DE19714645A1 - Walze für eine Vorrichtung zum Beschichten einer Materialbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Walze für eine Vorrichtung zum Beschichten einer Materialbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Beschichtungsvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Walze.

Zum Veredeln von Papier- oder Kartonbahnen mit Leim, Stärke oder Pigmentfarben sind verschiedene Beschichtungsvorrichtungen bekannt, die eine Walze aufweisen, an der ein Element unter Druck anliegt, um die Beschichtungsmenge auf der Walze selbst oder auf der von der Walze gestützten Papier- oder Kartonbahn zu beeinflussen.

Derartige Beschichtungsvorrichtungen sind beispielsweise sogenannte Filmpressen, die zwei achsparallel nebeneinander in einem Gestell drehbar gelagerte Preßwalzen aufweisen, zwischen denen ein Preßspalt ausgebildet ist, durch den die Papier- oder Kartonbahn geführt wird. An einer oder für ein beidseitiges Beschichten an beiden Presswalzen ist ein Auftrag- und Dosiersystem angeordnet, das einen dosierten Film von Beschichtungsmaterial zunächst auf deren Mantel aufträgt, der anschließend in dem Preßspalt an die Bahn übergeben wird (DE 44 31 202-A1).

Ebenso sind Beschichtungsvorrichtungen bekannt, bei denen das Beschichtungsmaterial direkt auf die Bahn aufgetragen und dosiert wird. Die Bahn wird im Bereich des Auftrag- und Dosiersystems von einer Gegenwalze abgestützt, wobei bekannterweise unter Druck an der Gegenwalze anliegende Auftragelemente, insbesondere Auftragwalzen und/oder Dosierelemente (Schabermesser, Rakelstangen etc.) eingesetzt werden. Mit den Auftragsystemen wird Beschichtungsmaterial im Überschuß aufgetragen, der anschließend bis auf das gewünschte Strichgewicht auf der Bahn abgerakelt wird. Die unter Druck anliegenden Auftragselemente bestimmen somit die aufgetragene Überschußmenge, die unter Druck anliegenden Dosierelemente das Strichgewicht, i.e. die Menge des auf der veredelten Bahn verbleibenden Beschichtungsmaterials (DE 41 30 118 -A1). Ähnlich wie bei einer Filmpresse kann die Menge des von der Auftragwalze an die Bahn übergebenen Überschußauftrags mittels eines gegen die Auftragwalze drückbaren Rakelelements vordosiert werden (DE-GM 93 14 280).

Walzen in Beschichtungsvorrichtungen, an denen Auftrag- oder Dosierelemente unter Druck an liegen, werden bekannterweise auf ihrer Mantelfläche mit Gummi oder einem gummiähnlichen Material beschichtet. Die elastische Schicht ermöglicht es, über die Arbeitsbreite der Vorrichtung gleichmäßige Druckverhältnisse einzustellen und so eine gleichmäßige Beschichtung zu erreichen.

In der Praxis hat es sich gezeigt, daß beim Beschichten mit sehr hohen Geschwindigkeiten (v < 2000 m/min) Probleme auftreten, einen gleichmäßigen Auftrag zu erreichen. Hohe Geschwindigkeiten führen zu einer ungleichförmigen Übergabe des Beschichtungsmaterial an das Papier, die u. a. von einer Durchbiegung durch das gegen die Walze drückende Element herbeigeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Walze für eine Beschichtungsmaschine bereitzustellen, die beim Einsatz als Preßwalze, Gegenwalze oder Auftragwalze bei sehr hohen Produktionsgeschwindigkeiten einen gleichmäßigen Auftrag gewährleistet.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das Volumen der kompressiblen Schicht der Walze verringert sich unter dem Druck eines anliegenden Elements. Es entsteht ein breiter Nip ohne störende Wülste an beiden Enden, von denen die Gleichmäßigkeit des Auftrags negativ beeinflußt würde.

Die Unteransprüche enthalten bevorzugte, da besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Anwendungen der Erfindung.

Die Zeichnung dient zur Erläuterung der Erfindung anhand vereinfacht dargestellter Ausführungsbeispiele.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Walze,

Fig. 2 die Gestaltung der äußeren Mantelschicht der Walze,

Fig. 3 in Seitenansicht eine Filmpresse mit einer erfindungsgemäßen Walze,

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Blade-Coaters mit einer Gegen- und Auftragwalze nach der Erfindung.

Die in den Fig. 1 und 2 detaillierter dargestellte Preß-, Gegen- oder Auftragwalze 1 besteht aus einem hohlzylinderförmigen Tragkörper 2 aus einem festen Material, insbesondere aus Stahl, der ausreichend stabil gestaltet ist, die auftretenden Kräfte abstützen zu können. An beiden Stirnseiten des Tragkörpers 2 sind Wellenzapfen 3 befestigt, mit denen die Walze 1 im Gestell der Beschichtungsmaschine gelagert wird. An einen Wellenzapfen 3 ist ein Drehantrieb angeschlossen, mit dem die Walze um ihre Längsachse gedreht werden kann. Auf die Mantelfläche des Tragkörpers 2 ist eine Schicht 4 aus einem zelligen, eine Vielzahl von mit einem Gas, insbesondere mit Luft, gefüllte Poren aufweisenden und daher kompressiblen Kunststoffmaterial aufgebracht, das ein Kompressionsmodul κ von weniger als 100 MPa aufweist. Über das Volumen der Schicht 4 ist eine große Anzahl relativ kleiner Poren gleichmäßig verteilt. Bevorzugt ist die Porengröße kleiner als 5 mm, besonders vorteilhaft hat sich eine Porengröße zwischen 0,05 mm und 1 mm gezeigt.

