DE19626610A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Auftragen eines flüssigen oder pastösen Mediums auf eine laufende Materialbahn - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen eines flüssigen oder pastösen Mediums auf eine laufende Materialbahn, insbesondere aus Papier oder Karton, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des nebengeordneten Patentanspruches 3.

Bei derartigen herkömmlichen Verfahren wird ein aufzutragendes flüssiges oder pastöses Medium, also beispielsweise eine pigmenthaltige Streichfarbe, Stärke, eine Imprägnierflüssigkeit oder dergleichen, entweder in einem sogenannten direkten oder einem sogenannten indirekten Auftrag auf eine Bahnseite einer laufenden Materialbahn aufgetragen. Beim direkten Auftrag wird das aufzutragende Medium von einem Auftragswerk unmittelbar auf die Materialbahn aufgetragen, während beim indirekten Auftrag das aufzutragende Medium zunächst von einem Auftragswerk auf die Mantelfläche einer Auftragswalze aufgetragen und dann in einem Einpreßspalt, durch den die Materialbahn hindurchgeführt wird, von der Auftragswalze auf die Materialbahn übertragen wird. Beim direkten Auftrag wird die laufende Materialbahn an der Auftragsstelle in der Regel von einer rotierenden Gegenwalze abgestützt, und beim indirekten Auftrag wird der Einpreßspalt in der Regel zwischen der rotierenden Auftragswalze und einer gegensinnig zu dieser rotierenden Gegenwalze gebildet.

Bei diesen herkömmlichen Auftragsverfahren und den zugehörigen Vorrichtungen tritt jedoch insbesondere bei zu beschichtenden Materialbahnen aus vergleichsweise dünnem Papier das Problem auf, daß das aufgetragene Medium durch die Materialbahn, also das dünne Papier hindurchdringt und unter Umständen an die Gegenwalze gelangt und dort anhaftet. Dies führt zu einer Beeinträchtigung der Qualität der aufgetragenen Schicht des flüssigen oder pastösen Mediums.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zu schaffen, mit dem/der ein unerwünschtes Durchdringen des aufgetragenen flüssigen oder pastösen Mediums durch die Materialbahn verhindert werden kann.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß von einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 3 gelöst.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, ein Durchdringen des aufgetragenen flüssigen oder pastösen Mediums durch die Materialbahn durch eine gezielte thermische Beeinflussung der Rückseite der Materialbahn, also derjenigen Bahnseite, die der zu beschichtenden Bahnseite abgewandt ist, zu verhindern. Diese gezielte thermische Beeinflussung der Bahnrückseite erfolgt entweder durch eine Aufheizung der Bahnrückseite oder eine Abkühlung der Bahnrückseite. Diese Aufheizung oder Abkühlung kann dabei die gesamte Bahndicke erfassen. Im Falle einer Aufheizung der Bahnrückseite verdampft die Feuchtigkeit in der Materialbahn und wandert durch die Materialbahn hindurch zu der Bahnseite hin, die mit dem flüssigen oder pastösen Medium beschichtet wird. Diese in der Materialbahn, zum Beispiel einer Papierbahn, verdampfende Feuchtigkeit bewirkt somit, daß das aufgetragene Medium auf der Materialbahn "stehen bleibt", und verhindert ein zu starkes Eindringen des Mediums in das Innere der Materialbahn. Im Falle eines Kühlens der Rückseite der Materialbahn erhöht sich durch die Abkühlung des aufgetragenen Mediums dessen Viskosität und somit wird ein zu starkes Eindringen des Mediums in die Materialbahn verhindert. Zudem bildet sich auf der Bahnrückseite eine Kondensatschicht, die das aufgetragene Medium zurückhält bzw. abstößt, falls dieses etwa durch Löcher eindringt, die bei einer dünnen Papierbahn vorhanden sind. So kann also aufgrund der gebildeten Kondensatschicht eventuell durchdringendes Beschichtungsmedium nicht an der Oberfläche einer Gegenwalze anhaften. Durch dieses erfindungsgemäße Heizen oder Kühlen der Bahnrückseite wird also wirksam verhindert, daß das auf die Bahnvorderseite aufgetragene flüssige oder pastöse Medium die Materialbahn in einem unerwünschten Maß penetriert. Durch diese "thermische Sperre" bleibt das aufgetragene flüssige oder pastöse Medium gut an der Oberfläche der Materialbahn und so kann mit einer relativ geringen Menge an aufgetragenem Beschichtungsmedium eine gleichmäßige Überdeckung der Materialbahnoberfläche erzielt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Bahnrückseite, also die nicht zu beschichtende Bahnseite, zumindest an der Auftragsstelle, an der das flüssige oder pastöse Medium auf die Materialbahn aufgetragen wird, auf der Mantelfläche einer rotierenden Gegenwalze abgestützt, und zumindest diese Mantelfläche der Gegenwalze wird geheizt oder gekühlt. In dieser Ausführung werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders gute Resultate erzielt, da im Falle der Heizung der Bahnrückseite die in der Materialbahn verdampfende Feuchtigkeit die Materialbahn nur in Richtung zur beschichteten Bahnseite hin verlassen kann und da im Falle der Kühlung der Bahnrückseite sich die Kondensatschicht zwischen der Mantelfläche der Gegenwalze und der Bahnrückseite ausbilden kann.

