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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschichten einer laufenden
Materialbahn mit einem Gießbehälter, der
- – eine
Gießfläche zur
Abgabe des Beschichtungsmaterials in einem frei fallenden Vorhang,
- – zumindest
eine sich quer zur Bahnlaufrichtung erstreckende Verteilkammer mit
einer Zufuhr für Beschichtungsmaterial
und einem Austrittsschlitz auf die Gießfläche und
- – zwei
seitliche, sich nach unten erstreckende Führungselemente für die Ränder des
Vorhangs aufweist.
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Zum
Beschichten laufender Materialbahnen, wie Papier- oder Kartonbahnen,
Kunststoff- oder
Metallfolien sind sogenannte Curtain-Coater bekannt, bei denen das
Beschichtungsmaterial (Kunststoffdispersionen, Pigmentstreichfarbe
etc.) aus einer Schlitzdüse
in einem freifallenden Vorhang auf die Materialbahn aufgetragen
wird. Werden zwei oder mehr Schichten gleichzeitig aufgetragen,
so werden bevorzugt sogenannte Gleitflächengießer (englisch: Slide Hopper)
verwendet, bei denen die verschiedenen Schichten zunächst auf
einer Gleitfläche übereinander
gelegt werden, von der sie gemeinsam in einem frei fallenden Vorhang
ablaufen. Um einen stabilen und über
die Beschichtungsbreite gleichmäßigen Vorhang
zu erzeugen, werden die beiden Vorhangränder jeweils von einem sich
von den Gießbehälter bis
in die Nähe
der Materialbahn erstreckenden Führungselement
geführt.
Bei der im US-Patent 4,135,477 beschriebenen Vorrichtung der gattungsgemäßen Art
sind die Führungselemente
als Teil der Seitenplatten des Gießbehälters gestaltet.
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Aus
der WO 01/47643 ist ein Curtain-Coater bekannt, der es ermöglicht,
die Beschichtungsbreite über
einen großen
Bereich unterschiedlich einstellen zu können. Dazu wird mittels quer
verstellbarer Trennelemente an jeder Seite des immer in gleichbleibender
Breite herunterfallenden Vorhangs ein Vorhangbereich abgetrennt.
Das abgetrennte Beschichtungsmaterial wird abgeführt. Es muß aufwendig rezirkuliert werden
oder es geht verloren.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Beschichtungsvorrichtung
der gattungsgemäßen Art
so zu verbessern, daß unterschiedliche
Beschichtungsbreiten eingestellt werden können, ohne daß Beschichtungsmaterial
rezirkuliert werden muß oder
verloren geht.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
daß die seitlichen
Führungselemente
an ihrem oberen Ende dem Verlauf der Gießfläche entsprechend gekrümmt gestaltet
und auf der Gießfläche quer
verstellbar befestigt sind, und daß die Beschichtungsmaterialzufuhr
im mittleren Bereich des Gießbehälters in
die Verteilkammer mündet.
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Die
Lösung
nach der Erfindung ermöglicht es,
die Breite des aus dem Austrittsschlitz der Verteilkammer austretenden
Beschichtungsmaterials auf der Gleitfläche und somit die Breite des
Vorhangs auf die gewünschte
Beschichtungsbreite einzustellen. Es ist somit nicht mehr erforderlich,
bei einer Verringerung der Beschichtungsbreite Teile des Vorhangs
abzutrennen oder Teile der Düse
zu demontieren.
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Da
am Ende der Führungselemente
in der Nähe
der Materialbahn keine Trennelemente angeordnet sein müssen, können dort
die bekannten Elemente für
einen gleichmäßigen Auftrag
mit geraden und scharfen Beschichtungskanten auf der Bahn angeordnet
werden, wie sie in der WO 02/081103 beschrieben sind; beispielsweise
ein Absaugelement zur Vermeidung einer Randwulst auf der Materialbahn.
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Die
Unteransprüche
enthalten bevorzugte, da besonders vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung.
