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Die Erfindung betrifft einen Walzenbezug für eine Auftragswalze zur Beschichtung einer laufenden Papier-, Karton- oder anderen Faserstoffbahn mit Auftragsmedium, wie Leim, Starke oder Streichfarbe sowie eine solche Auftragswalze.
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Solche Walzen sind üblicherweise in Auftragswerken, wie Streichaggregaten zu finden, die Teil von Maschinen zur Herstellung einer Faserstoffbahn wie Papier, Karton oder Tissuebahn sind. In Auftragswerken bilden zumindest zwei Walzen miteinander einen Walzenspalt (Nip) aus, durch den die zu beschichtende Faserstoffbahn, z.B. in einem freien Zug, also ohne Unterstützung von unten, gegeben wird. Wenigstens eine dieser Walzen ist dann eine Auftragswalze. Das heißt, sie überträgt im Bereich des Nips ein Auftragsmedium auf die Faserstoffbahn. Das Auftragswerk erzeugt bei bestimmungsgemäßem Betrieb eine gleichmäßige Filmschicht aus Auftragsmedium über deren gesamte Breite auf der Faserstoffbahn.
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Bei den heutigen Auftragswerken werden die Oberflächen der Auftragswalzen so ausgeführt, dass sie eine gute Benetzbarkeit für das Auftragsmedium haben, in anderen Worten durchgehend über deren Umfang hydrophil sind. Dies führt dazu, dass, nach dem Durchlauf durch den Nip, also im Nipauslauf, eine verhältnismäßig große Menge an Auftragsmedium weiterhin auf der Oberfläche des Walzenbezugs derartiger Auftragswalzen haften bleibt. Bei besonders hydrophilen Auftragsmedien hat dies einerseits den Nachteil, dass die Transferrate des Auftragsmediums auf die Faserstoffbahn pro Umdrehung der Auftragswalze gesehen relativ gering ist. Andererseits wird durch die sich drehende Auftragswalze das Auftragsmedium infolge der Zentrifugalkräfte nach außen beschleunigt und verwirbelt. Infolgedessen lösen sich im Nipauslauf Tröpfchen an Auftragsmedium von der Auftragswalze und werden dort aufgewirbelt. Er tritt eine unerwünschte Nebelbildung des Auftragsmediums auf. Die aufgewirbelten Tröpfchen setzten sich mitunter auf die Faserstoffbahn ab und führen zu unerwünschten Effekten darauf. Das Ergebnis ist z.B. ein gestrichenes Papier, dessen Oberflächenqualitat ungleichmäßig erscheint.
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Je nach Kundenwunsch werden derartige Auftragswerke auch mit unterschiedlichen Auftragsmedien betrieben. Diese Auftragsmedien unterscheiden sich dabei meist hinsichtlich ihrer chemischen Eigenschaften, wie z.B. der Oberflächenspannung oder Viskosität. Bei Verwendung z.B. hydrophil eingestellter Walzen bringt dies den Nachteil mit sich, dass die Benetzbarkeit auf der Auftragswalze von Auftragsmedium zu Auftragsmedium schwankt. Dies äußert sich dann in der Transferrate. Ein vergleichsweise hydrophobes Auftragsmedium benetzt die Auftragswalze weniger gut, löst sich jedoch leichter vom hydrophilen Walzenbezug. Ein vergleichsweise hydrophiles Auftragsmedium wird stärker am Walzenbezug gebunden und gibt daher weniger Auftragsmedium an die Faserstoffbahn ab. In beiden Fällen ist die Transferrate vergleichsweise gering.
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Die vorliegende Erfindung betrifft die eingangs genannten gattungsgemäßen Gegenstände.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Auftragswerk sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb anzugeben, welches die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. lnsbesondere liegt die Aufgabe darin, einerseits eine vergleichsweise hohe Transferrate des Auftragsmediums auf die Faserstoffbahn im Betrieb der Auftragswalze zu gewährleisten und andererseits die genannte Nebelbildung zu vermeiden.
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Die Aufgabe wird mit dem Auftragswerk und dem Verfahren zu dessen Betrieb gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelost. Besonders bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Eine erfindungsgemäße Walze, wie Auftragswalze, im Sinne der Erfindung umfasst einen Walzenkörper, der abschnittsweise oder über seine vollständige Länge als Zylinder oder Hohlzylinder ausgeführt ist sowie den erfindungsgemäßen Walzenbezug. Generell weisen derartige Auftragswalzen einen Walzenkörper aus einem Metall, wie Stahl oder auch aus einem Faserverbundwerkstoff auf, welcher mit einem ein- oder mehrschichtigen Walzenbezug versehen wird. Eine solche Auftragswalze ist derart eingerichtet, dass sie zur Beschichtung einer Faserstoffbahn mit einem Auftragsmedium dient. Das bedeutet, dass deren Umfangsfläche im bestimmungsgemäßen Betrieb des Auftragswerks Auftragsmedium aufzunehmen und an die Faserstoffbahn abzugeben vermag. Anders ausgedrückt kommt im bestimmungsgemäßen Betrieb der Walzenbezug bzw. die Funktionsschicht in direkten Kontakt mit dem Auftragsmedium, jedoch nie in Kontakt mit der Faserstoffbahn selbst.
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Auftragsmedium im Sinne der Erfindung kann ein flüssiges bis pastöses Medium, wie Leim, Stärke, Streichfarbe oder ähnliches sein. Das Auftragsmedium ist derart eingerichtet, dass es – zumindest nach der Beschichtung, also nach Verlassen des Nips oder des Auftragswerks – dauerhaft auf der Faserstoffbahn haften bleibt. Nach einer anschließenden Trocknung bildet das Auftragsmedium eine dauerhafte Schicht oder einen Film auf der Faserstoffbahn. Das Auftragsmedium kann ein Gemisch auf Wasserbasis sein.
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Ein Walzenbezug im Sinne der Erfindung weist zumindest eine radial äußerste Schicht auf, welche auch als Funktionsschicht bezeichnet wird. Die Anbindung des Walzenbezugs an den Walzenkörper kann durch einen sogenannten Baselayer (auch Haftvermittlungsschicht genannt) hergestellt werden. Ein derartiger Baselayer ist dann Teil des Walzenbezugs und ist bevorzugt unmittelbar auf die radial äußerste Oberfläche des Walzenkörpers aufgebracht. In Radialrichtung gesehen kann hierauf dann die eigentliche Funktionsschicht aufgebracht sein. Zwischen Baselayer und Funktionsschicht können weitere Zwischenschichten vorgesehen sein. Auch der Baselayer und/oder die Funktionsschicht selbst kann/können aus mehreren, in Radialrichtung übereinander angeordneten Einzelschichten hergestellt sein. Anders ausgedrückt kann der Walzenbezug mehrschichtig ausgebildet sein. Als fertiger Walzenbezug gilt ein Walzenbezug, der bereit für den bestimmungsgemäßen Betrieb ist, also vollständig ausgehärtet und eventuell spanend bearbeitet ist, um auf dessen Mantelfläche etwaige Oberflächenstrukturen vorzusehen.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter Funktionsschicht jener Abschnitt des Walzenbezuges verstanden, der im bestimmungsgemäßen Betrieb des Walzenbezuges mittelbar (direkt) oder unmittelbar (indirekt, z.B. über weitere Mittel wie die Faserstoffbahn oder in Form von ungewollten Spritzern des Auftragsmediums) mit dem Auftragsmedium in Kontakt kommt, also diesem aussetzbar ist. Im Allgemeinen ist dies die radial äußerste Oberfläche (Mantelfläche) der Funktionsschicht, welche im bestimmungsgemäßem Betrieb temporär oder ständig in Kontakt mit dem Auftragsmedium kommt. Der Walzenbezug, die Funktionsschicht bzw. deren Mantelfläche ist folglich derart ausgeführt, dass sie eine das Auftragsmedium aufnehmenden Oberfläche bildet, von welcher das Auftragsmedium auf die zu beschichtende Faserstoffbahn übertragbar ist. Die Funktionsschicht kann aus einem Polymer, bevorzugt einem elastomeren Polymer hergestellt sein.
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Der Walzenbezug kann dabei, wie dem Fachmann bekannt ist, beispielsweise durch ein Rotationsgussverfahren, durch Extrusion oder im sogenannten Standgussverfahren hergestellt sein. Bei ersterem wird die Mischung aus Polymer bzw. Polymerkomponenten aus einer relativ entlang der Längsachse der zu beschichtenden Walzenkörpers verfahrbaren Düse unter gleichmäßiger Rotation des Walzenkörpers aufgetragen. Der Walzenbezug kann folglich urformend, also durch Gießen hergestellt sein. Er kann sich über den Umfang des Walzenkörpers als geschlossene Funktionsschicht erstrecken.
