühlmittel herausfließt (nachfolgend
als Auslassverbindungsschlauch bezeichnet), mit zwei Pumpen 48 verbunden,
welche zueinander parallel angeordnet sind. Eine der Pumpen ist
eine Primärpumpe,
die im Normalzustand verwendet wird. Die andere ist eine Zusatzpumpe,
welche in einem Notfallzustand verwendet wird. Einer der Verbindungsschläuche, durch
den das Kühlmittel
fließt
(nachfolgend als Einlassverbindungsschlauch bezeichnet), ist mit
einer Wärmetauschereinheit 50 verbunden,
in der ein Kältemittel
zirkuliert. Zusätzlich
ist zwischen die Pumpen 48 und den Auslassverbindungsschlauch 46 ein
Kühlmittelreservoir 52 geschaltet.
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Die
Wärmetauschereinheit 50 weist
ein Gehäuse 54,
welches einen Kühlmittelzirkulationsraum bildet,
einen Einlass 56 und einen Auslass 58 für das Kühlmittel,
welche an einer Seite des Gehäuses 54 ausgebildet
sind, und eine Kältemittelzirkulationsleitung 60 auf,
welche zum Teil in das Gehäuse 54 hineingeführt ist.
Ein Ende der Kältemittelzirkulationsleitung 60 ist
mit einem Sammler 74 verbunden, der mit einem Kompressor 62 verbunden
ist, und das andere Ende ist mit einem Expansionsventil 66 verbunden. Das
Expansionsventil 66 ist mit einem Magnetventil 68 verbunden,
an welches ein temporäres
Reservoir 72 angeschlossen ist. Das temporäre Reservoir 72 steht
in Fluidverbindung mit einem Kondensator 70.
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Ferner
ist eine Temperatursteuerung 74 zwischen die Wärmetauschereinheit 50 und
das Magnetventil 68 geschaltet. Die Temperatursteuerung 74 erfasst
die Temperatur des in der Wärmetauschereinheit 50 zirkulierenden
Kühlmittels
und versorgt nachfolgend eine Steuereinheit mit entsprechenden Signalen.
Infolgedessen führt
die Steuereinheit einen Ein/Aus-Vorgang für das Magnetventil 68 in
Antwort auf die Signale von der Temperatursteuerung 74 durch,
so dass das der Wärmetauschereinheit 50 zugeführte Kältemittel
eingestellt werden kann. Letztendlich wird die Temperatur des Kühlmittels,
welches im Wärmeaustausch
mit dem Kältemittel
steht, abgesenkt. Dies bedeutet, dass eine Bedienungsperson automatisch
die Beschichtungsklinge mittels der Steuereinheit auf einer bestimmten
Temperatur halten kann. Selbstverständlich ist es möglich, die
bestimmte Temperatur jederzeit auf eine andere gewünschte Temperatur
zu ändern.
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Zwischen
dem Auslass 58 der Wärmetauschereinheit 50 und
dem Einlassverbindungsschlauch 44 befindet sich ein Kühlmittelventil 76 zur Steuerung
des Kühlmittelstroms
in das Kühlwerkzeug 42.
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Das
Kühlsystem
zum Herunterkühlen
der Beschichtungsklinge gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet als Kältemittel
R-22(HCFC22). Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Kühlmittel ist
eine Zusammensetzung, welche ähnlich
dem Kältemittel
als Wärmeübertragungsmedium
dient. Diese Zusammensetzung unterscheidet sich jedoch von dem Kältemittel
dahingehend, dass während
eines Kühlzyk lus
kein Phasenübergang
stattfindet. Genauer gesagt, die Zusammensetzung überträgt die Wärme in einem
Zustand fühlbarer
Wärme,
wohingegen das Kältemittel
die Wärme
in einem Zustand latenter Wärme überträgt. Bei
der vorliegenden Erfindung ist die Zusammensetzung Äthylenglykol,
welches unschädlich
für den
menschlichen Körper
ist.
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Nachfolgend
wird die Arbeitsweise des Kühlsystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
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Im
Betrieb des Kühlsystems
wird durch einen Vorgang seitens eines Benutzers dem Kompressor 62 elektrische
Energie zugeführt
und das Kältemittel beginnt,
durch das geschlossene Kühlsystem,
bestehend aus dem Kondensator 70, dem Kompressor 62, dem
Expansionsventil 66, der Wärmetauschereinheit 50 etc.
zu zirkulieren.