Zwar ist aus der DE 42 05 993 A1 ein zu einer Gegenwalze paralleles, zylinderförmiges Tragelement bekannt, das ein im Zwischenraum zwischen dem Tragelement und der Gegenwalze angeordnetes Dosierelement abstützt, und vorzugsweise als doppelwandiger Hohlkörper ausgebildet ist, der von einer Kühlflüssigkeit durchflossen ist. Jedoch sollen damit thermische Verformungen des Tragelementes vermieden werden, die sich auf das Dosierelement übertragen würden. Auf diese Weise soll gewährleistet werden, daß der Auftragsspalt über die Arbeitsbreite mit gleichmäßigem Querschnitt verläuft. Diese vorbekannte Kühlung wird also auf seiten des Auftragswerkes eingesetzt, um das Tragelement formbeständig zu halten und so Differenzen des Auftragsspaltes über die Bahnbreite zu vermeiden. Erfindungsgemäß wird dagegen eine thermische Beeinflussung vorgenommen, die auf die Materialbahn selbst wirkt, und zwar auf deren Bahnrückseite, um das Durchdringen des auf der Bahnvorderseite aufgetragenen flüssigen oder pastösen Mediums durch die Materialbahn durch eine thermisch erzeugte Sperre zu verhindern.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt eine rotierende Gegenwalze, auf deren Mantelfläche eine laufende Materialbahn entlang eines Auflageabschnitts gestützt wird, und eine Auftragseinrichtung zum Aufbringen eines flüssigen oder pastösen Mediums, die der laufenden Materialbahn im Bereich ihres Auflageabschnitts zugeordnet ist. Die Gegenwalze ist dabei mit einer von innen oder von außen wirkenden Heiz- oder Kühleinrichtung versehen, um zumindest die Gegenwalzen-Mantelfläche zu heizen oder zu kühlen. Mit dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung wird also die Bahnrückseite der laufenden Materialbahn von der Mantelfläche der Gegenwalze her geheizt oder gekühlt.

In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Auftragseinrichtung als Auftragswerk zum direkten Auftragen des flüssigen oder pastösen Mediums auf die laufende Materialbahn ausgebildet. In einer anderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfaßt die Auftragseinrichtung eine gegensinnig zur Gegenwalze rotierende Auftragswalze, die mit der Gegenwalze einen Einpreßspalt ausbildet, und ein Auftragswerk, das der Mantelfläche der Auftragswalze zugeordnet ist, um darauf das flüssige oder pastöse Medium aufzutragen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann also sowohl eine Auftragsstation zum direkten Auftragen, als auch eine Auftragsstation zum indirekten Auftragen des Beschichtungsmediums auf die laufende Materialbahn sein.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Auftragswerk, das entweder das aufzutragende Medium direkt auf die Materialbahn oder zunächst auf eine Auftragswalze aufträgt, als Rakelelement- Düsenauftragswerk, als Freistrahldüsen-Auftragswerk, als Schöpfwalzen-Auftragswerk oder als Sumpf-Auftragswerk ausgebildet. Beim Rakelelement-Düsenauftragswerk wird das Beschichtungsmedium aus einer Druckkammer, die von einem Rakelelement, einer Stauleiste und der zu beschichtenden Materialbahn bzw. der Mantelfläche der Auftragswalze begrenzt wird, über das Rakelelement aufgetragen. Das Rakelelement kann z. B. ein profilierter oder glatter Rollrakelstab, eine Rakelleiste oder eine Rakelklinge sein. Beim Freistrahldüsen- Auftragswerk wird das aufzutragende Medium über einen Düsenspalt, der zwischen zwei Lippen ausgebildet ist, in einem freien Strahl auf die Materialbahn bzw. die Mantelfläche der Auftragswalze aufgetragen. Beim Schöpfwalzen-Auftragswerk schöpft eine Schöpfwalze das aufzutragende Medium aus einem Vorratsbehälter und trägt es dann z. B. direkt auf die Materialbahn auf. Beim Sumpf- Auftragswerk wird ein Auftragssumpf ausgebildet, der aus dem aufzutragenden Beschichtungsmedium besteht und eine freie Flüssigkeitsoberfläche aufweist. Von diesem Auftragssumpf aus wird das Beschichtungsmedium über ein Rakelelement aufgetragen.

Nachfolgend wird nun die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer schematischen Seitenansicht;

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer schematischen Seitenansicht;

Fig. 3 eine vergrößerte Prinzipdarstellung eines Ausschnitts des ersten Ausführungsbeispiels in Fig. 1 mit einer Heizeinrichtung;

Fig. 4 eine vergrößerte Prinzipdarstellung eines Ausschnitts des ersten Ausführungsbeispiels in Fig. 1 mit einer Kühleinrichtung.

Beim ersten Ausführungsbeispiel in Fig. 1 rotiert eine Gegenwalze 1 in Pfeilrichtung. Die Gegenwalze 1 weist eine zylindrische Mantelfläche 1A auf, und ist mit einer Temperatursteuerungseinrichtung 5 versehen, die wahlweise als Heizeinrichtung (siehe Fig. 3) oder als Kühleinrichtung (siehe Fig. 4) ausgeführt ist. Die Heiz- bzw. Kühleinrichtung 5 heizt bzw. kühlt in diesem Beispiel den zylindrischen Bereich zwischen der gestrichelten Linie und der Mantelfläche 1A.

Auf der Mantelfläche 1A der Gegenwalze 1 ist entlang eines Auflageabschnitts eine laufende Materialbahn 3, z. B. eine Papier-, Karton- oder Textilbahn gestützt. Die Materialbahn 3 läuft in der eingezeichneten Pfeilrichtung. Nur schematisch angedeutet ist ein Auftragswerk 4, mit dem ein flüssiges oder pastöses Medium 6 (vgl. Fig. 3 und Fig. 4) in einem direkten Auftrag auf die laufende Materialbahn 3 aufgetragen wird.

In den Fig. 2 bis 4 sind gleiche oder sich entsprechende Komponenten wie beim ersten Ausführungsbeispiel in Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen und es wird auf die dortigen Ausführungen verwiesen.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel in Fig. 2 ist eine Auftragswalze 2 vorgesehen, deren Mantelfläche 2A mit der Mantelfläche 1A der Gegenwalze 1 einen Walzenspalt ausbildet, durch den die laufende Materialbahn 3 hindurchgeführt ist. Die Auftragswalze 2 rotiert dabei in Pfeilrichtung, d. h. gegensinnig zur Gegenwalze 1. Während beim ersten Ausführungsbeispiel in Fig. 1 das Auftragswerk 4 direkt der Materialbahn 3 zugeordnet ist, die über die Mantelfläche 1A der Gegenwalze 1 geführt wird, ist beim zweiten Ausführungsbeispiel in Fig. 2 das Auftragswerk 4 der Mantelfläche 2A der Auftragswalze 2 zugeordnet. Das aufzutragende flüssige oder pastöse Medium wird vom Auftragswerk 4 zunächst auf die Auftragswalze aufgebracht und von dort aus im Walzenspalt auf die Materialbahn 3 übertragen und in diese eingepreßt.

Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1, wobei die Größenverhältnisse in Fig. 3 nicht maßstabsgerecht dargestellt sind, sondern lediglich die Situation an der Oberfläche der Gegenwalze 1 und der darauf abgestützten Materialbahn schematisch veranschaulicht werden soll. Die Mantelfläche 1A der Gegenfläche 1 wird durch eine Heizeinrichtung 5 aufgeheizt, so daß die Temperatur auf der Mantelfläche 1A wesentlich höher ist als die Temperatur der zulaufenden Materialbahn 3. Die Heizeinrichtung 5 kann beispielsweise eine elektrische Heizung sein oder es kann eine heiße Heizflüssigkeit, z. B. heißes Wasser, durch einen Zylinderabschnitt innerhalb der Mantelfläche 1A hindurchgeleitet werden.

Durch die Wirkung der Heizeinrichtung 5 wird die auf der Mantelfläche 1A abgestützte Materialbahn 3 aufgeheizt, so daß die Flüssigkeit, die sich in der Materialbahn befindet, verdampft. Diese verdampfende Flüssigkeit 7 entweicht in Richtung zur Materialbahnoberfläche hin, die mit einem flüssigen oder pastösen Medium 6 beschichtet wird. Da die verdampfende Feuchtigkeit 7 aus der Materialbahn 3 nicht in Richtung zur Mantelfläche 1A der Gegenwalze 1 hin entweichen kann, wandert sie zwangsläufig, wie durch die Pfeile angedeutet, in Richtung zur Beschichtungsoberfläche der Materialbahn hin. Sowie nun vom Auftragswerk das flüssige oder pastöse Medium 6 auf die Materialbahn 3 aufgetragen wird, verhindert die in der Materialbahn 3 nach außen hin wandernde verdampfende Feuchtigkeit, daß das aufgetragene Medium 6 durch die Materialbahn 3 hindurchdringt. So kann mit einer vergleichsweise geringen Auftragsmenge an Medium 6 eine gleichmäßige, die Materialbahnoberfläche bedeckende Schicht aufgebracht werden, während bei herkömmlichen Verfahren, bei denen die erfindungsgemäße Heizung der Gegenwalzenoberfläche nicht stattfindet, das aufgetragene Beschichtungsmedium leicht in die Materialbahn eindringt und gerade bei sehr dünnen Papierbahnen durch diese hindurchdringt.

In Fig. 4 ist ein vergrößerter Teilausschnitt aus Fig. 1 dargestellt, der dem Ausschnitt in Fig. 3 vergleichbar ist, wobei jedoch nun eine Kühleinrichtung 5 anstelle einer Heizeinrichtung 5 vorgesehen ist. Die Größenverhältnisse in Fig. 4 sind ebenfalls nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. Die Kühleinrichtung kann z. B. darin bestehen, daß eine Kühlflüssigkeit, z. B. Wasser, durch den Zylinderabschnitt innerhalb der Mantelfläche 1A der Gegenwalze 1 hindurchgeleitet wird. Wie in Fig. 4 dargestellt, bildet sich durch die Kühlwirkung der Kühleinrichtung 5 auf der abgekühlten Mantelfläche 1A eine Kondensatschicht 8. Diese Kondensatschicht 8 wird durch die in der Materialbahn 3 befindliche Feuchtigkeit gebildet, die an der Mantelfläche 1A kondensiert. Falls also ein auf die Materialbahn 3 aufgetragenes Medium durch die Materialbahn hindurchdringen sollte, wird es durch die Kondensatschicht 8 darin gehindert, an der Mantelfläche 1A auf der Gegenwalze anzuhaften. Andererseits bewirkt aber die Kühlwirkung, die von der Mantelfläche 1A ausgeht, daß sich die Viskosität des aufgetragenen flüssigen oder pastösen Mediums 6 erhöht, so daß ein zu starkes Eindringen dieses Mediums in die Materialbahn 3 verhindert werden kann.

Sowohl durch die in Fig. 3 veranschaulichte Heizwirkung, als auch durch die in Fig. 4 veranschaulichte Kühlwirkung kann also mit einer vergleichsweise geringen Auftragsmenge an Beschichtungsmedium eine gleichmäßige Bedeckung der Oberfläche in einer guten Auftragsqualität erzielt werden. Insbesondere bei sehr dünnen Materialbahnen, beispielsweise dünnen Papierbahnen, wird auf diese Weise wirksam verhindert, daß die aufgetragene Schicht die Bahn durchdringt, was die Auftragsqualität entsprechend beeinträchtigen würde.

Claims (7)

1. Verfahren zum Auftragen eines flüssigen oder pastösen Mediums auf eine laufende Materialbahn, insbesondere aus Papier oder Karton, bei dem auf die eine Bahnseite der laufenden Materialbahn (3) an einer Auftragsstelle das flüssige oder pastöse Medium (6) direkt oder indirekt aufgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest an der Auftragsstelle die andere Bahnseite der laufenden Materialbahn (3) geheizt oder gekühlt wird, um ein Durchdringen des flüssigen oder pastösen Mediums (6) durch die Materialbahn zu verhindern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Bahnseite zumindest an der Auftragsstelle auf der Mantelfläche (1A) einer rotierenden Gegenwalze (1) abgestützt wird und daß zumindest die Mantelfläche (1A) der Gegenwalze (1) geheizt oder gekühlt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit

• - einer rotierenden Gegenwalze (1), auf deren Mantelfläche (1A) eine laufende Materialbahn entlang eines Auflageabschnitts gestützt wird, und
• - einer Auftragseinrichtung (4; 2, 4) zum Aufbringen eines flüssigen oder pastösen Mediums (6), die der laufenden Materialbahn (3) im Bereich ihres Auflageabschnitts zugeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenwalze (1) mit einer Heiz- oder Kühleinrichtung (5) zur Heizung oder Kühlung zumindest der Gegenwalzen- Mantelfläche (1A) versehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragseinrichtung als Auftragswerk (4) zum direkten Auftragen des flüssigen oder pastösen Mediums (6) auf die laufende Materialbahn (3) ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragseinrichtung eine gegensinnig zur Gegenwalze (1) rotierende Auftragswalze (2), die mit der Gegenwalze einen Einpreßspalt ausbildet, sowie ein Auftragswerk (4) umfaßt, das der Mantelfläche (2A) der Auftragswalze (2) zugeordnet ist, um darauf das flüssige oder pastöse Medium (6) aufzutragen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftragswerk (4) als Rakelelement-Düsenauftragswerk, als Freistrahldüsen-Auftragswerk, als Schöpfwalzen- Auftragswerk oder als Sumpf-Auftragswerk ausgebildet ist.