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Unter einer Faserstoffbahn im Sinne der Erfindung ist ein Gelege bzw. Gewirre von Fasern, wie Holzfasern, Kunststofffasern, Glasfasern, Kohlenstofffasern, Zusatzstoffen, Additiven oder dergleichen zu verstehen. So kann die Faserstoffbahn beispielsweise als Papier-, Karton- oder Tissuebahn ausgebildet sein, die im Wesentlichen Holzfasern umfassen, wobei geringe Mengen anderer Fasern oder auch Zusatzstoffe und Additive vorhanden sein können.
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Mit Funktionsmaterial im Sinne der Erfindung ist ein Material gemeint, welches durch Energieeintrag von außen seine Benetzbarkeit wechselt. Es kann derart ausgeführt sein, dass es wahlweise von einem für Auftragsmedium hydrophilen in einen für Auftragsmedium hydrophoben Zustand versetzbar ist, oder umgekehrt. Der Wechsel zwischen diesen zwei Zuständen ist damit reversibel änderbar. Das Funktionsmaterial kann im bestimmungsgemäßem Betrieb der Auftragswalze oder des Auftragswerks derart eingerichtet sein, dass es ohne Energieeintrag eine vergleichsweise hohe Benetzbarkeit für Auftragsmedium aufweist, d.h. z.B. es in einem hydrophilen Zustand vorliegt. Beim Zuführen von Energie könnte das Funktionsmaterial dann seine Benetzbarkeit für Auftragsmedium reduzieren, also z.B. von einem vergleichsweise hydrophilen in einen vergleichsweise hydrophoben Zustand wechseln. Grundsätzlich wäre es denkbar, dass das Funktionsmaterial derart ausgeführt sein könnte, dass es auch umgekehrt, bei einer Nicht-Zufuhr von Energie eine relativ hohe Benetzbarkeit aufweist, wohingegen es bei Zufuhr von Energie eine vergleichsweise niedrige Benetzbarkeit für Auftragsmedium zeigt. In beiden Fällen würde das Funktionsmaterial derart ausgeführt sein, dass es bei Wegnahme der Energie bzw. bei Nicht-Zufuhr selbstständig in seinen entsprechenden Ausgangszustand zurückkehrt, also unidirektional schaltbar wäre. Selbstverständlich wäre es auch denkbar, dass das Funktionsmaterial derart eingerichtet ist, dass es bidirektional schaltbar wäre. Letzteres bedeutet, dass das Funktionsmaterial auf einen ersten Energieeintrag hin seinen Zustand von z.B. von einer vergleichsweise niedrigen Benetzbarkeit (z.B. hydrophob) zu einer vergleichsweise hohen Benetzbarkeit (z.B. hydrophil) wechselt und auf einen zweiten Energieeintrag hin seinen Zustand hierzu entgegengesetzt von also von einer hohen zu einer niedrigen Benetzbarkeit ändert.
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Das Funktionsmaterial kann ein auf einen Energieeintrag reagierendes Material sein. So kann es auf elektromagnetische Energie wie Licht oder magnetische Energie infolge einer elektrischen Induktion oder Wärmeenergie reagieren, um seine Benetzbarkeit mit Auftragsmedium zu andern. Das Funktionsmaterial kann grundsätzlich ein Polymer sein. Es kann ausgewählt sein aus Poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPA oder PNIPAAM), photo-responsive Verbindungen umfassend Azobenzol (azobenzene, AZO) oder Mischungen daraus. Es kann aber auch Titandioxid (TiO2) umfassen, sodass es z.B. durch Licht zu einer Änderung seiner Benetzbarkeit anregbar ist.
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Wenn im Sinne der Erfindung von Benetzbarkeit die Rede ist, dann ist damit die Benetzbarkeit des Walzenbezugs für das Auftragsmedium gemeint. Die Benetzbarkeit hängt von der Oberflächenspannung (bzw. Oberflächenenergie) des Auftragsmediums ab. Die Oberflächenspannung kann einerseits als eine ziehende Kraft, die an der Oberfläche einer Flüssigkeit lokalisiert ist und ihre Wirkungsrichtung parallel zur Flüssigkeitsoberfläche hat, verstanden werden. Andererseits kann diese umschrieben werden als die Energie, die benötigt wird, um die Flüssigkeitsoberfläche des Auftragsmediums um eine Einheitsfläche zu vergrößern. Die Benetzbarkeit kann durch den Kontaktwinkel (Youngsche Gleichung), der sich aus der Wechselwirkung von Auftragsmedium und Walzenbezug ergibt, gemessen werden. Je kleiner dabei der Kontaktwinkel ist, desto größer ist die Benetzbarkeit. Um zu beurteilen, ob ein Tropfen von Auftragsmedium sich auf einer Oberfläche wie dem Walzenbezug ausbreitet, vergleicht man die Kohäsionskräfte innerhalb des Tropfens mit den Adhäsionskräften gegenüber der Oberfläche. Überwiegen die Adhäsionskräfte die Kohäsionskräfte bei weitem, wird der Tropfen sich auf der Oberfläche vollständig ausbreiten, er wird sie vollständig benetzen. In der Praxis ist es jedoch so, dass die Kohäsionskräfte des Auftragsmediums nicht beliebig geändert werden können. Vielmehr sind sie durch den Einsatz des Auftragsmediums, z.B. einer speziellen Streichfarbe, vorgegeben.
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Hydrophil im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet die Eigenschaft des Funktionsmaterials eine Anziehungskraft auf das Auftragsmedium auszuüben. Ist das Auftragsmedium auf Basis von Wasser hergestellt, so bedeutet hydrophil, dass es das Wasser darin anzieht. Hydrophob hingegen bedeutet, dass das Funktionsmaterial verglichen zum hydrophoben Zustand abstoßend für das Auftragsmedium, z.B. für Wasser ist. Hydrophil kann z.B. bedeuteten, dass das Funktionsmaterial verglichen zu seinem hydrophoben Zustand eine größere resultierende Anziehungskraft auf dasselbe Volumen des Auftragsmediums erzeugt.
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Wenn im Sinne der Erfindung von "überwiegend hydrophil" oder "überwiegend hydrophob" gesprochen wird, dann ist stets die entsprechende Eigenschaft der Umfangsfläche des Walzenbezugs gemeint, die in diesem Teil – also lokal – deutlich messbar hervortritt. Das bedeutet, dass ein überwiegend hydrophiler Walzenbezug beispielsweise jeweils hinsichtlich seines Umfangs gesehen lokal besonders stark hydrophil, an anderen Stellen jedoch weniger hydrophil sein kann.
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Die Begriffe hydrophob, überwiegend hydrophob, hydrophil und überwiegend hydrophil umschreiben eine relative Eigenschaft des Walzenbezugs. Sie sind damit eine Umschreibung des Begriffs Benetzbarkeit bzw. Oberflächenspannung. Bei einem hydrophoben Zustand des Walzenbezugs überwiegen die Kohäsionskräfte des Auftragsmediums die Adhäsionskräfte des Walzenbezugs, sodass das Auftragsmedium vom Walzenbezug mehr oder weniger abgestoßen wird. Der Walzenbezug weist in diesem Fall zumindest lokal eine niedrigere Benetzbarkeit für das Auftragsmediums auf.
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Wenn gemäß der Erfindung also davon die Rede ist, dass das Funktionsmaterial bzw. der Walzenbezug hinsichtlich seine Benetzbarkeit z.B. von einem hydrophoben in einen hydrophilen Zustand (reversibel) versetzbar ist oder umgekehrt, ist damit gleichbedeutend gemeint, dass dessen Adhäsionskräfte – bei vorgegebenen Kohäsionskräften des Auftragsmediums (zumindest lokal) erhöht oder erniedrigt werden.
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Ist im Sinne der vorliegenden Erfindung die Rede davon, dass "das Funktionsmaterial der Funktionsschicht zugeordnet" ist, so wird darunter verstanden, dass das Funktionsmaterial einerseits separat zu der Funktionsschicht vorgesehen, jedoch mit dieser verbunden ist. Dies kann z.B. durch Beschichtung der Funktionsschicht mit dem Funktionsmaterial erreicht werden. Andererseits kann darunter verstanden werden, dass das Funktionsmaterial einteilig mit der Funktionsschicht ausgebildet, also urformend gemeinsam mit dieser hergestellt bzw. in diese eingebettet ist. In jedem Fall ist das Funktionsmaterial dauerhaft mit der Funktionsschicht verbunden.
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Dauerhaft bedeutet, dass dieses über seine Lebensdauer gesehen fest mit der Funktionsschicht verbunden ist. Das Funktionsmaterial wird also bei der Herstellung der Walze in die Funktionsschicht ein- bzw. auf diese (bevorzugt einmalig) aufgebracht.