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Anschließend fördert die
Pumpe 48 das Kühlmittel,
um eine Zirkulation durch die Wärmetauschereinheit 50 zu
bewirken. Das Kühlmittel
wird indirekt durch das Kältemittel
in der Wärmetauschereinheit 50 gekühlt und
dann über
den Einlassverbindungsschlauch 44 den Kühlwerkzeugen 42 zur
Einbringung des Kühlmittels
zugeführt.
Nachfolgend kann mit Hilfe der Kühlwerkzeuge 42 die
Beschichtungsklinge 14 auf einer gewünschten Temperatur gehalten
werden, bei der die Ansammlung von Beschichtungsfarbe wirksam unterbunden
ist, so dass das Streifen- und/oder Schlierenphänomen reduziert wird, welches
durch die Ansammlung der Beschichtungsfarbe hervorgerufen wird.
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Vorzugsweise
wird die Temperatur des Kühlmittels,
welches in die Kühlwerkzeuge 42 eingebracht
wird, innerhalb eines Bereichs von -15°C ~ 25°C gehalten. Besser sollte die
Temperatur des Kühlmittels
innerhalb eines Bereichs von -15°C
~ 0°C gehalten
werden, was optimal ist, um das Streifen- und/oder Schlierenphänomen zu
verhindern. Wenn die Temperatur des Kühlmittels unter -15°C gelangt, kann
ein Kontaktabschnitt zwischen den Kühlwerkzeugen 42 und
der Beschichtungsklinge 14 einfrieren, was dazu führt, dass
die Beschichtungsklinge leicht aus der ursprünglich konfigurierten Lage weggedrückt wird,
wodurch Mängel
an dem beschichteten Papier entstehen können. Weiterhin kann eine derartige
Temperatur eine Verschlechterung der Fließfähigkeit der Beschichtungsfarbe
bewirken, was zu einer schlechteren Bearbeitbarkeit führt.
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Wenn
die Temperatur des Kühlmittels über 25°C gelangt,
kann ein ausreichender Kühleffekt
an der Beschichtungsklinge nicht erwartet werden, so dass der Zweck
der Erfindung, nämlich
das Unterbinden von Schlieren und/oder Streifen, nicht erreicht werden
kann.
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Nach
dem Kühlen
der Beschichtungsklinge wird das durch das Kühlwerkzeug 42 gelaufene
Kühlmittel
mittels der Pumpe 48 der Wärmetauschereinheit 50 zurückgeführt oder
fließt
in den Kühlmitteltank 52.
Wie oben beschrieben, ist die Wärmetauschereinheit 50 mit
der Temperatursteuerung 74 ausgestattet, um die Temperatur
des momentan hierin zirkulierenden Kühlmittels zu erfassen und einzustellen. Die
Temperatursteuerung 74 erfasst die Temperatur des in der
Wärmetauschereinheit 50 zirkulierenden Kühlmittels
und versorgt nachfolgend eine Steuereinheit mit entsprechenden Signalen.
Infolgedessen führt
die Steuereinheit einen Ein/Aus-Steuerbetrieb des Magnetventils 68 in
Antwort auf Signale von der Temperatursteuerung 74 durch,
so dass das der Wärmetauschereinheit 50 zugeführte Kältemittel
eingestellt werden kann.
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Wie
sich aus dem Vorstehenden ergibt, ist ein Kühlsystem für eine Papierbeschichtungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung vorteilhaft dahingehend, dass die Stalagmitenausbildung
von Beschichtungsfarbe an dem Ende der Beschichtungsklinge wirksam
verhindert wird, indem verschiedene Kühlvorrichtungen für die Beschichtungsklinge bereitgestellt
werden. Damit ist es möglich,
ein Schlieren- und Streifenbildungsphänomen erheblich zu verringern,
welches durch die Ausbildung der Stalagmiten während des Papierbeschichtungsvorgangs hervorgerufen
wird, so dass die Produktivität
und die Qualität
von beschichtetem Papier verbessert wird.
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Obgleich
die vorliegende Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die voranstehenden
Ausführungsformen
beschrieben wurde, ist nicht beabsichtigt, den Umfang der vorliegenden
Erfindung hierauf zu beschränken.
Es erschließt
sich aus dem Vorstehenden, dass eine Vielzahl von Abwandlungen und Modifikationen
durch einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet gemacht werden
kann, ohne vom wesentlichen Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen.