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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entgasen eines flüssigen oder
pastösen
Mediums. Dabei handelt es sich insbesondere um Streichfarben, mit
denen eine Materialbahn, beispielsweise eine Faserstoffbahn wie
eine Papierbahn oder eine Kartonbahn, gestrichen werden. Die Streichfarbe
besteht im allgemeinen aus wässrigen
Pigmentdispersionen. Diese werden mit einer Filmdicke von 2 bis
50 μm möglichst
gleichmäßig aufgetragen
und getrocknet. Ein solcher Strich verbessert die Bedruckbarkeit sowie
die optischen Eigenschaften der Bahn.
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Während des
Aufbereitungsprozesses des Mediums, somit zum Beispiel der Streichfarbe,
gelangt Luft in das flüssige
oder pastöse
Medium. Hieraus bilden sich Blasen, die nach dem Streichen der Bahn
zerplatzen und freie Stellen hinterlassen. Der Strich ist damit
nicht mehr einheitlich. Dabei stören bereits
Mikroblasen mit einem Durchmesser von wenigen Mikrometern, vor allem
bei Strichfilmen geringer Stärke.
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Um
einen optimalen Strich mit geschlossener Strichfläche und
großer
Gleichmäßigkeit
zu erzeugen, ist daher ein Entgasen beziehungsweise Entlüften unerlässlich.
Hierzu sind zahlreiche Verfahren bekannt geworden. Ein wichtiges
Verfahren ist die Vakuumentgasung beziehungsweise Vakuumentlüftung.
DE 10 2005 017 952
A1 beschreibt ein solches Verfahren, wobei die zu entgasende
Streichfarbe auf eine Temperatur in der Nähe ihres Siedepunktes, insbesondere
auf ca. 40 bis 60° C,
und auf einen Druck von ca. 20 bis 100 mbar gebracht wird. Hierdurch
wird ein Volumenstrom an Gasblasen entgegen der Förderrichtung
der Streichfarbe erzeugt. Durch den erhöhten Dampfdruck im Vakuumentgaser entsteht
ein Gasstrom. Dieser sorgt dafür,
dass kleine eingeschlossene Gasblasen mitgerissen und an die Grenzfläche zwischen
Streichfarbe und Luft befördert
werden, wo sie durch Unterdruck entfernt werden.
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Die
Anforderungen an die Entgasung von Medien der genannten Art sind
weiterhin gestiegen. Dies liegt daran, dass die zu entgasenden Medien
inzwischen Eigenschaften haben, die eine Entgasung schwieriger machen.
Hierzu gehören
beispielsweise höhere
Feststoffgehalte und höhere
Viskositäten. Auch
sind die Qualitätsanforderungen
an die Strichqualität
inzwischen gestiegen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung anzugeben, womit eine noch bessere Entgasung der genannten
Medien erzielbar ist, und zwar auch bei schwierig entgasbaren Medien.
Auch sollen die erforderlichen Vorrichtungen möglichst wenig Bauraum beanspruchen,
baulich so einfach wie möglich
sein, und kurze Prozessdauern ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Die
Erfinder haben erkannt, dass eine Kombination der beiden Prinzipien,
nämlich
der Behandlung mit Unterdruck einerseits sowie mit einer mechanischen
Einwirkung nach dem Zyklonprinzip andererseits zu Ergebnissen führt, die überraschend günstig sind
und das zu erwartende Maß deutlich übersteigen.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst demgemäß als wesentliches
Bauteil einen Behälter. Dieser
weist einen Einlass für
das zu entgasende Medium auf, ferner einen Auslass für eine gasarme Fraktion
des Mediums sowie einen Auslass für eine gasreiche Fraktion des
Mediums. Zumindest der Auslass für
die gasreiche Fraktion ist gemäß der Erfindung
von einer Kammer umschlossen, die einen Vakuumanschluss aufweist.
Die Vorrichtung weist ferner einen Auslass für praktisch gasfreies erzeugtes
Medium sowie einen weiteren Auslass für abgetrennte Gasblasen auf.
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Mit
einer solchen Vorrichtung wird somit in einer ersten Stufe ein erster
Anteil von Gas – im
allgemeinen Luft – mittels
der Zyklonwirkung aus dem Medium herausgeholt, und in einer hiermit
verbundenen zweiten Stufe wird mittels Vakuum das noch im Medium
verbliebene restliche Gas herausgeholt. Der Entgasungswirkungsgrad
ist hierdurch außerordentlich hoch.
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Gemäß einem
ersten Gedanken der Erfindung steht der Behälter fest, und wird das in
den Behälter
eingeleitete, gashaltige Medium in Rotation versetzt, beispielsweise
durch einen Rotor, der Rührflügel aufweist.
Gemäß einem
zweiten Gedanken der Erfindung wird das in den Behälter eingeleitete
Medium dadurch in Rotation versetzt, dass der Behälter selbst
drehbar gelagert ist und umläuft.
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Die
Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen
folgendes dargestellt:
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1 zeigt
eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einem Axialschnitt.
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2 zeigt
eine zweite Ausführungsform, ebenfalls
in einem Axialschnitt.
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3 zeigt
eine dritte Ausführungsform, ebenfalls
in einem Axialschnitt.
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4 zeigt
eine vierte Ausführungsform, ebenfalls
in einem Axialschnitt.
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1 veranschaulicht
den ersten Gedanken der Erfindung mit feststehendem Behälter. Die
in 1 gezeigte Vorrichtung 1 dient dem Entgasen
eines pastösen
Mediums 2. Im vorliegenden Falle handelt es sich um eine
Streichfarbe zur Veredelung einer Papier- oder Kartonbahn. Die Vorrichtung
umfasst einen Behälter 3.
Dieser ist zylindrisch. Er weist eine vertikale Längsachse 4 auf.
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Der
Behälter 3 ist
von einer Vakuumkammer 7 umschlossen. Die Vakuumkammer 7 ist
ebenfalls im Wesentlichen zylindrisch. Jedoch hat sie einen gegen
die Horizontale geneigten Boden 9.
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Der
Behälter 3 weist
an seinem unteren Ende einen Einlass 8 auf. Dieser dient
zum Zuführen von
Streichfarbe, welche Gas bzw. Luft enthält. Der Einlass 8 ist über eine
Zuführleitung
an eine hier nicht gezeigte Bütte
angeschlossen.
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Die
Vakuumkammer 7 ist an ihrem oberen Ende an einen Unterdruckerzeuger 21 (Vakuumpumpe)
angeschlossen. An ihrem unteren Ende weist sie einen Auslass 15 für das behandelte
Medium auf, welches nun eine weitgehend bzw. praktisch gasfreie oder
völlig
gasfreie Fraktion darstellt.
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Die
gesamte Vorrichtung weist einen Rotor auf, umfassend einen Motor 27,
eine Welle 29 sowie Rotorblätter 30. Die Welle 29 ist
koaxial zur Längsachse 4 des
Behälters 3 angeordnet.
Die Welle 29 ist über
ein Lager 5 mit Dichtung in der oberen Stirnwand der Vakuumkammer 7 gelagert.
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Die
hier beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Dem Behälter 3 wird
durch den Einlass 8 Medium zugeführt, das heißt mit Luft
beladene Streichfarbe. Das Medium gelangt somit in den Innenraum
des Behälters 3 und
füllt diesen
vollständig
aus. Durch den Umlauf des Rotors mit seinen Rotorblättern 3 wird
eine erste Entlüftung
der Streichfarbe erzielt. Eine scharfe Trennung zwischen Gasblasen
und Streichfarbe gelingt in dieser Phase in der Regel nicht, so
dass die Auslassleitung 10 nicht nur Gas alleine, sondern auch
noch Streichfarbe mit sich führt,
somit eine gasreiche, schaumartige Fraktion, die einer nochmaligen Behandlung
unterzogen werden kann. In der Auslassleitung 10 befindet
sich ein zwar eingezeichnetes, aber nicht extra beziffertes Rückschlagventil,
um ein Rückströmen dieser
gasreichen Fraktion in den Behälter 3 zu
verhindern.
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Da
durch Einlass 8 kontinuierlich zu entgasende Streichfarbe
in den Behälter
eintritt, tritt gasarme Streichfarbe am oberen Ende des Behälters 3 durch
einen Auslass 16 aus. Die Umfangswand 12 des Behälters 3 kann
Perforationen 13 aufweisen, durch welche ebenfalls gasarme
Streichfarbe, die sich im Bereich der Umfangswand sammelt, durch die
Umfangswand 12 hindurchtreten kann.
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Die
obere Stirnwand des Behälters 3 ist
derart geneigt, dass die Außenfläche vom
Zentrum her zum Umfang hin leicht abfällt. Hierdurch bildet sich eine
mehr oder minder gleichmäßige Strömung von gasarmer
Streichfarbe radial nach außen
aus. Die gasarme Streichfarbe strömt sodann an der Außenfläche der
Umfangswand 12 hinab und sammelt sich in dem genannten
unteren Raum über
dem Boden 9 der Vakuumkammer 7 und entgast dabei
weiter. Die entgaste Streichfarbe wird durch Auslass 15 abgezogen.
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Der
Vorteil der hier geschilderten Vorrichtung besteht darin, dass die
rotierenden Massen verhältnismäßig klein
sind. Das Lager mit integrierter Dichtung ist nicht von Streichfarbe
berührt,
was vorteilhaft ist. Die Welle 29 ist demgemäß fliegend
gelagert. Die Dichtung wird daher verhältnismäßig unproblematisch.
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Die
in 2 gezeigte Vorrichtung veranschaulicht den zweiten
Grundgedanken der Erfindung, wobei der Behälter 3 selbst drehbar
gelagert und rotierbar ist.
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Bei
der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform sind, soweit möglich, dieselben
Bezugszeichen verwendet, wie bei der in 1 gezeigten
Ausführungsform.
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Auch
hier ist wiederum als wesentlicher Bestandteil ein Behälter 3 vorgesehen.
Dieser hat eine Längsachse 4,
die zugleich Drehachse ist. Der Behälter ist drehbar mittels der
Lager 5 und 6 gelagert. Er ist kegelstumpfförmig, jedoch
mit den Abwandlungsmöglichkeiten,
die auch bezüglich
des Behälters 3 der
ersten Ausführungsform
erwähnt
sind. Dem Behälter
ist eine Zuleitung 8 zum Zuführen von zu entgasendem Medium
von unten her in den Innenraum des Behälters 3 vorgeschaltet,
ferner eine Auslassleitung 10 für eine gasreiche Mediumfraktion.
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Die
Umfangswand 12 des Behälters 3 ist
geschlossen. Im Bereich des oberen stirnseitigen Endes ist jedoch
eine Austrittsöffnung
vorgesehen, die sich über
den gesamten Umfang erstreckt, und die dazu dient, einen Auslass 16 für die gasarme
Mediumfraktion aus dem Innenraum des Behälters 3 nach außen zu bilden.
Dabei können
in der Austrittsöffnung
Leitschaufeln 17 vorgesehen sein, die zusammen mit dem
Behälter 3 umlaufen
und die derart gestaltet sind, dass sie die Strömung der gasarmen Mediumfraktion
beruhigen, um Turbolenz zu vermindern oder zu vermeiden.
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Nach
dem Durchtritt durch die Austrittsöffnung, d.h. den Auslass 16 gelangt
das gasarme Medium – genauso
wie bei der ersten Ausführungsform – in eine
Vakuumkammer 7. Die Vakuumkammer 7, die von einem
Unterdruckerzeuger 21 besaugt ist, umgreift das genannte
obere stirnseitige Ende des Behälters 3 und
bildet dabei eine Auffangrinne 18. Da die Vakuumkammer 7 feststeht,
ist eine Ringdichtung 19 vorgesehen, die die Auffangrinne 18 der
Vakuumkammer 7 gegen den rotierenden Behälter 3 auf
dessen gesamten Umfang abdichtet.
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Nachzutragen
ist noch, dass der Vakuumbehälter 7 über eine
Vakuumleitung 20 an den Unterdruckerzeuger bzw. eine Vakuumpumpe 21 angeschlossen
ist.
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Außerdem steht
die Auffangrinne 18 für
das praktisch gasfreie Medium mit einer Pumpe 32 und über eine
Leitung 33 in Verbindung. Dort schließt sich die Auslassleitung 15 für die praktisch
gasfreie Fraktion an, die zum nachgeordneten Coater 35 führt.
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Im Übrigen weist
die Ausführungsform
gemäß 2 die
folgenden Bauteile auf, die auch Bestandteil der ersten Ausführungsform
sein können, dort
aber nicht dargestellt sind:
Die Auslassleitung 10 für die gasreiche
Mediumfraktion ist an eine Pumpe 22 angeschlossen, ferner über eine
Leitung 23 an ein Reservoir 24, und von dort über eine
Leitung 25 und eine weitere Pumpe 26 an die Zuleitung 8,
die den Behälter 3 speist.
Somit ist ein Betrieb der Vorrichtung im Kreislauf möglich.
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Der
Antrieb des Behälters 3 ist
schematisch dargestellt – siehe
den Motor 27 mit hier verwendeten Riementrieb 28.
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Die
Vorrichtung wird zweckmäßigerweise
bei weitgehend gefülltem
Behälter 3 betrieben.
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Bei
der dritten Ausführungsform
gemäß 3 ist
wiederum der zweite Grundgedanke der Erfindung verwirklicht, wobei
der Behälter 3 umläuft. Dabei
ist der Behälter 3 von
einer Vakuumkammer 7 umschlossen. Diese ist im vorliegenden
Falle geometrisch ähnlich
dem Behälter 3.