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Die
Zeichnung dient zur Erläuterung
der Erfindung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele:
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1 zeigt einen Querschnitt
durch einen Slide Hopper mit zwei Verteilkammern zum Auftrag von
zwei Schichten übereinander,
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2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt
im Bereich der Ablaufkante der Gleitfläche,
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3 zeigt in einer Ansicht
gegen die Bahnlaufrichtung den Randbereich des Slide Hoppers,
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die 4 und 5 zeigen jeweils in perspektivischer
Darstellung einen Slide Hopper mit vier Verteilkammern und stufenlos
verstellbarer Vorhangbreitenein stellung,
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6 zeigt einen der verstellbaren
Einsätze zur
Begrenzung der Kammerbreite.
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Die
in den Figuren dargestellte Beschichtungsvorrichtung dient z. B.
bei der Herstellung von selbstklebenden Etiketten oder Haftfolienstreifen zum
Auftragen eines Dispersionshaftklebstoffes und weiterer Schichten
auf ein bahnförmiges
Trägerelement,
beispielsweise eine Papierbahn oder eine Kunststoffolie. Aufgrund
ihrer vorteilhaften Eigenschaften läßt sie sich auch zum Auftragen
anderer Dispersionen auf Papierbahnen, sowie Metall- oder Kunststoffolien
beispielsweise bei der Herstellung von Verpackungsmaterialien oder
Ink-Jet-Papieren und zum Beschichten von Papier- oder Kartonbahnen
mit Streichfarbe oder Mikrokapseln einsetzen, sowie weiterer Spezialanwendungen.
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Die
Beschichtungsvorrichtung ist als Gleitflächengießer (englisch: Slide Hopper)
gestaltet und enthält
einen modular aufgebauten Gießbehälter 1, der
zumindest eine sich quer zur Bahnlaufrichtung erstreckende Verteilkammer 2 aufweist.
Der Gießbehälter 1,
gemäß der 1, wird dabei aus drei Modulen 3, 4, 5 zusammengesetzt,
wie in 1 dargestellt.
Das dem Vorhang zugewandte Modul 3 ist mit einer Ablaufkante 6 versehen
und besitzt auf der entgegengesetzten Seite eine Vertiefung, die
eine erste Verteilkammer 2 bildet. Unmittelbar hinter dem
Modul 3 ist ein weiteres Modul 4 angeordnet, daß einerseits die
Verteilkammer 2 des Moduls 3 zum Teil abdichtet und
gleichzeitig auf der entgegengesetzten Seite eine zweite Verteilkammer 2 besitzt.
Das Modul 5 dichtet zum einen die zweite Verteilkammer 2 des Moduls 4 ab
und begrenzt andererseits den Gießbehälter 1.
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Die
Oberfläche
des Gießbehälters 1 ist
als nach vorne geneigte Gießfläche 8 gestaltet,
auf der die verschiedenen, aus der jeweiligen Verteilkammer 2 austretenden
Schichten übereinander
gelegt werden. Dazu weist jede Verteilkammer 2 einen sich über die
Länge der
Verteilkammer 2 erstreckenden Austrittsschlitz 9 auf,
der auf der Gießfläche 8 endet. Die
Zufuhr von Beschichtungsmaterial in die jeweilige Verteilkammer 2 erfolgt
jeweils über
einen Kanal 10, der im mittleren Bereich des Gießbehälters 1 mit genügend Abstand
von den Dichtplatten angeordnet ist, von denen die Verteilkammern 2 seitlich
verschlossen werden. An der Unterseite des Gießbehälters 1 sind sie an
Zufuhrleitungen für
Beschichtungsmaterial angeschlossen. Die Zufuhrkanäle 10 enden bevorzugt über die Bahnbreite
gesehen genau in der Mitte der jeweiligen Verteilkammer 2,
so daß sich
das Beschichtungsmaterial in der Verteilkammer 2 unabhängig von
der eingestellten Beschichtungsbreite zu den Seiten gleichmäßig verteilt.
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Der
Gießbehälter 1 nach 1 enthält zum Auftragen der Schichten
zwei Verteilkammern 2, der Gießbehälter 1 nach den 4 und 5 zum Auftragen von vier Schichten entsprechend
vier Verteilkammern 2. Hierbei wird die Anzahl der Verteilkammer 2 direkt über die
Anzahl der Module 3, 4, 5 bestimmt.
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An
jeder Seite des Gießbehälters 1 ist
ein seitliches, sich nach unten erstreckendes Führungselement 7, 12 für den jeweiligen
Vorhangrand angeordnet, das an seinem oberen Ende dem Verlauf der Gießfläche 8 entsprechend
gekrümmt
gestaltet ist. Jedes Führungselement 7, 12 erstreckt
sich über
die Länge
der Gießfläche 8 und über deren
Ende hinaus parallel zum Vorhang C, nach unten, siehe 4, bis in die Nähe der zu
beschichtenden Bahn 13. Die Führungselemente 7, 12 sind
querverstellbar auf der Gießfläche 8 befestigt,
dabei kann das Querverstellen entweder manuell oder automatisch,
z. B. über
einen Linearantrieb pneumatisch, elektrisch oder hydraulisch, erfolgen.
Die Führungselemente 7, 12 dienen
dazu, einer Einschnürung
des frei fallenden Vorhangs C an seinen Rändern aufgrund der Oberflächenspannung
des Beschichtungsmaterials entgegen zu wirken.
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Wie
in der WO 02/0811103 beschrieben weisen die leistenförmigen Führungselemente 7, 12 eine dem
Vorhang C zugewandte Innenseite auf, die flächig ausgebildet ist. Die Innenseite
jedes Führungselement 7, 12 kann
mit einer die Oberflächenspannung
reduzierenden Hilfsflüssigkeit,
beispielsweise mit Wasser oder der Vorhangflüssigkeit selbst, bespült werden.
Die von oben nach unten auf den Führungselementen 7, 12 herabfließende Hilfsflüssigkeit bewirkt,
daß der
Vorhang C an den Führungselementen 7, 12 haftet.
Die Hilfsflüssigkeit
wird über
einen Kanal 14 zugeführt,
der mit geringem Abstand oberhalb der Ablaufkante 6 der
Gießfläche 8 mündet und an
eine Zufuhrleitung 15 angeschlossen ist, wie in 2 dargestellt. Am unteren
Ende jedes Führungselements 12 ist
ein Absaugelement 16 befestigt, dessen den Vorhang C zugewandte
Innenseite mit der Innenseite des Führungselements 12 fluchtet.
Der an dem Führungselement 12 und
anschließend
an dem Absaugelement 16 herabfließende Vorhangrand wird so auf
seinem Weg zu der Bahn 13 nicht gestört. Durch das Absaugelement 16 führt von
außen
nach innen ein Absaugkanal 17, der an eine Saugleitung angeschlossen
ist und in einen Absaugschlitz 18 mündet. Der Absaugschlitz 18 verläuft senkrecht zum
Vorhang C, seine in Bahnlaufrichtung gemessene Länge beträgt 0,5 mm bis 15 mm, bevorzugt
5 mm bis 12 mm, damit die Absaugfunktion bei entsprechenden Schwankungen
des Vorhangs C gewährleistet
bleibt. Seine Höhe
beträgt
0,1 mm bis 2 mm, bevorzugt 0,5 mm bis 1 mm, und er ist an der Unterseite
des Absaugelements 16 so angeordnet, daß sein Abstand von der Bahn 13 0,5
mm bis 3 mm beträgt.
Damit dieser geringe Abstand eingehalten werden kann, ist der Absaugkanal
unten mit einem dünnen,
nur geringfügig
gegen die Bahn geneigten Boden 19 verschlossen, der im
Absaugschlitz 18 in einer scharfen Kante endet. Die Absaugung
des verdickten Randes des Beschichtungsmaterials erfolgt so im wesentlichen
in einer horizontalen Richtung. Zugleich gewährleistet die scharfe Kante
ein sicheres Ablösen
des Beschichtungsmaterials, ohne daß der sogenannte „Teapot-Effekt" auftritt. Damit
Anbackungen oder Ablagerungen im Absaugeschlitz 18 verhindert
werden, wird dieser zusätzlich
mit einer geeigneten Spülflüssigkeit,
beispielsweise mit Wasser, gespült.
Dazuführen
zwei Spülleitungen 20 im
wesentlichen parallel zu der Absaugleitung zu dem Absaugeschlitz 18.
Die Spülflüssigkeit
wird gemeinsam mit dem abgesaugten Beschichtungsmaterial über die Absaugleitung 17 weggeführt.
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Damit
der auf die Bahn 13 auftreffende Rand des Vorhangs C quer
zur Bahnlaufrichtung begrenzt eingestellt werden kann, sind die
beiden Führungselemente 12 in
ihrem unteren, den Vorhang C begrenzenden Teil aus einem begrenzt
flexiblen, elastisch biegbaren Material gefertigt, bevorzugt aus
Federstahl, wie in 3 dargestellt.
Zur Abstützung
und Verstellung jedes Führungselements 12 erstreckt sich
außen
mit geringem Abstand eine Stützleiste 21 parallel
zu dem Führungselement 12 nach
unten. Die Stützleiste 21 ist
auf jeden Fall aus einem steiferen Material als das Führungselement
und z. B. aus nicht rostendem Stahl gefertigt und endet mit geringem Abstand
vor dem Absaugelement 16. Im unteren Bereich der Stützleiste 21 ist
eine gegen das Führungselement 12 bewegbare
Verstellschraube 22 gelagert. Die Verstellschraube 22 ermöglicht es,
das freie Ende des Führungselements 12 mit
dem daran befestigten Absaugelement 16 begrenzt quer zur
Bahnlaufrichtung zu verstellen, um die Position des Absaugschlitzes 18 exakt
einstellen zu können.
Zusätzlich
läßt sich
mit der Verstellschraube 22 auch der Verlauf des Führungselements 12 begrenzt
variieren, um die Führung
und Anhaftung des Vorhangrandes optimal einzustellen.
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Die
Führungselemente 7, 12 mit
den daran befestigten Elementen sind über der Gießfläche 8 quer und stufenlos
verstellbar gelagert, wie in 4 dargestellt.
Das untere Führungselement 12 ist
an einer Abdeckplatte 23 befestigt. Die vorhangseitige Kante
der Abdeckplatte 23 bildet gleichzeitig das obere Führungselement 7.
Auf der Abdeckplatte 23 sind Winkel 24 befestigt,
die einseitig an eine Lineareinheit 25 montiert sind. Die
Lineareinheit 25 wiederum ist an einer Trägerplatte 26 befestigt. Über eine
lineare Führungseinheit 27 ist
die Trägerplatte 26 manuell
oder automatisch verschiebbar. Die Aufnahme der Trägerplatte 26 in
der linearen Führungseinheit 27 ist
der 5 zu entnehmen.
In der 5 ist ebenfalls
dargestellt, daß an
den abgewinkelten unteren Bereich der Trägerplatte 26 eine
weitere seitliche Trägerplatte 28 befestigt
ist. Die seitliche Trägerplatte 28 dient
zur Führung
und Befestigung von Führungsstangen 29,
an deren Enden Einsätze
befestigt sind. Die Führungsstangen 29 reichen
bis in die Verteilkammern 2 hinein und sind in einer Dichtplatte 30 in Radialdichtungen
umfänglich
geführt.
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Zur
Einstellung der Breite des Vorhangs C wird mittels der Lineareinheit 25 die
Abdeckplatte 23 in Bahnlaufrichtung nach vorne verfahren.
Dabei hebt die Abdeckplatte 23, die im Betriebszustand
auf der Gießfläche 8 aufliegt,
von der Gießfläche 8 abgehoben.
Es besteht aber ebenfalls die Möglichkeit
an den vorderen Rand der Abdeckplatte 23 eine Lagerung
anzubringen, so daß die
Abdeckplatte 23 in Bahnlaufrichtung schwenkbar gelagert
ist und so von der Gleitfläche
abhebbar ist. Zum Verstellen der Beschichtungsbreite wird nun die
Trägerplatte 26, 28 quer
zum Vorhang C verfahren. Das Verfahren kann manuell, über ein
einfaches Ziehen oder Drücken
an der Trägerplatte 26, 28 oder über einen
nicht dargestellten Antrieb erfolgen. Während des Verschiebens der
Trägerplatte 26, 28 gleitet
die Trägerplatte 26, 28 in
Führungen
die mit der linearen Führungseinheit 27 verbunden
sind. Gleichzeitig werden die Führungsstangen 29 in
die Dichtplatte 30 hinein oder aus der Dichtplatte 30 hinaus
bewegt. Am Ende der Führungsstangen 29 sind
die Einsätze 31 befestigt.
Die Einsätze 31 sind
in den Verteilkammern 2 geführt und begrenzen die Verteilkammern 2,
genau bis an den inneren Rand der Abdeckplatte, die wiederum das obere
Führungselement 7 bildet.
Der Einsatz 31 ist vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt
und mit Gewindeeinsätzen 32 versehen,
in denen die Führungsstangen 29 befestigt
werden. Der Einsatz 31 begrenzt die Verteilkammern quer
zum Vorhang und begrenzt somit die Breite der Austrittsschlitze 9.
Nach dem Verschieben der Trägerplatte 26, 28 wird
die Abdeckplatte 23 wieder mittels der Lineareinheit zurückverfahren,
so daß die
Abdeckplatte 23 wieder bündig auf der Gießfläche 8 aufliegt.
Die Abdeckplatte 23 dient an ihrem vorhangseitigen Rand
nun wieder als Führungselement 7 und
gleichzeitig als Abdichtung für
die Austrittsschlitze 9 oberhalb der Einsätze 31 und
außerhalb
der Beschichtungsbreite zur Abdichtung der Verteilkammern 2,
die nicht mit der Gießflüssigkeit
beaufschlagt werden.
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Der
sich hinter den Einsätzen 31 bildende Hohlraum
in den Verteilkammern 2, d. h. der Bereich der dem Vorhang
C abgewandt ist, kann gegebenenfalls mit Hilfsflüssigkeit gefüllt werden.
Die Düse
kann mit oder ohne Hilfsflüssigkeit
im Hohlraum hinter den Einsätzen 31 betrieben
werden. In 5 ist eine Winkelverschraubung 33 in
die Dichtplatte 30 eingebracht über die die Verteilkammern 2 mit
der Hilfsflüssigkeit
versorgt werden, wobei die Hilfsflüssigkeit auch über die
Führungsstangen 29 an
die Gleitfläche des
Einsatzes 31 geführt
werden kann. Mittels der unter Druck eingeführten Hilfsflüssigkeit
in die Verteilkammern 2 hinter die Einsätze 31 ist dafür gesorgt,
daß die
Einsätze 31 nicht
hängen
bleiben oder das sich die Gießflüssigkeit
für den
Vorhang C im Bereich der Einsätze 31 anlagert
und die Einsätze 31 festklemmt.
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Mittels
der Hilfsflüssigkeit
ist dafür
gesorgt, daß die
Verstellung der Breite der Austrittsschlitze 9 jederzeit
möglich
ist. Es ist somit die Möglichkeit
gegeben, die Breite der Austrittsschlitze 9 und damit die Breite
der Gießfläche 8 stufenlos
und zu jedem Zeitpunkt zu verstellen, ohne das Bauteile demontiert werden
müssen.
Es ist natürlich
selbstverständlich, das
die beschriebene Breitenverstellung auf beiden Seiten der Düse möglich ist,
wobei die beiden Seiten der Düse
spiegelbildlich aufgebaut sind.
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Der
Aufbau des Einsatzes 31 ist in 6 wiedergegeben. Der Einsatz 31 besteht
z. B. aus Kunststoff und besitzt vorzugsweise metallische Gewindeeinsätze 32.
Auf einer dünnen
Grundplatte 34 ist ein keilförmiger 35 und ein quaderförmiger 36 Körper angeformt.
Der obere Teil der Grundplatte 34 reicht in den Austrittsschlitz 9 hinein
und die aufgesetzten Elemente 35, 36 laufen als
Dichtkörper
in den Verteilkammern 2. In die Gewindeeinsätze 32 werden
die Führungsstangen 29 eingeschraubt.
Das entgegengesetzt angeordnete Ende des Einsatzes 31 begrenzt
die Verteilkammer 2 auf die Beschichtungsbreite des Vorhangs.
Der Einsatz 31 bildet somit eine seitliche Dichtung zwischen
dem Austrittsschlitz 9 und der Verteilkammer 2,
die mit der Gießlösung für den Vorhang
C gefüllt
ist, wobei die hinter dem Einsatz 31 befindlichen Hilfsflüssigkeit
ein Festhängen des
Einsatzes 31 verhindern soll.