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Wenn im Sinne der vorliegenden Erfindung von "im Bereich des Nips" die Rede ist, dann ist die Erstreckung des Nips in Laufrichtung der Faserstoffbahn (Niplänge), als auch eine Erstreckung in Laufrichtung unmittelbar vor dem Nip (Nipeinlauf) und in Laufrichtung unmittelbar nach dem Nip (Nipauslauf) gemeint. Nipeinlauf und Nipauslauf können ihrerseits ein Vielfaches (z.B. Ein-, Zwei-, Drei-, Vier-, Fünf-, Zehn, Zwanzig-, Fünfzig-, Hundertfaches, usw.) der Niplänge betragen. Mit Nipeinlauf und Nipauslauf kann jeweils der von den radial äußeren Oberflächen der zumindest zwei den Nip ausbildenden Walzen aufgespannte Raum verstanden werden. Der aufgespannte Raum kann in Draufsicht auf die Längsachsen der genannten Walzen gesehen jeweils vom Nip aus beidseitig (in Richtung Nipeinlauf und Nipauslauf) entlang der Bogenlinie der Oberflächen der Walzen begrenzt werden und sich in der gewählten Draufsicht gesehen vom Mittelpunkt des Nips aus gemessen in Verlängerung der hindurchgeführten Faserstoffbahn zu beiden Seiten des Nips erstrecken.
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Unter Transferrate wird im Sinne der Erfindung das Verhältnis der von der Auftragswalze aufgenommenen und von dieser an die Faserstoffbahn abgegebenen Menge verstanden, bezogen auf eine volle Umdrehung der Auftragswalze um ihre Längsachse im bestimmungsgemäßen Betrieb des Auftragswerks. Grundsätzlich hängt die von der Auftragswalze aufgenommene Menge von der vom jeweiligen Auftragsaggregat an die Auftragswalze abgegebenen Menge ab. In der Regel ist die letztgenannte Menge im bestimmungsgemäßem Betrieb des Auftragswerks, also z.B. während der Drehung der Auftragswalze konstant. Die Erfindung zielt damit nicht auf eine Einstellung der vom Auftragsaggregat abgegebenen Menge, sondern eben auf die von der Auftragswalze aufgrund ihrer Benetzbarkeit tatsächlich aufgenommene oder aufnehmbare Menge an Auftragsmedium. Die Transferrate kann bezogen auf eine gleichbleibende Fläche, wie einen Teil der Umfangsfläche der Auftragswalze gemessen werden. Dies kann z.B. durch Messung der vor dem Nip (z.B. im Nipeinlauf) auf dieser Fläche haftenden und nach dem Nip (z.B. im Nipauslauf) auf dieser Fläche verbleibenden Menge an Auftragsmedium erfolgen. Die verbleibende Menge kann hinsichtlich Volumen, Masse oder einer hieraus abgeleiteten Messgröße erfasst werden. Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Auftragswerks. Das erfindungsgemäße Auftragswerk kann derart eingerichtet sein, dass es die einzelnen Verfahrensschritte durchführen kann. Hierzu kann eine entsprechende Steuerung vorgesehen sein.
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Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines Auftragswerks in eine Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn wie einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn.
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Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung eine Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn wie einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn umfassend ein erfindungsgemäßes Auftragswerk.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ohne Einschränkung der Allgemeinheit naher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine stark schematisierte Darstellung eines Auftragswerks mit zwei Auftragswalzen in einer Seitenansicht;
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2a, 2b jeweils eine stark schematisierte, unmaßstäbliche und teilgeschnittene Darstellung durch eine weitere Ausführungsform einer Auftragswalze von 1.
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In der 1 ist ein Auftragswerk 1, wie Streichaggregat, das Teil einer nicht gezeigten Papier-, Karton- oder Tissuemaschine sein kann, in einer Seitenansicht schematisch dargestellt. Das Auftragswerk 1 ist hier zur indirekten Beschichtung einer laufenden Faserstoffbahn 2 mit Auftragsmedium 3 ausgeführt. Indirekt bedeutet, dass das Auftragsmedium 3 nicht unmittelbar auf die zu beschichtende Faserstoffbahn 2, sondern zunächst – also mittelbar – auf Walzen wie Auftragswalzen 5, 6 aufgetragen wird. Das Auftragswerk 1 umfasst vorliegend zwei zueinander hinsichtlich ihrer Längsachsen parallel angeordnet, miteinander einen Nip 4 bildende, sich in Pfeilrichtung (jeweils zueinander gegenläufig) um ihre Längsachse drehende Walzen, die vorliegend beide als Auftragswalzen 5 und 6 ausgeführt sind. Im Nip 4 wälzen beide Auftragswalzen 5, 6 mittelbar über die Faserstoffbahn 2 aufeinander ab, sind also nicht in direktem Kontakt zueinander sondern durch die Faserstoffbahn 2 voneinander getrennt. Die Faserstoffbahn 2 wird im freien Zug – also ohne Unterstützung dieser mittels z.B. einer Bespannung – durch das Auftragswerk 1, genauer durch den Nip 4 durchgeführt. Im Nip 4 liegt sie unmittelbar auf den Umfangsflächen der Auftragswalzen 5, 6 an.
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Im vorliegenden Fall weisen die beiden dargestellten Auftragswalzen 5 und 6 jeweils einen erfindungsgemäßen Walzenbezug 5a, 6a auf. Der Walzenbezug 5a, 6a ist auf einem jeweiligen Walzenkörper 5b, 6b aufgebracht und umfasst zumindest eine Funktionsschicht 10 (siehe 2a und 2b).
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Zur Beschichtung der Faserstoffbahn 2 mit Auftragsmedium 3 (z.B. Leim, Stärke oder eine Streichfarbe) ist hier jeweils jeder Auftragswalze 5, 6 (genau) ein separates Auftragsaggregat 7, 8 zugeordnet. Mittels des Auftragsaggregats 7, 8 wird das Auftragsmedium 3 bereitgestellt. Das Auftragsaggregat 7, 8 ist direkt der entsprechenden Auftragswalze 5, 6 gegenüberliegend angeordnet, sodass das Auftragsmedium 3 auf die radial äußerste Oberfläche (Mantelfläche bzw. Umfangsfläche) des Walzenbezugs 5a, 6a der jeweiligen Auftragswalze 5, 6 aufgebracht werden kann. Das Aufbringen erfolgt in Laufrichtung L der zu beschichtenden Faserstoffbahn 2 (bzw. in Drehrichtung der Auftragswalze 5, 6 gesehen) vor dem Nip 4, also auf dem Teil der Umfangsfläche des Walzenbezuges 5a, 6a, der zwischen dem jeweiligen Auftragsaggregat 7, 8 und dem Nip 4 verlauft.
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Das von der Umfangsfläche des Walzenbezugs 5a, 6a aufgenommene Auftragsmedium 3 wird danach im Nip 4 an die jeweilige Bahnseite der durch den Nip 4 sich in Laufrichtung L bewegenden Faserstoffbahn 2 übertragen. Bei beidseitigem Auftrag auf die Bahnseiten 2a und 2b – wie in 1 dargestellt – sind also beide Auftragsaggregate 7 und 8 gegen die Auftragswalzen 5 und 6 angestellt. Bei nur einseitigem Auftrag auf eine der beiden Bahnseiten 2a oder 2b ist ein Auftragsaggregat von der Auftragswalze abgeschwenkt, was allerdings hier nicht dargestellt ist.
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Der in Laufrichtung der Faserstoffbahn 2 bzw. der Umdrehung der Auftragswalzen 5, 6 dem Nip 4 unmittelbar vorgelagerte (punktiert dargestellte) Bereich stellt den Nipeinlauf 4.1 dar. Hingegen bezeichnet der entsprechend dem Nip 4 unmittelbar nachgeordnete ebenfalls punktiert dargestellte Bereich den Nipauslauf 4.2. In der gewählten Darstellung werden Nipeinlauf 4.1 und Nipauslauf 4.2 von dem zwischen den einander gegenüberliegenden Umfangsflächen der Auftragswalzen 5, 6 begrenzten Raum gebildet. Nipeinlauf 4.1 und Nipauslauf 4.2 stellen den Bereich um den Nip 4 dar. Dieser Bereich erstreckt sich also in der gezeigten Darstellung beidseitig des Nips 4 entlang der Begrenzung der Auftragswalzen 5, 6, also entlang deren punktierter Kreisbogenlinie. Die Länge der punktierten Kreisbogenlinie von Nipeinlauf 4.1 und Nipauslauf 4.2 kann jeweils ein Vielfaches der Niplänge des Nips 4 (durch die fetten Linien angedeutet) betragen.
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Um eine gewünschte, vorgegebene Transferrate an Auftragsmedium 3 auf die Faserstoffbahn 2 einzustellen, wird gemäß der Erfindung eine vorbestimmte Benetzbarkeit der Auftragswalzen 5, 6 im bestimmungsgemäßen Betrieb des Auftragswerks 1 eingestellt. Die letztgenannte Einstellung erfolgt in Anlehnung an das Auftragsmedium 3 selbst. Dazu ist das Auftragswerk 1 derart eingerichtet, dass die Auftragswalzen 5, 6 hinsichtlich ihrer Aufnahme und Abgabe von Auftragsmedium 3 auf das Auftragsmedium 3 speziell abgestimmt sind.
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So zeigen die 2a und 2b jeweils in einer teilgeschnittenen und stark schematisierten sowie unmaßstäblichen Darstellung senkrecht zur Längsachse durch die Auftragswalze 5, 6 von 1 den Aufbau des Walzenbezuges 5a, 6a jeweils in einer Ausführungsform der Erfindung. Der Walzenbezug 5a, 6a umfasst vorliegend einen radial inneren Baselayer 9 und eine darauf aufgebrachte, radial äußere Funktionsschicht 10. Obwohl dies nicht dargestellt ist, könnten Baselayer 9 und/oder Funktionsschicht 10 jeweils aus mehreren Einzelschichten aufgebaut sein.
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Wie in 2a durch die Punktierung angedeutet, weist die Funktionsschicht 10 ein Funktionsmaterial auf. Letzteres ist vollständig über die gesamte Funktionsschicht 10 verteilt und in dieser eingebettet. Gemäß der Ausführungsform der 2b ist das Funktionsmaterial separat zur Funktionsschicht 10 vorgesehen. Es bildet ebenfalls eine Schicht aus, welche im vorliegenden Fall in Radialrichtung auf der Funktionsschicht 10 angeordnet ist und zugleich die radial äußerste Oberfläche des Walzenbezugs 5a, 6a bildet. Diese ist jene Oberfläche, die im bestimmungsgemäßen Betrieb des Auftragswerks 1 unmittelbar mit dem Auftragsmedium 3 in Kontakt kommt.
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Unabhängig von der Ausführungsform in den 2a und 2b ist das Funktionsmaterial derart gewählt, dass dessen Benetzbarkeit mit Auftragsmedium 3 wahlweise zwischen einer vergleichsweise geringen Benetzbarkeit (hydrophob) und einer vergleichsweise hohen Benetzbarkeit (hydrophil) einstellbar ist. Diese wahlweise Einstellung kann im bestimmungsgemäßen Betrieb des Auftragswerks 1 erfolgen, also während sich die wenigstens eine Auftragswalze 5, 6 um ihre Längsachse dreht.
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Die Benetzbarkeit über den gesamten Walzenbezug 5a, 6a sollte wie folgt gewählt sein: Einerseits sollte die Benetzbarkeit des Walzenbezugs 5a, 6a zur Aufnahme des Auftragsmediums 3 vergleichsweise hoch sein, um vergleichsweise viel Auftragsmedium 3 auf- oder mitnehmen zu können. Andererseits sollte die Benetzbarkeit jedoch derart niedrig sein, dass nach der Abgabe des Auftragsmediums 3 an die Faserstoffbahn 2 vergleichsweise wenig Auftragsmedium 3 am Walzenbezug 5a, 6a verbleibt. Dieses Optimum der Benetzbarkeit liefert die bestmögliche Transferrate an Auftragsmedium 3 auf die Faserstoffbahn 2. Es ist jedoch auch stark abhängig von den Eigenschaften des Auftragsmediums 3, wie dessen Oberflächenspannung. Das von den Auftragsaggregaten 7, 8 bereitgestellte Auftragsmedium 3 kann eine durch dessen chemische Zusammensetzung vorbestimmte Oberflächenspannung aufweisen.
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Vorliegend erfolgt die Auf- oder Mitnahme des Auftragsmediums 3 durch den Walzenbezug 5a, 6a zumindest im Bereich zwischen dem Auftragsaggregat 7, 8 und dem Nip 4 in Laufrichtung der Faserstoffbahn 2 gesehen vor dem Nip 4. Eine vergleichsweise hohe Benetzbarkeit in diesem Bereich sorgt dafür, dass eine vergleichsweise große Menge an Auftragsmedium 3 von dem Teil der Mantelfläche der Auftragswalze 5, 6 mitgenommen wird. Um andererseits eine relativ große Abgabe des Auftragsmediums 3 auf die Faserstoffbahn 2 zu erzielen, sollte die Benetzbarkeit jedoch so vergleichsweise niedrig sein, dass dann im Bereich des Nips 4 bzw. innerhalb des Nips 4 relativ viel Auftragsmedium 3 auf die Faserstoffbahn 2 übertragen wird. Diese beiden Anforderungen werden dadurch erreicht, dass eine optimale Benetzbarkeit des Walzenbezuges 5a, 6a über den gesamten Umfang der Auftragswalze 5, 6 während des bestimmungsgemäßen Betriebs aktiv eingestellt wird. Zur Einstellung der genannten Benetzbarkeit ist dem Auftragswerk 1 eine Energiequelle 11 zugeordnet, die Teil des Auftragswerks 1 sein kann. Erstere ist hier der Auftragswalze 5 direkt gegenüberliegend angeordnet und zwar derart, dass sie Energie auf die Umfangsfläche der Auftragswalze 5, hier auf die Umfangsfläche des Walzenbezugs 5a emittieren kann.
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Im vorliegenden Fall ist die Energiequelle 11 derart in Drehrichtung der Auftragswalze 5 gesehen hinter dem Nip 4 bzw. hinter dem Nipauslauf 4.2 und zugleich noch in derselben Drehrichtung gesehen vor dem Auftragsaggregat 7 angeordnet bzw. auf den genannten Teil der Umfangsfläche des Walzenbezugs 5a hinsichtlich eines Energieeintrags ausgerichtet. Selbstverständlich könnte auch eine weitere, nicht gezeigte Energiequelle analog auch der Auftragswalze 6 zugeordnet sein. Diese könnte dann auch im Umfangsbereich zwischen dem Nipauslauf 4.2 und dem Auftragsaggregat 8 angeordnet sein bzw. Energie auf diesen Bereich ausstrahlen.
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Die Energiequelle 11 ist auf das Funktionsmaterial angepasst. Das bedeutet, sie emittiert eine solche Energieform, welche das Funktionsmaterial zu einer entsprechenden Änderung der Benetzbarkeit anregt. So kann das Funktionsmaterial derart ausgeführt sein, dass es infolge einer von der Energiequelle 11 ausgesendeten magnetischen, elektrischen, elektromagnetischen oder Wärmeenergie dessen Benetzbarkeit ändert.
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Zur Einstellung einer vorbestimmten Energiemenge ist die Energiequelle 11 über einen drahtlosen oder drahtgebundenen Kommunikationskanal (hier gestrichelt dargestellt) mit einer Steuerung 12 verbunden bzw. verbindbar. Die Steuerung 12 kann dem Auftragswerk 1 zugeordnet oder Teil desselben sein. Die Steuerung 12 kann weiter eine nicht dargestellte Recheneinheit und einen Speicher aufweisen.
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So kann mittels der Steuerung 12 eine vorbestimmte Transferrate des Auftragsmediums 3 auf die Faserstoffbahn 2 eingestellt werden. Dazu wird aus der vorgegebenen Oberflächenspannung des eingesetzten Auftragsmediums 3 von der Steuerung 12 eine Energiemenge vorbestimmt. Diese Energiemenge ist jene Menge, welche die Energiequelle 11 liefern muss, um durch Energieeintrag in den Walzenbezug 5a, 6a eine vorbestimmte Benetzbarkeit für Auftragsmedium 3 einzustellen. Anders ausgedrückt wird mittels der Steuerung 12 die notwenige Energiemenge in Abhängigkeit der Oberflächenspannung des Auftragsmediums 3 bestimmt. Dabei kann es sich z.B. um eine proportionale Abhängigkeit handeln, sodass eine vergleichsweise höhere Oberflächenenergie eine vergleichsweise höhere Energiemenge erfordert. Das Aussenden einer solchen vorbestimmten Energiemenge von der Energiequelle 11 kann kontinuierlich während des bestimmungsgemäßen Betriebs erfolgen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Funktionsmaterial derart eingerichtet, dass es nach der Bestrahlung durch die Energiequelle 11 selbsttätig wieder in den Zustand zurückkehrt, den es von der Bestrahlung – also dann als diesem keine Energie durch die Energiequelle 11 zugeführt wurde – hatte. Die Energiequelle 11 dient dann zum Aufrechterhalten der z.B. mittels der Steuerung 12 eingestellten, vorbestimmten Benetzbarkeit.
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Anstelle der einen gezeigten, können bevorzugt auch mehrere über den Umfang der wenigstens einen Auftragswalze 5, 6 angeordnete Energiequellen 11 vorgesehen sein. Selbstverständlich kann die wenigstens eine Energiequelle 11 auch quer zur Laufrichtung L der Faserstoffbahn 2 verfahrbar sein. Dann kann die Umfangsfläche des Walzenbezugs 5a, 6a sukzessive mit der vorbestimmten Energiemenge bestrahlt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Auftragswerk
- 2
- Faserstoffbahn
- 2a
- Oberseite der Faserstoffbahn
- 2b
- Unterseite der Faserstoffbahn
- 3
- Auftragsmedium
- 4
- Nip
- 5
- Auftragswalze
- 5a
- Walzenbezug
- 5b
- Walzenkörper
- 5.1, 5.2
- Walzenrand
- 6
- Auftragswalze
- 6a
- Walzenbezug
- 6b
- Walzenkörper
- 7, 8
- Auftragsaggregat
- 9
- Baselayer
- 10
- Funktionsschicht
- 11
- Energiequelle
- 12
- Steuerung
- L
- Laufrichtung