Die Umfangswand des Behälters 3 verläuft somit
parallel zur Umfangswand der Vakuumkammer, so dass der Abstand zwischen
den beiden Umfangswänden
in jeder zur Längsachse 4 senkrechten
Ebene gleich groß ist.
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Der
Innenraum des Behälters 3 ist
an seinem unteren Ende an eine Zuleitung 8 angeschlossen. Diese
dient zum Zuführen
von zu entlüftendem
Medium. Zuleitung 8 ist durch den Boden 9 der
Vakuumkammer hindurchgeführt.
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Man
erkennt eine Auslassleitung 10 zum Abführen einer gasreichen Mediumfraktion.
Diese Auslassleitung 10 ragt von oben her in den Innenraum des
Behälters 3 hinein.
Sie ragt bis zu einem mittleren Bereich nach unten in den Innenraum
des Behälters 3 hinein.
Ein wesentlicher Teil der Auslassleitung 10 ist perforiert.
Die Perforationen sind derart bemessen, dass Gasblasen, die sich
in dem zu entgasenden Medium befinden, aus dem Medium 2 in
das Innere der Auslassleitung 10 eintreten können. Eine scharte
Trennung zwischen Gasblasen und Medium gelingt in der Regel nicht,
so dass die Auslassleitung 10 nicht Gas alleine, sondern
auch noch Medium mit sich führt,
somit eine gasreiche Fraktion.
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Die
Umfangswand 12 des Behälters 3 weist Perforationen 13 auf,
die hier den Auslass für
die gasarme Fraktion bilden. Die Perforationen 13 erstrecken
sich im vorliegenden Falle über
die gesamte Umfangswand, entlang der Längsachse 4 des Behälters 3 gesehen.
Es wäre
aber auch möglich,
nur einen Teil der Umfangswand 12 zu perforieren, beispielsweise
den oberen Teil, oder ein oberes Drittel, oder die obere Hälfte. Durch
diese Perforation 13 tritt wie gesagt, Medium aus dem Innenraum
des Behälters 3 nach
außen
in den Ringraum, der zwischen der Umfangswand 12 des Behälters 3 und
der Umfangswand vorhanden ist. Die Perforationen 13 sind
im allgemeinen zylindrische Bohrungen. Es sind jedoch auch andere
Gestaltungen möglich,
beispielsweise Schlitze. Die Schlitze können parallel zur Längsachse 4 des
Behälters 3 verlaufen,
aber auch unter einem Winkel gegen diese.
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Das
durch die Perforationen 13 hindurchtretende Medium ist
in einem erheblichen Maße
bereits von Gas befreit. Es führt
jedoch immer noch einen Restanteil von Gas mit sich. Es handelt
sich somit um die besagte gasarme Fraktion des Mediums.
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Aufgrund
des Umlaufs des Behälters 3 um die
Längsachse 4 und
der hierdurch erzeugten Fliehkraft tritt die gasarme Fraktion mit
einer gewissen Geschwindigkeit durch die Perforationen 13 bzw.
Auslässe 16l hindurch.
Wie dargestellt, werden die einzelnen Strahlen der gasarmen Mediumfraktion
gegen die Umfangswand 14 der Vakuumkammer 7 geschleudert.
Auf das Restgas, das sich in dieser gasarmen Mediumfraktion noch
befindet, wird gewissermaßen
eine zweifache Attacke ausgeübt.
Zum einen formiert sich das in dieser Fraktion noch befindliche Gas
aufgrund der Vakuumwirkung zu Gasblasen, zum anderen platzen diese
Blasen beim Aufprall auf die Umfangswand 14 des Vakuumbehälters 7 auf
und werden somit aus der bereits gasarmen Fraktion abgeschieden.
Die nunmehr praktisch gasfreie Fraktion sammelt sich am Boden 9 der
Vakuumkammer 7. Von dort gelangt sie durch eine Auslassleitung 15 aus dem
Innenraum der Vakuumkammer 7.
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Das
in der Vakuumkammer aus der gasarmen Mediumfraktion angefallene
Gas wird in einem oberen Bereich der Vakuumkammer 7 aus
dieser abgeführt.
Die Abfuhr kann durch einen Vakuumanschluss 21 der Vakuumkammer 7 vorgenommen
werden oder aber durch einen besonderen Anschluss, der nicht primär dem Erzeugen
von Unterdruck in der Vakuumkammer 7, sondern allein dem Abzug
des Gases dient.