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Die
Verschiebung der Einsätze 31 erfolgt
jeweils mittels zweier Führungsstangen 29,
die einerseits an einer Seite des Einsatzes 31, andererseits an
der seitlichen Trägerplatte 28 befestigt
sind. Die seitliche Trägerplatte 28 befindet
sich seitlich neben dem Gießbehälter 1 und
ist fest mit der Trägerplatte 26 verbunden,
so daß sie
mit dieser quer zur Bahnlaufrichtung von einem Antrieb bewegt werden
kann. Die an den Führungsstangen 29 befestigten
Einsätze 31 sind
so positioniert, daß ihre
Innenseite jeweils mit der Innenfläche der Führungselemente 7 fluchtet,
so daß die
Breite der Verteilkammern 2 exakt mit der Breite der Gießfläche 8 und
des Vorhangs C übereinstimmt.
Es tritt somit nur Beschichtungsmaterial in der Breite aus, die
der gewünschten
Breite der Beschichtung entspricht. Dies gewährleistet, daß bei jeder
eingestellten Beschichtungsbreite kein Beschichtungsmaterial verloren
geht oder rezirkuliert werden muß.
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Damit
die Einsätze 31 während des
Betriebs nicht in den Verteilkammern 2 festkleben und somit nicht
mehr bewegt werden können,
werden sie von der Außenseite
mit einer Spülflüssigkeit,
beispielsweise Wasser oder ein Lösemittel,
bespült.
Dazu sind in der Dichtwand 30 Kanäle angeordnet, die zu den einzelnen
Verteilkammern 2 führen
und außen
an eine Zufuhr mit einer Winkelverschraubung 33 für die Spülflüssigkeit
angeschlossen sind. Bevorzugt sind die Einsätze 31 mit geringem
Spiel in den Verteilkammern 2 angeordnet so daß etwas
Spülflüssigkeit durchtreten
kann und mit durch die Austrittsschlitze 9 auf die Gießfläche 8 austritt,
vorzugsweise wird die Spülflüssigkeit
mit einem Überdruck
in die Verteilkammern eingeleitet. Die Spülflüssigkeit kann so zugleich als
Hilfsflüssigkeit
für die
Vorhangränder
dienen, die das Anhaften an den Führungselementen 7 verbessert.
In bestimmten Anwendungsfällen
kann so die gesonderte Zufuhr von Hilfsflüssigkeit zu den Führungselementen 7 erspart
werden. Die Spül-
und Hilfsflüssigkeit
läuft dann über die
Gießfläche 8 an der
Innenseite der Führungselemente 7 bis
zum Ende der unteren Führungselemente 12 mit
ab und gewährleistet
ein sicheres Anhaften des Vorhangrandes.
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Die 1, 2 und 3 zeigen
den Aufbau und die Befestigung des Führungselements 12 an
der Abdeckplatte 23. Das Führungselement 12 ist
lösbar, mittels
einer Rändelschraube 34 an
der Abdeckplatte 23 befestigt. Der Bediener ist somit in
der Lage, das untere Führungselement 12 sehr
schnell von der Abdeckplatte 23 zu lösen. Das Führungselement 12 besteht
beidseitig jeweils aus zwei Rändelschrauben 34,
einer Aufnahme 35, einer Stützleiste 21 mit einer Verstellschraube 22 und
dem Führungselement 12 und
dem am unteren Ende des Führungselements 12 befestigten
Absaugelement 16. Die beiden Rändelschrauben 34 sitzen
dabei in Ausnehmungen 36 und reichen mit ihren Gewinden
in die Aufnahmen hinein, wie in 2 im
Schnitt dargestellt. Am unteren Ende der Aufnahme ist die Stützleiste 21 starr
befestigt. Das untere Führungselement 12 ist
im Gegensatz zur Stützleiste 21 beweglich.
Das Führungselement 12 kann
quer zum Vorhang C, mittels der Verstellschraube 22 über einen
kleinen Winkelbereich, in der 3 mit
W bezeichnet, verstellt werden.