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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Entgasen eines flüssigen
oder pastösen
Mediums, insbesondere einer Streichfarbe zum Beschichten eines Substrats,
insbesondere einer Papierbahn, einer Kartonbahn oder dergleichen.
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Solche
Vorrichtungen sowie in diesen ablaufende Verfahren sind etwa aus
dem Bereich der Papierherstellung und -bearbeitung bekannt und dienen der
Entfernung von Luftblasen, welche sich in einer Streichfarbe während eines
Aufbereitungsprozesses der Streichfarbe bilden können. Auf diese Weise wird vermieden,
dass die Gasblasen nach dem Aufstreichen der Streichfarbe auf das
Substrat zerplatzen und an den betreffenden Stellen einen ungleichmäßigen Anstrich
hinterlassen.
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Eine
solche bekannte Vorrichtung zum Entgasen einer Streichfarbe zum
Beschichten einer laufenden Papierbahn umfasst eine Unterdruckkammer, in
welcher ein Unterdruck erzeugbar ist, eine Einlassanordnung, welche
die Streichfarbe in die Unterdruckkammer einführt, eine Auslassanordnung,
welche die Streichfarbe aus der Unterdruckkammer abführt und
ein Verteilelement, z. B. einen Verteilteller, welches innerhalb
der Unterdruckkammer angeordnet ist und die Streichfarbe im Inneren
der Unterdruckkammer verteilt, um die Effektivität der Entgasung zu erhöhen. Ein
in dieser Vorrichtung ablaufendes Verfahren führt die Streichfarbe in die
Unterdruckkammer ein, setzt die Streichfarbe eine gewisse Zeit lang
dem Unterdruck in der Unterdruckkammer aus, so dass Gaseinschlüsse in der
Streichfarbe gelöst
werden, und führt
die Streichfarbe nach der Entgasung wieder aus der Unterdruckkammer
ab. Die so entgaste Streichfarbe wird anschließend einer Auftragsvorrichtung,
z. B. einem Vorhangbeschichtungswerk, zugeführt, welche die Streichfarbe
auf eine laufende Papierbahn aufbringt.
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Für sehr dünne Filme
eines aufgetragenen Mediums können
bereits Blasen mit einem Durchmesser im Bereich weniger Mikrometer
zu einer Beeinträchtigung
der Qualität
des Films führen,
so dass eine effektive Entgasung des aufzutragenden Mediums vor
dem Anstrich besonders wichtig ist. Allgemein hat es sich ferner
als schwierig erwiesen, Medien mit höherem Feststoffgehalt und höherer Viskosität im ausreichenden
Maße zu
entgasen, da sich Gaseinschlüsse
aus solchen Medien schwieriger herauslösen lassen.
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Die
aus dem Stand der Technik bekannten Entgasungsvorrichtungen, insbesondere
die in diesen verwendeten Verteilelemente, sind ferner von relativ
komplizierter Konstruktion, was neben relativ hohen Herstellungskosten
für die
Vorrichtungen einen teilweise erheblichen Wartungsaufwand erforderlich macht.
Dabei kommt es vor allem an Schaufeln, Prallflächen oder sonstigen zur Verteilung
des Mediums im Innenraum der Unterdruckkammer ggf. rotierend angeordneten
Elementen zur Ablagerung von Medium, woraus sich ein besonderer
Reinigungsaufwand der Vorrichtung ergibt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Entgasen eines flüssigen
oder pastösen
Mediums bereitzustellen, mit welchen eine effektivere Entgasung,
insbesondere auch von schwierig zu entgasenden Medien und von Medien
mit sehr kleinen Gaseinschlüssen, mit
einer kompakten und mit geringem Aufwand zu wartenden Vorrichtung
erreicht werden kann.
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Die
vorstehende Aufgabe wird nach einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung gelöst durch
eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, welche umfasst: eine
Unterdruckkammer, in welcher ein Unterdruck erzeugbar ist, eine
Einlassanordnung, welche das Medium in die Unterdruckkammer einführt, eine
Auslassanordnung, welche das Medium aus der Unterdruckkammer abführt, mindestens
einen Verteilteller, welcher innerhalb der Unterdruckkammer angeordnet
ist, wobei die Einlassanordnung das Medium in Form einer Mehrzahl
von Strahlen oder in Form mindestens eines Vorhangs auf Abschnitte
der Oberfläche
des Verteiltellers abgibt, die über
eine um ein Zentrum des mindestens einen Verteiltellers umlaufende
Linie oder Fläche
verteilt sind.
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Erfindungsgemäß weist
die Vorrichtung somit einen Verteilteller auf, auf dessen Oberfläche die Einlassanordnung
das Medium im Wesentlichen gleichmäßig verteilt abgibt. Das Medium
trifft von der Einlassanordnung somit nicht nur an einer Stelle
auf die Oberfläche
des Verteiltellers, sondern wird gleichzeitig an mehreren Stellen
auf den Verteilteller aufgetragen, nämlich so, dass die Abschnitte
der Oberfläche
des Verteiltellers, auf die das Medium auftrifft, über eine
um ein Zentrum des mindestens einen Verteiltellers umlaufendes Linie
oder Fläche
verteilt sind und vorzugsweise zu einer im Wesentlichen geschlossenen,
umlaufenden Linie bzw. Fläche
miteinander verbunden sind.
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Nach
dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird nach einer etwas
anderen Definition vorzugsweise bereitgestellt eine Vorrichtung
zum Entgasen eines flüssigen
oder pastösen
Mediums, insbesondere einer Streichfarbe zum Beschichten eines Substrats,
insbesondere einer Papierbahn, einer Kartonbahn oder dergleichen,
umfassend: eine Unterdruckkammer, in welcher ein Unterdruck erzeugbar
ist, eine Einlassanordnung, welche das Medium in die Unterdruckkammer
einführt,
eine Auslassanordnung, welche das Medium aus der Unterdruckkammer
abführt,
mindestens einen Verteilteller, welcher innerhalb der Unterdruckkammer
angeordnet ist, wobei die Einlassanordnung das Medium in Form einer
Mehrzahl von Strahlen auf die Oberfläche des Verteiltellers abgibt,
die um ein Zentrum des mindestens einen Verteiltellers verteilt
sind.
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Es
wird so auf konstruktiv einfache Weise eine gleichmäßige Verteilung
des Mediums und dementsprechend eine große Mediumoberfläche für das Entgasen
erreicht. Es können
hierzu beispielsweise mehrere um das Zentrum verteilte Düsen vorgesehen
sein.
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Eine
andere, durch die obige erste Erfindungsdefinition erfasste Möglichkeit
ist, einen oder mehrere Strahlen in der Art eines sich zumindest
bereichsweise um das Zentrum erstreckenden „Vorhangs" vorzusehen, was mittels einer sich
um das Zentrum erstreckenden, gekrümmten Schlitzdüse (etwa
anstelle mehrerer um das Zentrum verteilter Düsen oder zusätzlich zu
solchen um das Zentrum verteilten Düsen) erreicht werden kann.
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Durch
die erfindungsgemäße Art des
Aufbringens des Mediums auf den Verteilteller wird eine gleichmäßige Verteilung
des Mediums bereits beim Einführen
durch die Einlassanordnung erzielt, so dass die Wirkung des Verteiltellers
deutlich verbessert werden kann. Durch die effektive Verteilung
des Mediums wird das Oberflächen-Volumen-Verhältnis des
Mediums deutlich erhöht,
so dass der Transport der Gaseinschlüsse an die Oberfläche des
Mediums und somit das Herauslösen
des eingeschlossenen Gases aus dem Medium unterstützt wird.
Im Ergebnis wird eine effektivere Entgasung des Mediums erreicht.
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Aufgrund
der verbesserten Entgasungseffektivität der erfindungsgemäßen Vorrichtung
kann eine Verweilzeit des Mediums innerhalb der Unterdruckkammer
ohne signifikante Einbußen
in der Entgasungswirkung verringert werden. Dies bedeutet, dass
die Unterdruckkammer kompakter gestaltet werden kann oder/und der
Durchsatz von Medium gesteigert werden kann und gleichzeitig eine
ausreichende oder gar verbesserte Entgasung des Mediums gewährleistet
bleibt. Insgesamt wirkt sich somit eine effektivere Entgasung durch
die erfindungsgemäße Vorrichtung
positiv auf den Bauraum, die Verweilzeit von Medium in der Vorrichtung,
den Durchsatz von Medium, die Reduzierung des Gasgehaltes sowie
die Zykluszeit des Entgasungsvorgangs aus.
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Vorzugsweise
ist mindestens eine Abgabeöffnung
der Einlassanordnung an einer festen Position über dem mindestens einen Verteilteller
gehalten, um mindestens einen der Strahlen bzw. den Vorhang abzugeben,
so dass es möglich
ist, die Einlassanordnung einschließlich der mindestens einen
Abgabeöffnung
an einer Wand der Unterdruckkammer zu befestigen, woraus sich ein
einfacher und stabiler Aufbau der Vorrichtung ergibt.
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An
dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, dass in dieser Beschreibung
sowie den Ansprüchen
Positions- und Richtungsangaben wie etwa „oben", „unten", „horizontal", „vertikal” oder „seitlich" sich auf eine Orientierung
der Vorrichtung während
eines normalen Entgasungsbetriebs beziehen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist die Einlassanordnung eine Mehrzahl
von um das Zentrum des mindestens einen Verteiltellers verteilten
Abgabeöffnungen
auf, welche das Medium gleichzeitig auf die Oberfläche des
Verteiltellers abgeben. Jede der Abgabeöffnungen kann somit einen Strahl
des Mediums auf die Oberfläche des
Verteiltellers abgeben, so dass die Verteilung des Mediums über die
um das Zentrum des Verteiltellers umlaufende Linie oder Fläche in konstruktiv
einfacher Weise durch entsprechende Anordnung der Abgabeöffnungen
um das Zentrum herum verwirklicht werden kann.
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Die
Abgabeöffnungen
der beschriebenen Ausführungsform
weisen vorzugsweise eine Strahl-verbreiternde Auslassgeometrie zur
Abgabe eines Fächer-
oder/und Trichterförmigen
Strahls des Mediums auf. Durch solche Auslassgeometrien an den Abgabeöffnungen
kann der jeweilige Abschnitt der Oberfläche des Ventiltellers, welcher
durch einen zugeordneten Strahl einer bestimmten Abgabeöffnung mit
Medium benetzt wird, vergrößert werden. Die
Verteilung des Mediums über
die umlaufende Linie oder Fläche
kann somit zuverlässiger
bzw. mittels einer geringeren Anzahl an Abgabeöffnungen erreicht werden.
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Die
Gleichmäßigkeit
des Auftrags von Medium auf den Verteilteller kann weiter erhöht werden, wenn
jede der Abgabeöffnungen
das Medium auf einen im Wesentlichen gleich großen Abschnitt der das Zentrum
des mindestens einen Verteiltellers umlaufenden Linie oder Fläche abgibt.
Insbesondere können
dann die Abgabeöffnungen
kostengünstig
von gleicher Bauart sein und in ausreichender Anzahl um das Zentrum
verteilt angeordnet werden. Besonders vorteilhaft sind die Abschnitte,
auf die durch die jeweils zugeordneten Abgabeöffnungen das Medium aufgebracht
wird, so eingerichtet, dass sich benachbarte Abschnitte etwas gegenseitig überlappen,
so dass ein lückenloser
Auftrag von Medium entlang der um das Zentrum des Verteiltellers
umlaufenden Linie oder Fläche
sichergestellt ist. Jedenfalls ist aber in allen Ausführungsformen
angestrebt, dass der mit Medium benetzte Anteil der umlaufenden
Linie oder Fläche
größer ist
als der nicht benetzte Anteil.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist die Oberfläche
des mindestens einen Verteiltellers, auf welche das von der Einlassanordnung
abgegebene Medium auftrifft, im Wesentlichen planar und horizontal
ausgerichtet. Durch die planare und horizontale Gestaltung der Oberfläche wird
eine effektive Ausbreitung des Mediums auf der Oberfläche unterstützt. Wenn
ferner die Einlassanordnung das Medium im Wesentlichen in vertikaler
Richtung oder mit vertikaler Strahlmittelachse abgibt, so stellt
sich zwischen der Mediumabgaberichtung bzw. der Strahlmittelachse
und der Oberfläche
des Verteiltellers etwa ein Winkel von 90° ein, welcher eine maximale
Prallwirkung des Mediums beim Auftreffen sicherstellt und ferner
eine im Wesentlichen gleichmäßige und
allseitige Ausbreitung des Mediums unterstützt.
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Durch
die erfindungsgemäße Verteilung
des Mediums auf der Oberfläche
des Ventiltellers ist es zudem möglich,
die Oberfläche
des Ventiltellers im Wesentlichen planar zu gestalten, d. h. auf
etwaige zusätzliche
Prallflächen,
Verteilschaufeln oder andere Elemente, die aus dem Stand der Technik
zur Verteilung des Mediums bekannt sind, zu verzichten. Damit wird
ein relativ einfacher und kostengünstiger Aufbau des Verteiltellers
ermöglicht,
der keine eine übermäßige Anlagerung
von Medium unterstützenden
Abschnitte aufweist und leicht zu reinigen ist. Auch der Ein- und Ausbau komplizierter
Verteilelemente kann entfallen. Es ergibt sich somit eine einfache
Wartung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die
Verbesserungen im Hinblick auf die Wartung der Vorrichtung kommen
besonders zum Tragen, wenn der mindestens eine Verteilteller zumindest
bereichsweise im Wesentlichen nur durch eine planare Scheibe oder
zumindest bereichsweise im Wesentlichen nur durch eine planare Scheibe
und einen den Rand des Verteiltellers umlaufenden vertikalen Wandabschnitt
gebildet ist. Der Verteilteller ist dann von sehr einfacher Geometrie
und Konstruktion, so dass er nicht nur kostengünstig herstellbar ist, sondern
auch besonders wenig Anlagerungsmöglichkeit für Verschmutzung bietet und
leicht zu reinigen ist. Der vertikale Wandabschnitt kann in später detaillierter
zu beschreibender Art ein umlaufendes Sieb sein. Es versteht sich,
dass der Verteilteller mit einem von der planaren Form abweichenden
Halteabschnitt an einer Antriebswelle angeordnet sein kann. Ansonsten
ist der Verteilteller bevorzugt im Wesentlichen nur durch die planare
Scheibe bzw. nur durch die planare Scheibe und den Rand, ggf. das Sieb,
gebildet.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der Verteilteller um eine im Wesentlichen
vertikale Achse drehbar gelagert und wird durch eine Antriebseinheit
angetrieben. Durch die bei Drehung des Verteiltellers auftretenden
Zentrifugalkräfte
wird eine gleichmäßige Verteilung
des Mediums radial nach außen
erreicht.
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Um
die Verteilung des Mediums in der Unterdruckkammer sowie die Verweilzeit
des Mediums in der Unterdruckkammer weiter zu steigern, können in der
Unterdruckkammer eine Mehrzahl von Verteiltellern übereinander
jeweils in Abschnitten voneinander angeordnet sein. Das von einem
höher gelegenen Verteilteller
abgegebene Medium gelangt dann unter Schwerkrafteinfluss, ggf. durch
Führung
an geeigneten Führungsflächen, auf
die Oberfläche
eines tiefer liegenden Verteiltellers, auf welchem das Medium dann
erneut verteilt wird. Es kann aus Kostengründen oder aus technischen Gründen von
Vorteil sein, nur den obersten Verteilteller drehend anzutreiben, während für einen
oder mehrere darunter angeordnete Verteilteller starre Verteilteller
verwendet werden. Alternativ können
auch mehrere bzw. alle übereinander
angeordneten Verteilteller drehend angetrieben sein. Ferner ist
denkbar, dass während
des Entlüftungsbetriebs
der oberste Verteilteller fest steht und die übrigen Verteilteller drehend
angetrieben werden.
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Als
weiteres Verteilelement im Inneren der Unterdruckkammer kann ein
Sieb vorgesehen sein, welches sich um eine im Wesentlichen vertikale
Achse dreht und durch eine Antriebseinheit, insbesondere die auch
den Verteileller antreibende Antriebseinheit, angetrieben wird.
In einer Ausführungsform
mit fest stehendem obersten Verteilteller kann ein solches rotierendes
Sieb direkt unterhalb des obersten Verteiltellers angeordnet sein,
so dass es über
den Rand des obersten Verteiltellers ablaufendes Medium aufnimmt,
beschleunigt und durch seine Poren hindurch gegen die Innenwand
der Unterdruckkammer schleudert. Ein Sieb kann außerdem als
vertikale Wand ausgebildet sein, welche um mindestens einen drehenden
Verteileller entlang seinem äußeren Rand umläuft. Medium,
welches sich durch die Drehung des Verteiltellers radial nach außen hin
ausbreitet und verteilt, trifft dann auf die Siebwand und wird durch
die Zentrifugalkraft des drehenden Verteiltellers durch die Poren
des Siebs nach außen
gegen die Innenwand der Unterdruckkammer geschleudert.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
sind die Abgabeöffnungen
durch auswechselbare Düsen gebildet.
Die Düsen
können
mit einer einem bestimmten Medium angepassten Abgabeöffnung ausgebildet
sein, so dass durch Auswechslung der Düsen die Vorrichtung in einfacher
Weise an ein bestimmtes zu entgasendes Medium angepasst werden kann.
Die Düsen
können
insbesondere die Strahlverbreiternde Auslassgeometrie aufweisen
und z. B. durch Flachstrahldüsen,
Zungendüsen,
Schaufeldüsen,
Gießkannenkopfdüsen oder
Zerstäubungsdüsen gebildet
sein. Durch geeignete Wahl der Düsen
kann auf diese Weise die Vorrichtung nicht nur an ein bestimmtes
zu entgasendes Medium angepasst werden, sondern auch die Form des
durch eine betreffende Abgabeöffnung
abzugebenden Strahls wunschgemäß gewählt werden.
Abgesehen von austauschbaren Düsen
kann die Einlassanordnung insgesamt mehrteilig ausgeführt sein,
um die Montage, Demontage und Reinigung zu erleichtern.
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Die
erfindungsgemäße Verteilung
des Mediums auf der Oberfläche
des Verteiltellers kann alternativ oder zusätzlich auch dadurch erreicht
werden, dass die Abgabeöffnungen
eine Vielzahl von dicht nebeneinander angeordneten Öffnungen
mit kleinem Durchmesser umfassen. Auf diese Weise wird eine Anordnung
nach Art eines Gießkannenkopfs
oder eines Duschkopfs realisiert.
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Eine
weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
umfasst eine Temperieranordnung zum Steuern/Regeln einer Temperatur
eines Abschnitts der Vorrichtung. Eine solche Temperieranordnung
kann Heizmittel oder auch Kühlmittel oder
auch die Kombination aus Heizmitteln und Kühlmitteln umfassen, um die Temperatur
an einzelnen Abschnitten der Vorrichtung oder/und die Temperatur der
Vorrichtung insgesamt auf einen für den Entgasungsbetrieb vorteilhaften
Wert einzustellen bzw. innerhalb eines günstigen Temperaturbereichs
zu halten.
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Insbesondere
wird daran gedacht, dass die Temperieranordnung einen Sammelabschnitt
der Vorrichtung heizt, in welchem sich von dem mindestens einen
Verteilteller abgegebenes Medium sammelt. Auf diese Weise wird das
Medium vor dem Ausströmen
erwärmt,
so dass in diesem Teil der Unterdruckkammer der Sättigungsdampfdruck
des Mediums schneller bzw. zuverlässiger erreicht wird, wodurch
die Entlüftung
begünstigt
wird. Gleichzeitig kann erreicht werden, dass der übrige Teil
der Vorrichtung, insbesondere der obere Teil der Vorrichtung, relativ
zu dem geheizten Sammelabschnitt kälter ist, wodurch Ablagerungen
des Mediums an den Wänden
der Unterdruckkammer sowie an Verteilelementen im Inneren der Unterdruckkammer
entgegengewirkt wird. Als Beispiel hat sich eine effektive Entgasung
gezeigt, wenn die Temperatur des zugeführten Mediums ungefähr 24°C bzw. Zimmertemperatur
beträgt
und der Sammelabschnitt auf eine Temperatur von ungefähr 35°C erwärmt wird.
Für die Temperatur
des Mediums im Sammelbereich ergibt sich dann für eine übliche Streichfarbe ein Sättigungsdampfdruck
von ungefähr
56 hPa, so dass bei diesem Druck, insbesondere bei noch geringerem Druck,
bei welchem das Medium dann kocht, das Herauslösen von Gas unterstützt wird.
Allgemein kann festgestellt werden, dass die Vorrichtung vorteilhaft so
ausgebildet sein kann, dass sie mit einem Druck im Inneren der Unterdruckkammer
gleich oder kleiner als einem Sättigungsdampfdruck
des Mediums betreibbar ist.
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Die
Temperieranordnung kann alternativ oder zusätzlich auch einen Abschnitt
der Einlassanordnung oder einen in Fließrichtung des Mediums stromaufwärts der
Einlassanordnung angeordneten Abschnitt der Vorrichtung kühlen. Durch
die Verringerung der Temperatur des Mediums sinkt auch der zugeordnete
Sättigungsdampfdruck,
so dass die Vorrichtung mit einem niedrigeren Druck betrieben werden
kann. Bei geringerem Druck ist weniger Gas in dem Medium gelöst, so dass
die Effektivität
der Entgasung größer ist.
Die Kühlung
des Mediums im Bereich des Einlasses ist besonders dann zweckmäßig, wenn
das Medium beispielsweise aufgrund eines vorangehenden Herstellungs-
oder Aufbereitungsprozesses erhöhte
Temperatur aufweist.
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Allgemein
kann die Temperieranordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung so eingerichtet
sein, dass sie Abschnitte oder Bauteile der Vorrichtung, die in
Kontakt mit dem zu entgasenden Medium treten, temperiert. Eine Kühlung dieser
Abschnitte bzw. Bauteile ist von Vorteil, da auf diese Weise Ablagerungen von
Medium in diesen Bereichen reduziert werden und somit die Wartung
der Vorrichtung erleichtert wird. So kann die Temperieranordnung
zumindest einen Abschnitt einer die Unterdruckkammer umgebenden
Wand kühlen
bzw. die Temperatur von Medium führenden
Elementen oder damit wechselwirkenden Elementen im Inneren der Unterdruckkammer steuern/regeln.
Dazu zählen
beispielsweise auch Rücklaufbleche
bzw. Rücklauftrichter,
welche an den Wänden
der Unterdruckkammer montiert sind, um Medium von einem höher liegenden
Verteilelement auf ein tiefer liegendes Verteilelement zu führen.
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Die
Effektivität
der Temperieranordnung kann gesteigert werden, wenn die Unterdruckkammer
von einer Doppelwandung umgeben ist. Eine von der Umgebungstemperatur
abweichende Temperatur der Unterdruckkammer kann auf diese Weise mit
geringerem Energieaufwand eingestellt bzw. aufrecht erhalten werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird daran gedacht, einen Abschnitt der Antriebseinheit, ein Lager
oder ein der Antriebseinheit zugeordnetes Übertragungsglied mit der Temperieranordnung
zu kühlen,
um an diesen Abschnitten während
des Betriebs auftretende Reibungswärme abzuführen.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
der oben beschriebenen Art ist vorteilhaft derart eingerichtet,
dass mit ihr ein flüssiges
oder pastöses
Medium entgast werden kann, welches wenigstens ein Bindemittel und
wenigstens ein Pigment umfasst und vorzugsweise einen Feststoffgehalt
zwischen 50 und 80 Gew.-% oder/und eine Viskosität zwischen 700 und 4000 mPa
aufweist. Es hat sich gezeigt, dass für solche Medien mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
eine besonders effektive Entgasung erzielt wird.
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Nach
einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die oben genannte
Aufgabe durch eine Autragsvorrichtung gelöst, welche wenigstens ein Auftragswerk
zum Auftragen eines flüssigen
oder pastösen
Mediums, insbesondere einer Streichfarbe, zum Beschichten eines
Substrats, insbesondere einer Papierbahn, einer Kartonbahn oder
dergleichen, sowie eine Vorrichtung der vorstehend beschriebenen,
erfindungsgemäßen Art
umfasst, wobei das Auftragswerk direkt oder indirekt an der Auslassanordnung
angeschlossen oder anschließbar
ist. Das Auftragswerk kann auf diese Weise mit dem entgasten Medium
beschickt werden und ermöglicht
den Auftrag des Mediums mit hoher Qualität als Film auf einem Untergrund.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der oben genannten Auftragsvorrichtung weist das Auftragswerk, welches
als Vorhang-Auftragswerk ausgeführt
sein kann, eine Schlitzdüse
auf, welche das Medium direkt oder indirekt auf das Substrat abgibt. Bei
einem Auftrag mittels Schlitzdüse,
insbesondere bei einem Vorhang-Auftragswerk, ist eine gründliche Entgasung
des Auftragsmediums für
die Qualität
des Auftrags besonders wichtig.
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Nach
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die oben genannte
Aufgabe gelöst
durch ein Verfahren zum Entgasen eines flüssigen oder pastösen Mediums,
insbesondere einer Streichfarbe zum Beschichten eines Substrats,
insbesondere einer Papierbahn, einer Kartonbahn oder dergleichen,
umfassend die Schritte: Einlassen des Mediums, so dass es im Wesentlichen
gleichzeitig über
eine ein Zentrum des mindestens einen Verteiltellers umlaufende
Linie oder Fläche
verteilt auf die Oberfläche
des Verteiltellers abgegeben wird, Verteilen des Mediums im Inneren
der Unterdruckkammer und Auslassen des Mediums aus der Unterdruckkammer.
Das Verfahren umfasst nach der Entgasung des Mediums vorzugsweise
ferner den Schritt: Spülen
der Unterdruckkammer mit einem Spülmedium.
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Durch
ein solches Verfahren lassen sich die oben für die erfindungsgemäße Vorrichtung
beschriebenen Vorteile einer effektiveren Entgasung und einer einfacheren
Wartung erzielen. Durch den Schritt des Spülens der Unterdruckkammer wird
eine effektive Reinigung der Vorrichtung zu Wartungszwecken ermöglicht.
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Üblicherweise
werden die angegebenen Schritte zur Entgasung bzw. Entlüftung des
Mediums gleichzeitig durchgeführt,
da das Medium in der Regel kontinuierlich zugeführt, entgast und abgeführt wird.
Solch ein Entgasungs- bzw. Entlüftungsbetrieb kann
im Prinzip beliebig lange aufrecht erhalten werden. Je nach Produktionserfordernissen
sind Betriebsdauern von einigen Stunden bis zu einigen Tagen üblich. Betreffend
die Verteilung des Mediums ist darauf hinzuweisen, dass es nicht
wichtig ist, dass die Verteilung gleichmäßig ist. Es kommt vor allem darauf
an, dass das Medium eine große
Oberfläche erhält, so dass
die Entlüftungswirkung
verbessert ist. Ist der Entlüfter
bzw. Entgaser nicht im Entgasungs- bzw. Entlüftungsbetrieb, so kann er dann
für einen später durchzuführenden
erneuten Entlüftungs-
bzw. Entgasungsbetrieb gereinigt werden durch Spülen der Unterdruckkammer. Dies
kann manuell oder – vorzugsweise – automatisiert
erfolgen. Solch eine Reinigung ist insbesondere dann auch wichtig,
wenn verschiedene Medien zu entgasen sind. Ferner ist es auch für die Verwendung
eines Entlüfters
nur in Bezug auf ein Medium zweckmäßig, zu reinigen, damit keine
Mediumreste oder Bestandteile des Mediums zurückbleiben, die später nur
noch schwer entfernt werden können
und die Qualität
später
zugeführten Mediums
beeinträchtigen
oder auch den Entlüftungsbetrieb
stören
könnten.
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Wenn
das erfindungsgemäße Verfahren durch
eine Steuer-/Regeleinheit automatisiert ausgeführt wird, wobei die Steuer-/Regeleinheit
nach einem Unterbrechen der Zufuhr des Mediums die Zufuhr des Spülmediums
startet, um den Schritt des Spülens
der Vorrichtung durchzuführen,
so kann das Verfahren automatisch oder halbautomatisch ablaufen,
so dass die Vorrichtung nacheinander zunächst in einem Medium-Kreislauf
arbeitet, in welchem das zu entgasende Medium durch die Vorrichtung
geleitet wird, und anschließend
in einen Spül-Kreislauf
schaltet, in welchem der Durchlauf von Medium unterbrochen wird
und stattdessen Spülmittel durch
die Vorrichtung geleitet wird. Der Spülvorgang wird schließlich manuell
oder automatisch nach einer vorgebbaren Zeit gestoppt.
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Ferner
stellt die vorliegende Erfindung nach einem weiteren Aspekt ein
Auftragsverfahren unter Verwendung einer vorstehend beschriebenen
Vorrichtung bzw. Auftragsvorrichtung bereit, mit welchem ein flüssiges oder
pastöses
Medium, insbesondere eine Streichfarbe, als Beschichtung auf ein
Substrat, insbesondere eine Papierbahn, eine Kartonbahn oder dergleichen,
aufgetragen werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Entlüftungsvorrichtung nach einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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2a und 2b zeigen
schematisch in perspektivischer Darstellung bzw. in Draufsicht eine Einlassanordnung
der in 1 gezeigten Vorrichtung.
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3a zeigt
eine schematische Schnittansicht einer Entgasungsvorrichtung gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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3b zeigt
schematisch die Einlassanordnung der in 3a gezeigten
Vorrichtung in einer Ansicht gemäß Linie
III-III in 3a.
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4 bis 6 zeigen
schematische Schnittansichten einer Entgasungsvorrichtung gemäß einem
dritten, vierten bzw. fünften
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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In 1 ist
eine Vorrichtung zum Entgasen einer Streichfarbe zum Beschichten
einer Papierbahn allgemein mit 10 bezeichnet. Die Vorrichtung 10 umfasst
eine Unterdruckkammer 12, welche über einen Unterdruckanschluss 14 an
eine in der Figur nicht dargestellte Unterdruckquelle angeschlossen ist,
um Luft aus dem Inneren der Unterdruckkammer 12 abzusaugen.
Die Unterdruckkammer 12 ist von einer hermetisch abgedichteten
Wand 16 umgeben, und weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
eine im Wesentlichen zylindrische Form mit im Betrieb vertikaler
Mittelachse, kegelstumpfförmig
zulaufender Deckenwandung 18 sowie kegelstumpfförmig zulaufender
Bodenwandung 20 auf.
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In 1 nicht
dargestellt sind ein Schauglas, welches in der Wand 16 der
Unterdruckkammer 12 an geeigneter Stelle angeordnet und
hermetisch gegenüber
der Wand 16 abgedichtet ist, sowie weitere Kontrollelemente
für den
Betrieb der Unterdruckkammer, insbesondere ein Anschluss für eine Druckmessung
oder ein Anschluss für
einen Vakuumbrecher, der eine kontrollierte und schnelle Aufhebung
des Unterdrucks in der Unterdruckkammer 12 erlaubt.
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Eine
allgemein mit 22 bezeichnete Einlassanordnung ist über einen
Anschluss 24 an einer in 1 nicht
dargestellten Einrichtung zur Bereitstellung des zu entgasenden
Mediums angeschlossen, um das Medium in die Unterdruckkammer einzuführen. Dazu
wird die Wand 16 von einem Kanal 26 durchsetzt,
welcher in einem in radialer Richtung mittleren Abschnitt der Unterdruckkammer 12 in
einem Abgabekopf 30 endet. Der im Folgenden noch näher zu beschreibende
Abgabekopf 30 umfasst eine Mehrzahl von Düsen 32,
welche das Medium jeweils in Form von Strahlen 34 in das
Innere der Unterdruckkammer abgeben.
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Das
in die Unterdruckkammer 12 eingebrachte Medium durchläuft anschließend eine
Verteilanordnung 36 und sammelt sich schließlich unter Schwerkrafteinfluss
in einem Sammelbereich 38 am Boden der Unterdruckkammer 12,
um anschließend durch
eine Auslassanordnung 40 aus der Unterdruckkammer abgeführt zu werden.
Die Auslassanordnung 40 ist an ein Auftragswerk, z. B.
ein Vorhang-Auftragswerk, Curtain coater mit Slot- oder Slide-Düse mit 1:1-Direktauftrag,
angeschlossen, um das entgaste Medium auf ein Substrat aufzutragen.
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Die
Verteilanordnung 36 umfasst einen ersten Verteilteller 42,
einen zweiten Verteilteller 44 und einen dritten Verteilteller 46,
alle von im Wesentlichen gleicher Konstruktion, welche horizontal
orientiert sind und in vertikaler Richtung übereinander angeordnet sind.
Die Verteilteller weisen jeweils eine flache, kreisrunde, planare
Scheibe auf, deren Zentrum Z im Wesentlichen auf der Zylinderachse
der zylindrischen Wand 16 der Unterdruckkammer 12 liegt.
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Die
Verteilteller 42, 44, 46 sind jeweils
in ihrem Zentrum an einer Drehwelle 48 befestigt, die in einem
oberen Abschnitt der Unterdruckkammer 12 fliegend drehbar
gelagert ist und durch eine Antriebseinrichtung 50 drehend
angetrieben wird. Als vertikaler Wandabschnitt umläuft den
Rand eines jeden Verteiltellers 42, 44, 46 ein
streifenförmiges
Sieb 52, welches an dem Rand des jeweiligen Verteiltellers 42, 44, 46 befestigt
ist, so dass es sich mit dem jeweiligen Verteilteller 42, 44, 46 mitdreht.
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Radial
außerhalb
des ersten und zweiten Verteiltellers 42, 44 sind
an der Innenseite der Wand 16 Rückführtrichter 54, 56 befestigt,
welche von solcher Form und Größe sind,
dass Medium, welches vom Rand der zugeordneten Verteilteller 42, 44 in eine
Richtung radial nach außen,
in eine Richtung vertikal nach unten oder in eine dazwischen verlaufende
Richtung (mit sowohl radial nach außen als auch vertikal nach
unten verlaufenden Richtungskomponenten) abgegeben wird, auf die
Rückführtrichter 54, 56 trifft
und durch diese radial nach innen über einen darunter liegenden
Verteilteller 44, 46 geführt wird.
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Die
Einlassanordnung 22 wird unter Bezugnahme auf 2a und 2b im
Folgenden näher erläutert. In
dem Abgabekopf 30 zweigt der Kanal 26 im Inneren
der Einlassanordnung 22 in zwei Kanäle im Inneren zweier paralleler
Arme 58, 60 auf, welche in einem Abstand oberhalb
des obersten Verteiltellers 42 parallel zu diesem verlaufen.
Jeder der Arme 58, 60 weist an seiner Unterseite
zwei Düsen 32 auf, an
welchen das Medium aus dem Abgabekopf 30 in die Unterdruckkammer 12 austritt und
als Strahl 34 auf die Oberfläche des Verteiltellers 42 auftrifft.
Die Strahlform der von den Düsen 32 abgegebenen
Mediumstrahlen ist in der Draufsicht der 2b gut
zu erkennen. Anzumerken ist dabei, dass zwar in 2a und 2b von
den Düsen 32 jeweils
eine Mehrzahl von durchgehenden oder gestrichelten Linien ausgehen,
diese Linien jedoch lediglich der Illustrierung der Strahlform dienen
und nicht linienförmige Einzelstrahlen
repräsentieren.
Stattdessen fächern die
Düsen 32 das
Medium mehr oder weniger gleichmäßig über den
durch die äußersten
Strahllinien in den Figuren gezeigten Bereich auf.
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Wie
in 2b zu sehen ist, fächern die Düsen 32 den Mediumstrahl
so weit auf, dass zumindest eine ringförmige Fläche F am Rand 62 des
Verteiltellers 42 vollständig mit dem Medium benetzt
wird. Mit anderen Worten wird das Medium durch die Düsen 32 in
Form einer Mehrzahl von Strahlen 34 auf Abschnitte der
Oberfläche
des Verteiltellers 42 abgegeben, die über eine um das Zentrum Z umlaufende Ringfläche F verteilt
sind.
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Um
die gewünschte
Strahlform der Erfindung, etwa die in 2b gezeigte
Strahlform, zu erzielen, kann die Austrittsgeometrie der Düsen 32 entsprechend
geformt sein oder die Orientierung der Düsen 32 entsprechend
eingestellt sein. In diesem Zusammenhang können Flachstrahldüsen, Zungendüsen oder
Schaufeldüsen
zum Einsatz kommen, welche einen flachen Strahl, einen kegelförmigen Strahl oder
einen anderweitig aufgeweiteten Strahl von Medium erzeugen. Abweichend
von den in 2a und 2b verwendeten
vier Düsen
können
auch eine andere Anzahl von Düsen,
insbesondere drei, fünf oder
sechs Düsen
auf einer Kreisbahn um das Zentrum Z herum verteilt angeordnet sein.
Der von jeder Düse
auf dem Verteilteller 42 benetzte Winkelbereich wird dann
durch entsprechende Wahl des Auffächerungswinkels der Düse und des
Abstands der Düse vom
Verteilteller 42 so eingerichtet, dass eine umlaufende
vollständige
Benetzung zumindest in einer ringförmigen Zone auf dem Verteilteller 42 sichergestellt
ist. Vorteilhaft ist der Auffächerungswinkel
auch etwas größer, so
dass sich geringfügige Überlappungsbereiche 64 bilden,
an welchen Auftragsmedium von zwei benachbarten Düsen 32 auftrifft.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
gemäß 1 und 2a, 2b arbeitet
wie folgt. Durch die Einlassanordnung 22 ingeführtes Medium
wird durch die Düsen 32 auf
dem obersten rotierenden Verteilteller 42 verteilt aufgetragen
und bewegt sich durch die Zentrifugalkraft radial nach außen. Das
auf das Sieb 52 auftreffende Medium tritt durch dieses hindurch
und wird radial nach außen
in Richtung der Wand 16 der Unterdruckkammer 12 geschleudert. Dabei
trifft das Medium auf den Rückführtrichter 54, welcher
es wieder in Richtung der Drehwelle 48 zurückführt und
oberhalb des darunter liegenden zweiten Verteiltellers 44 abgibt.
Das auf den zweiten Verteilteller 44 somit auftreffende
Medium wird in analoger Weise über
das Sieb des zweiten Verteiltellers 44 und den zweiten
Rückführtrichter 56 auf
den darunter liegenden dritten Verteilteller 46 übergeben,
von welchem es gegen die Wand 16 der Unterdruckkammer 12 geschleudert
wird. Von dort fließt
das Medium als Film entlang der konischen Bodenwandung 20 zu dem
Sammelabschnitt 38, um über
die Auslassanordnung 40 aus der Unterdruckkammer 12 abgeführt zu werden.
Während
des Aufenthalts des Mediums in der Unterdruckkammer 12 und
seiner Bewegung über
die Verteilteller 42, 44, 46, die zugeordneten Siebe 42,
die Rückführtrichter 54, 56 und
die Wand 16 findet das Herauslösen von Gasen aus dem Medium
statt, so dass an der Auslassanordnung 40 ein entgastes
Medium bereitgestellt wird.
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3a und 3b zeigen
ein zweites Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Abgabekopf 30' durch zwei
im Wesentlichen halbkreisförmig
gebogene Arme 58', 60' gebildet, welche
parallel zum Verteilteller 42 so angeordnet sind, dass
sie sich im Wesentlichen zu einem Vollkreis ergänzen. Die als hohle Rohre ausgebildeten
Arme 58', 60' weisen an ihrer Unterseite
eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 32' auf, so dass
sich eine kreisförmige
Anordnung von Austrittsöffnungen 32' um das Zentrum
Z des Verteiltellers 42 herum ergibt. Aus den Austrittsöffnungen 32' treten im Betrieb
jeweils dünne,
im Wesentlichen vertikal verlaufende Strahlen 34' von Auftragsmedium
senkrecht auf die Oberfläche
des Verteiltellers 42.
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Aufgrund
der engen Nachbarschaft der Austrittsöffnungen 32' und somit der
Strahlen 34' vereinigen
sich je nach Anzahl der Öffnungen
entweder benachbarte Strahlen 34' nach Abgabe aus den Austrittsöffnungen 32' zu einem zylindrischen
Vorhang, der als geschlossene Linie/Ringfläche auf die Oberfläche des
Verteiltellers 42 trifft, oder Medium benachbarter Strahlen 34 vereinigt
sich bei oder unmittelbar nach dem Auftreffen auf dem Verteilteller 42 und
bildet somit eine geschlossene Benetzungsfläche, die ringförmig um
das Zentrum Z verläuft.
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In 3a ist
ferner eine Temperieranordnung 66 zu erkennen, welche an
einem oberen Abschnitt der Unterdruckkammer 12 angeordnet
ist, um einen Lagerabschnitt der Drehwelle 48, die Drehwelle 48 sowie
weitere angrenzende Teile der Vorrichtung zu kühlen. Dazu umfasst die Temperieranordnung 66 einen
die Drehwelle 48 umlaufenden Kanal 68, in welchem
ein Kühlfluid
zirkuliert. Andere dem Fachmann bekannte Anordnungen zur lokalen
Kühlung
können
alternativ verwendet werden.
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Das
in 3a gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet
sich vom ersten Ausführungsbeispiel ferner
dadurch, dass in der Unterdruckkammer 12 nur ein Verteilteller 42 angeordnet
ist, so dass von diesem Verteilteller abgegebenes Medium von der Innenwand
der Unterdruckkammer 12 direkt in den Sammelabschnitt 38 abläuft.
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4 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, in welchem die Außenwandung der Unterdruckkammer 12 durch
eine Doppelwandung mit einer äußeren Wand 16a und
einer inneren Wand 16b gebildet ist. Zwischen äußerer Wand 16a und
innerer Wand 16b kann ein Isoliermedium eingefügt sein
oder ein Unterdruck aufrecht erhalten werden, um eine Wärmeübertragung
zwischen den Wänden 16a, 16b zu
reduzieren. Die Anordnung des dritten Ausführungsbeispiels ermöglicht eine
gute Wärmeisolation
der inneren Wand 16b oder der im Inneren der Unterdruckkammer 12 angeordneten
Bauteile und unterstützt
somit die Effektivität
einer Temperieranordnung, welche die Temperatur eines dieser Bauteile
oder der inneren Wand 16b einstellt.
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5 zeigt
ein viertes Ausführungsbeispiel der
Erfindung, welches eine Heizeinrichtung 70 zum Heizen des
Sammelabschnitts 38 der Vorrichtung umfasst.
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Die
Heizeinrichtung 70 ist im guten thermischen Kontakt mit
der Außenseite
der konischen Bodenwandung 20 der Unterdruckkammer 12 angebracht,
um die erzeugte Wärme über die
Bodenwandung 20 an das sich in dem Sammelabschnitt 38 sammelnde
Medium abzugeben. Als Heizeinrichtung 70 kommt etwa ein
dem Fachmann bekanntes Widerstands-Heizelement oder ein von einem
geheizten Fluid durchströmter
Kanal in Betracht.
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6 zeigt
ein fünftes
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, in welchem, vergleichbar mit dem ersten
Ausführungsbeispiel
gemäß 1, im
Inneren der Unterdruckkammer 12 eine Mehrzahl von Verteiltellern 42, 44, 46 drehbar
angeordnet sind. Die in 6 gezeigte Vorrichtung umfasst
eine Temperieranordnung 66'', mit welcher
ein Abschnitt der Einlassanordnung 22 sowie Medium führende Abschnitte
der Wand 16 der Unterdruckkammer 12 gekühlt werden.
Speziell läuft
ein erster Kühlkanal 68a um
einen Abschnitt des Zuleitungskanals 26'',
der außerhalb
der Unterdruckkammer 12 liegt, zweite Kühlkanäle 68b umlaufen ringförmig eine
Außenseite der
Wand 16 der Unterdruckkammer 12 jeweils in Höhe der oberen
Verteilteller 42, 44, und ein dritter Kühlkanal 68c umläuft ringförmig die
Außenseite
der Wand 16 der Unterdruckkammer 12 in einer Höhe des untersten
Verteiltellers 46.
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Die
Kühlkanäle 68a, 68b, 68c werden
von einem Kühlmedium
durchströmt
und sind entweder Teil eines gemeinsamen Kühlmediumkreislaufs, so dass sie
durch ein einziges Kühlaggregat
(nicht gezeigt) betrieben werden können, oder gehören einzelnen Kühlmediumkreisläufen an,
so dass die Temperatur einzelner Abschnitte der Vorrichtung separat
eingestellt werden kann.
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Die
Kühlkanäle 68a, 68b, 68c sind
in der oben beschriebenen Weise so angeordnet, dass sie Medium führende Abschnitte
der Vorrichtung kühlen, so
dass einer Anlagerung von Medium entgegengewirkt wird und somit
die Wartung der Vorrichtung erleichtert wird. Die zweiten Kühlkanäle 68b kühlen dabei
insbesondere die Rücklauftrichter 54, 56,
gegen welche das von den gedrehten Verteiltellern 42, 44 abgeschleuderte
Medium prallt. Um eine effektive Kühlung auch der von der Wand 16 abstehenden
Abschnitte der Rückführtrichter 54 zu
gewährleisten, sind
die Rückführtrichter 54 aus
einem wärmeleitfähigen Material
gebildet. Weiterhin sind die Rückführtrichter 54, 56 vorzugsweise
zweiteilig ausgeführt,
um Montage und Wartung derselben zu vereinfachen.