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Die
in 4 gezeigte vierte Ausführungsform ist ganz ähnlich der
in 3 gezeigten. Die beiden wesentlichen Unterschiede
bestehen jedoch darin, dass der Behälter nur mit einem einzigen
Lager 6 an der oberen Stirnwand der Vakuumkammer 7 fliegend
gelagert ist. Siehe Lager 6, das gleichzeitig eine Dichtfunktion
ausübt.
Der weitere Unterschied besteht darin, dass die zu behandelnde Streichfarbe 2 nicht
von unten her, sondern von oben her durch Zuleitung 8 dem
Behälter
zugeführt
wird. Die Zuleitung 8 erstreckt sich als geschlossenes,
zentrales Rohr bis zum unteren Bereich des Behälters 3. Zuleitung 8 ist
von einem perforierten Rohr 31 umgeben, so dass zwischen
der Zuleitung 8 und dem perforierten Rohr 31 ein
Ringraum verbleibt. Die ankommende Streichfarbe tritt am unteren
Ende der Zuleitung 8 aus und strömt, wie die Pfeile zeigen,
in den genannten Ringraum. Die Streichfarbe fließt im Ringraum nach oben. Beim
Aufströmen
sammeln sich Gasblasen G im Ringraum und werden durch die Auslassleitung 10 für die gasreiche
Fraktion nach außen
abgeführt. Hierbei
findet somit eine erste Trennung zwischen Streichfarbe und Luft
statt. Die zunehmend entlüftete Streichfarbe
gelangt auf dem Wege nach oben immer mehr nach außen zur
Umfangswand 12 des Behälters
und damit zu den dort befindlichen Perforationen 13. Es
findet nunmehr der gleiche Vorgang statt, wie bei der dritten Ausführungsform
gemäß 3.
Durch die Bohrung 13 tritt nämlich eine gasarme Fraktion (Auslässe 16)
aus, prallt gegen die Innenfläche
der Umfangswand der Vakuumkammer 7, strömt dort in Form eines Filmes
nach unten in den über
dem Boden 9 bildenden Sumpf und tritt als praktisch gasfreie Fraktion
durch den Auslass 15 aus der Vakuumkammer 7 aus,
gefördert
durch eine Pumpe 32.
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Es
ist ferner noch nachzutragen, dass bei allen gezeigten Ausführungsformen
der absolute Druck in der Vakuumkammer 7 im Bereich zwischen 10
und 300 mbar, vorzugsweise zwischen 30 und 100 mbar liegt.
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Außerdem beträgt die Temperatur
des zu entgasenden Mediums vor oder während der Durchführung des
Verfahrens zwischen 20 und 60 °C.
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Nachzutragen
ist noch, dass anstelle des in der Figur bzw. den Figuren gezeigten
Rotors 30 auch ein handelsüblicher Rotationszerstäuber verwendet werden
könnte.
Ein solcher ist auch aus verschiedenen Druckschriften bereits bekannt.
Beispielsweise soll auf die DE-A1 101 01 372 verwiesen werden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
und das verfahren eignen sich besonders zur Entlüftung von pigmenthaltiger Streichfarbe,
insbesondere solcher mit einem Feststoffgehalt von mehr als 45 %
und einer hohen Voskosität
von mehr als 500 mPas.
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- 1
- Entgasungsvorrichtung
- 2
- Pastöses Medium
- 3
- Behälter
- 4
- Längsachse
- 5
- Lager
- 6
- Lager
- 7
- Vakuumkammer
- 8
- Zuleitung
zum Zuführen
von Medium 2
- 9
- Boden
der Vakuumkammer
- 10
- Auslass
für die
gasreiche Fraktion des Mediums
- 11
- Untere
Stirnwand des Behälters
- 12
- Umfangswand
des Behälters
- 13
- Perforationen
in der Umfangswand 12 des Behälters 3
- 14
- Umfangswand
der Vakuumkammer
- 15
- Auslass
für die
praktisch gasfreie Fraktion
- 16
- Auslass
für die
gasarme Fraktion
- 17
- Leitschaufeln
- 18
- Auffangrinne
- 19
- Ringdichtung
- 20
- Vakuumleitung
- 21
- Unterdruckerzeuger
- 22
- Pumpe
- 23
- Leitung
- 24
- Reservoir
- 25
- Leitung
- 26
- Pumpe
- 27
- Motor
- 28
- Riementrieb
- 29
- Welle
- 30
- Rotorblätter
- 31
- perforiertes
Rohr
- 32
- Abzugspumpe
für die
praktisch gasfreie Fraktion
- 33
- Abzugsleitung
- G
- Gasblasen
- 35
- Coater