DE102015218673A1

DE102015218673A1 - Verfahren zum Betreiben eines Auftragswerks

Info

Publication number: DE102015218673A1
Application number: DE102015218673.3A
Authority: DE
Inventors: Alexander Etschmaier; Uwe Fröhlich; Hermann Reichert; Marcella Renzulli; Karl-Hans Runkel; Michael Straub
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2015-09-29
Filing date: 2015-09-29
Publication date: 2017-03-30
Anticipated expiration: 2035-09-30
Also published as: DE102015218673B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Walzenbezug für eine Auftragswalze zur Beschichtung einer Faserstoffbahn mit einem Auftragsmedium, umfassend eine Funktionsschicht, die dem Auftragsmedium aussetzbar ist, ein Funktionsmaterial, das durch Energieeintrag von außen von einem hydrophilen in einen hydrophoben Zustand versetzbar ist, oder umgekehrt, wobei das Funktionsmaterial der Funktionsschicht zugeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Walzenbezug für eine Auftragswalze zur Beschichtung einer laufenden Papier-, Karton- oder anderen Faserstoffbahn mit Auftragsmedium, wie Leim, Stärke oder Streichfarbe sowie eine solche Auftragswalze.
Solche Walzen sind üblicherweise in Auftragswerken, wie Streichaggregaten zu finden, die Teil von Papier-, Karton- oder Tissuemaschinen 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.
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. Dies hat 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. Infolge dessen lösen sich im Nipauslauf Tröpfchen an Auftragsmedium von der Auftragswalze und werden dort aufgewirbelt. Er tritt eine ungewünschte 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 Oberflächenqualität ungleichmäßig erscheint.
Die vorliegende Erfindung betrifft die eingangs genannten gattungsgemäßen Gegenstände.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Walzenbezug und eine Auftragswalze anzugeben, welcher/welche die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Insbesondere 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.
Die Aufgabe wird mit dem Walzenbezug und der Auftragswalze gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Besonders bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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, weder direkt noch indirekt.
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.
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 oder Haftvermittlungsschicht 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.
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.
Der Walzenbezug kann dabei, wie dem Fachmann bekannt ist, beispielsweise durch ein Rotationsgussverfahren hergestellt sein. Dabei wird das Polymer aus einer relativ entlang der Längsachse des zu beschichtenden Walzenkörpers verfahrbaren Düse unter gleichmäßiger Rotation des Walzenkörpers aufgetragen. Der Walzenbezug kann folglich urformend, also durch Geißen hergestellt sein. Er kann sich über den Umfang des Walzenkörpers als geschlossene Funktionsschicht erstrecken.
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.
Mit Funktionsmaterial im Sinne der Erfindung ist ein Material gemeint, welches durch Energieeintrag von außen wahlweise von einem hydrophilen in einen hydrophoben Zustand versetzbar ist, oder umgekehrt. Der Wechsel zwischen diesen zwei Zuständen ist damit reversibel änderbar. Es kann im bestimmungsgemäßem Betrieb der Auftragswalze oder des Auftragswerks derart eingerichtet, dass ohne Energieeintrag ein hydrophiler Zustand vorliegt. Beim Zuführen von Energie könnte das Funktionsmaterial vom hydrophilen in einen hydrophoben Zustand wechseln. Grundsätzlich wäre es denkbar, dass das Funktionsmaterial derart ausgeführt sein könnte, dass es auch umgekehrt, bei einer Nicht-Zufuhr von Energie einen hydrophoben Zustand aufweist, wohingegen es bei Zufuhr von Energie in einen hydrophilen Zustand wechselt. 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 hydrophob nach hydrophil wechselt und auf einen zweiten Energieeintrag hin seinen Zustand hierzu entgegengesetzt von z.B. hydrophil nach hydrophob ändert.
Das Funktionsmaterial kann ein auf einen Energieeintrag reagierendes Material sein. So kann es auf elektromagnetische Energie wie Licht oder magnetische Energie infolge einer Induktion oder Wärmeenergie reagieren, um seine Benetzbarkeit mit Auftragsmedium zu ändern. 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.
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 z.B. einer speziellen Streichfarbe vorgegeben.
Der Walzenbezug bzw. die Auftragswalze ist gemäß der Erfindung derart ausgeführt, dass – bei bestimmungsgemäßem Betrieb der Walze – ein Teil der Umfangsfläche des Walzenbezugs überwiegend hydrophil und gleichzeitig ein Teil überwiegend hydrophob ist. Dabei kann der hydrophobe Teil nur einen Bruchteil der gesamten Umfangsfläche der Funktionsschicht ausmachen.
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.
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.
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. De Walzenbezug weist in diesem Fall zumindest lokal eine niedrigere Benetzbarkeit für das Auftragsmediums auf.
Wenn gemäß der Erfindung also davon die Rede ist, dass das Funktionsmaterial bzw. der Walzenbezug 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.
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 ist, 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.
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.
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.
Ferner betrifft die Erfindung auch ein eingangs genanntes Auftragswerk, wie Streichaggregat umfassend zumindest eine erfindungsgemäße Auftragswalze.
Auch betrifft die Erfindung die Verwendung einer erfindungsgemäßen Auftragswalze in einem erfindungsgemäßen Auftragswerk.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Auftragswerks. Letzteres kann derart eingerichtet sein, dass es die einzelnen Verfahrensschritte durchführen kann.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung eine Papier-, Karton- oder Tissuemaschine umfassend ein erfindungsgemäßes Auftragswerk.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ohne Einschränkung der Allgemeinheit näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine stark schematisierte Darstellung eines Auftragswerks mit zwei Auftragswalzen in einer Seitenansicht;
2a, 2b jeweils eine stark schematisierte, unmaßstäbliche und teilgeschnittene Darstellung durch eine weitere Ausführungsform einer Auftragswalze von 1.
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 angeordnete, 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 geführt. Im Nip 4 liegt sie unmittelbar auf den Umfangsflächen der Auftragswalzen 5, 6 an.
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).
Zur Beschichtung der Faserstoffbahn 2 mit Auftragsmedium 3 (z.B. Leim, Stärke oder eine Streichfarbe) ist hier jeweils jeder Auftragswalze 5, 6 ein Auftragsaggregat 7, 8 zugeordnet. 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 und 6a der jeweiligen Auftragswalze 5 und 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 verläuft.
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.
Der in Laufrichtung der Faserstoffbahn 2 bzw. der Umdrehung der Auftragswalzen 5, 6 dem Nip 4 unmittelbar vorgelagerte punktierte Bereich stellt den Nipeinlauf 4.1 dar. Hingegen bezeichnet der entsprechend dem Nip 4 unmittelbar nachgeordnete punktierte 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) sein.
Um die Benetzbarkeit der Auftragswalzen 5, 6 im bestimmungsgemäßen Betrieb des Auftragswerks 1 einzustellen, sind einerseits die Auftragswalzen 5, 6 und andererseits das Auftragswerk 1 speziell aufeinander abgestimmt.
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.
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. Die Schicht ist an der radial äußeren Oberfläche der Funktionsschicht 10 dauerhaft aufgebracht. Dauerhaft bedeutet, dass diese über ihre Lebensdauer gesehen fest mit der Funktionsschicht 10 verbunden ist.
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. Anders ausgedrückt ist die Auftragswalze 5, 6 derart ausgeführt, dass ein Teil der Umfangsfläche des Walzenbezugs 5a, 6a überwiegend hydrophil und gleichzeitig ein Teil überwiegend hydrophob sein kann. Bevorzugt ist dabei, wenn die Mantelfläche der Auftragswalze 5, 6 zumindest im Bereich zwischen dem Auftragsaggregat 7, 8 und dem Nip 4 in Laufrichtung der Faserstoffbahn 2 gesehen vor dem Nip 4 hydrophil ist. In diesem Fall kann eine vergleichsweise große Menge an Auftragsmedium 3 von dem Teil der Mantelfläche der Auftragswalze 5, 6 mitgenommen werden. Um andererseits eine relativ große Transferrate des Auftragsmediums 3 auf die Faserstoffbahn 2 zu erzielen, sollte dann im Bereich des Nips 4 bzw. innerhalb des Nips 4 selber die Benetzbarkeit des Walzenbezugs 5, 6 hinsichtlich des Auftragsmediums geringer sein als davor. Diese beiden Anforderungen werden dadurch erzielt, dass die Benetzbarkeit des Walzenbezuges 5a, 6a von dem Auftragswerk 1 eingestellt wird. Dazu ist dem Auftragswerk 1 eine Energiequelle 11 zugeordnet, die Teil des Auftragswerks 1 sein kann.
Mittels der Energiequelle 11 kann dem Funktionsmaterial des Walzenbezugs 5a, 6a Energie zugeführt werden, sodass dessen Benetzbarkeit vor dem Nip 4 und dessen Benetzbarkeit nach dem Nip 4 wahlweise und zueinander entgegengesetzt einstellbar ist. Damit ist eine wechselweise Umschaltung eines hydrophilen Zustands des Funktionsmaterial in Laufrichtung der Faserstoffbahn 2 vor dem Nip 4 in einen hydrophoben Zustand im bzw. nach dem Nip 4 möglich. Dadurch, dass das Funktionsmaterial im Nip 4 hydrophob wird, wird das Auftragsmedium von der Mantelfläche des Walzenbezugs 5a, 6a abgestoßen und kann daher einfacher auf die Faserstoffbahn 2 transferiert werden.
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.
Die Energiequelle 11 ist hier direkt oberhalb des Nips 4 angeordnet. In diesem Fall kann die Auftragswalze 5, 6 als Hohlzylinder ausgeführt sein, sodass die Energiequelle 11 stationär – also nicht mit der Auftragswalze 5, 6 mitrotiert – innerhalb der Auftragswalze 5, 6, genauer innerhalb deren Radialbegrenzung angeordnet sein könnte. Sie könnte derart ausgeführt sein, dass sie durch den Mantel des Hohlzylinders eine entsprechende Energie in den Nip 4 aussendet. Die Energiequelle könnte jedoch auch im Nipeinlauf 4.1 angeordnet sein. Die Energiequelle 11 kann derart ausgeführt sein, dass sie sich über die gesamte Länge der Auftragswalze 5, 6 erstreckt oder aber nur einen Bruchteil dieser betragen und dann relativ zu der Auftragswalze 5, 6 entlang des Nips 4 verschiebbar ausgeführt sein.
Vorliegend ist genau eine Energiequelle 11 vorgesehen. Das Funktionsmaterial ist daher derart eingerichtet, dass es nach der Bestrahlung durch die Energiequelle 11 – bzw. nach dem Durchgang durch den Nip 4 – selbsttätig wieder in den Zustand zurückkehrt, den es von der Bestrahlung – also dann als diesem keine Energie durch die Energiequelle 11 zugeführt wurde – hatte. In diesem Fall ist das der hydrophile Zustand. Anders ausgedrückt ist die Auftragswalze 5, 6 ohne eine Energiezufuhr hydrophil und wird erst durch eine solche hydrophob.
Bevorzugt könnten auch mehrere, über den Umfang der wenigstens einen Auftragswalze 5, 6 angeordnete Energiequellen 11 vorgesehen sein. Bevorzugt kann dann im Bereich des Nipauslaufs 4.2 oder in Drehrichtung der entsprechenden Auftragswalze 5, 6 gesehen noch weiter dahinter eine solche zusätzliche Energiequelle 11 (hier gestrichelt dargestellt) vorgesehen sein. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Funktionsmaterial derart ausgeführt ist, dass es nach der Energiezufuhr durch die erste, im oder vor dem Nip 4 angeordnete Energiequelle 11 nicht selbsttätig in den hydrophoben Zustand zurückkehrt. Dann ist eine solche zweite Energiequelle 11 nötig, um das Funktionsmaterial nach dem Durchgang durch den Nip 4 wieder in seinen hydrophilen Zustand zu verbringen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung (nicht dargestellt) sind genau zwei solcher Energiequellen 11 vorgesehen.
Unabhängig davon, ob das Funktionsmaterial nun so ausgeführt ist, dass es selbsttätig in seinen Ausgangszustand hinsichtlich dessen Benetzbarkeit zurückkehrt oder nicht, ist im bestimmungsgemäßen Betrieb des Auftragswerks 1 stets ein Teil der Mantelfläche der Auftragswalze 5, 6 gleichzeitig hydrophil und hydrophob. Der Teil der Mantelfläche der (überwiegend) hydrophil ist, kann ein Vielfaches des Teils der Mantelfläche sein, der zur gleichen Zeit (überwiegend) hydrophob ist.
Bezugszeichenliste

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
L: Laufrichtung

Claims

Walzenbezug für eine Auftragswalze (5, 6) zur Beschichtung einer Faserstoffbahn (2) mit einem Auftragsmedium (3), umfassend eine Funktionsschicht (10), die dem Auftragsmedium (3) aussetzbar ist, ein Funktionsmaterial, das durch Energieeintrag von außen von einem hydrophilen in einen hydrophoben Zustand versetzbar ist, oder umgekehrt, wobei das Funktionsmaterial der Funktionsschicht (10) zugeordnet ist.
Walzenbezug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht (10) ein Polymer wie Polyurethan, Gummi, Epoxywerkstoffe oder Mischungen davon umfasst oder daraus hergestellt ist.
Walzenbezug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionsmaterial in der Funktionsschicht (10) eingebettet ist.
Walzenbezug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionsmaterial an der radial äußeren Oberfläche der Funktionsschicht (10), bevorzugt dauerhaft aufgebracht ist.
Walzenbezug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenbezug derart eingerichtet ist, dass ein direkt mit dem Auftragsmedium (3) in Kontakt kommender Flächenabschnitt des Walzenbezugs (5a, 6a) durch Energieeintrag von außen wahlweise von einem hydrophilen in einen hydrophoben Zustand versetzbar ist, oder umgekehrt.
Walzenbezug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionsmaterial funktionelle Gruppen, wie Fluorverbindungen umfasst.
Walzenbezug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionsmaterial ausgewählt ist aus Poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPA), Azobenzol (AZO) oder Mischungen daraus.
Auftragswalze (5, 6) zur Beschichtung einer Faserstoffbahn (2) mit einem Auftragsmedium (3), umfassend einen Walzenkörper (5b, 6b) und einen darauf angeordneten Walzenbezug (5a, 6a), wobei der Walzenbezug (5a, 6a) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgeführt ist.
Auftragswerk (1) zur Beschichtung einer Faserstoffbahn (2) mit einem Auftragsmedium (3), umfassend zumindest eine Auftragswalze (5, 6) gemäß Anspruch 8.
Auftragswerk (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragswerk zumindest zwei Walzen umfasst, die miteinander einen Nip (4) bilden, durch den die Faserstoffbahn (2) führbar ist, wobei zumindest eine der Walzen als Auftragswalze (5, 6) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgeführt ist, und dem Auftragswerk (1) zumindest eine Energiequelle (11), bevorzugt zwei Energiequellen (11) zugeordnet ist, die im Bereich des Nips (4) angeordnet ist, sodass durch Energieeintrag von außen das der Funktionsschicht (10) zugeordnete Funktionsmaterial zumindest im Bereich des Nips (4) wahlweise von einem hydrophilen in einen hydrophoben Zustand versetzbar ist, oder umgekehrt.
Auftragswerk (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer Walze ein Auftragsaggregat (7, 8) zum Auftragen des Auftragsmediums (3) auf diese zugeordnet ist, und das Auftragsaggregat (7, 8) derart angeordnet ist, dass Auftragsmedium (3) auf die Umfangsfläche der wenigstens einen Walze in Laufrichtung der Faserstoffbahn (2) gesehen vor dem Nip (4) auftragbar ist.
Auftragswerk (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (11) derart ausgeführt ist, dass diese elektrische, magnetische, elektromagnetische oder Wärmeenergie abgibt.
Verwendung einer Auftragswalze (5, 6) nach Anspruch 8 in einem Auftragswerk (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 12.
Verfahren zum Betreiben eines Auftragswerks (1), das nach einem der Ansprüche 9 bis 12 ausgeführt ist, umfassend die folgenden Schritte: a) Auftragen von Auftragsmedium (3) auf die wenigstens eine Walze in Laufrichtung der Faserstoffbahn (2) gesehen vor dem Nip (4), wobei das der Funktionsschicht (10) zugeordnete Funktionsmaterial in einem hydrophilen Zustand eingestellt ist; b) Durchführen der Faserstoffbahn (2) durch den Nip (4); c) Eintragen von Energie von außen in den Walzenbezug (5a, 6a) im Bereich des Nips (4), sodass der Walzenbezug (5a, 6a) im Bereich des Nips (4) vom hydrophilen in den hydrophoben Zustand wechselt.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Laufrichtung der Faserstoffbahn (2) gesehen hinter dem Nip (4), der Walzenbezug (5a, 6a) derart eingestellt wird, dass dieser vom hydrophoben wieder in den hydrophilen Zustand wechselt.