Vorzugsweise wird für die Schicht 4 ein durch Schäumen hergestelltes zelliges Elastomer, insbesondere Polyurethan, eingesetzt, das ein Kompressionsmodul κ von weniger als 10 MPa, bevorzugt zwischen 1 MPa und 5 MPa aufweist. Die radial gemessene Dicke der Schicht 4 beträgt 2 mm bis 30 mm, bevorzugt 10 mm bis 20 mm. Bevorzugt ist außen auf die kompressible Schicht 4 als Schutzschicht eine verschleißarme Laufschicht 5 aus Gummi oder einem gummiähnlichen Material aufgebracht. Die somit elastisch verformbare Laufschicht 5 weist eine Härte von 5 bis 100 P+J, vorzugsweise 30 bis 70 P+J, auf. Ihre radial gemessene Dicke beträgt 5 mm bis 30 mm, bevorzugt 10 mm bis 15 mm. Die Gesamtdicke der beiden Schichten 4 und 5 beträgt 10 mm bis 40 mm, bevorzugt 20 mm bis 30 mm.

In Fig. 3 ist die Verwendung einer erfindungsgemäßen Walze als Preßwalze in einer Filmpresse dargestellt:

Die als Filmpresse gestaltete Beschichtungsvorrichtung weist zwei achsparallel nebeneinander in einem Gestell 6 drehbar gelagerte Preßwalzen 7, 8 auf. Eine Preßwalze 7 (in Fig. 3 die links angeordnete) ist ortsfest, die andere Preßwalze 8 umfänglich gegen die erste Preßwalze 7 schwenkbar gelagert. Um mit einem einstellbaren Druck gegen die erste Preßwalze 7 bewegt werden zu können, ist die Preßwalze 8 zwischen zwei seitlichen Schwenkhebeln 9 aufgehängt, die mittels einer Kolben-Zylinder-Einheit 10 um die Schwenkachse 11 in Richtung zur Preßwalze 7 und von dieser weg schwenkbar im Gestell 6 gelagert sind. Beim Anschwenken der Preßwalze 8 gegen die Preßwalze 7 bildet sich ein Preßspalt 12, dem die zu beschichtende Papierbahn 13 von einer Leitrolle 14 von oben zugeführt wird.

Die beiden Preßwalzen 7, 8 weisen den vorstehend in der Beschreibung zu Fig. 1 und 2 erläuterten Aufbau auf:
Auf die Mantelfläche eines hohlzylinderförmigen Tragkörpers aus Stahl ist eine Schicht 4 aus einem zelligen Elastomer, insbesondere Polyurethan, von einer Dicke zwischen 2 mm und 30 mm, bevorzugt zwischen 10 mm und 20 mm, aufgetragen. Das Kompressionsmodul κ des Elastomers beträgt 1 MPa bis 5 MPa. Außen auf die kompressible Schicht 4 ist eine verschleißarme Laufschicht 5 aus Gummi oder einem gummiähnlichen Material von einer Dicke zwischen 5 mm und 30 mm, bevorzugt zwischen 10 mm und 15 mm, aufgebracht. Die Shore-Härte des Materials der Schicht 5 beträgt 5 bis 100 P+J, vorzugsweise 30 bis 70 P+J. Die Gesamtdicke der beiden Schichten 4 und 5 beträgt 10 mm bis 40 mm, bevorzugt 20 mm bis 30 mm.

Dem Preßspalt 12 wird Beschichtungsmaterial an der Einlaufseite der Bahn 13 für beide Bahnseiten zugeführt. Dazu ist außerhalb des Bereichs des Preßspalts 12 an jeder Preßwalze 7, 8 ein Auftrag- und Dosiersystem 15, 16 angeordnet, das an die jeweilige Preßwalze 7, 8 anschwenkbar ist. Bevorzugt weist jedes Auftrag- und Dosiersystem 15, 16 eine zur jeweiligen Preßwalze 7, 8 hin offene Auftragkammer auf, in die Beschichtungsmaterial unter Druck zugeführt wird. Auslaufseitig wird jede Auftragkammer von einem Dosierelement abgeschlossen, von dem das auf die Preßwalze 7, 8 aufgetragene Beschichtungsmaterial bis auf die gewünschte Filmdicke abgestreift wird. Als Dosierelement wird bevorzugt eine Rakelstange mit strukturierter, also Erhebungen und Vertiefungen aufweisender Oberfläche eingesetzt, mit der volumetrisch dosiert werden kann. Alternativ können als Dosierelemente auch Rakelstangen mit glatter Oberfläche, Schabermesser oder Schaberleisten eingesetzt werden.

Das dosiert auf die Mantelflächen der Preßwalzen 7, 8 aufgetragene Beschichtungsmaterial wird im Preßspalt 12 an die Bahn 13 übergeben. Nach dem Durchlaufen des Preßspalts 12 wird die beidseitig beschichtete Bahn 13 von einem berührungslos arbeitenden Leitelement 17 einem nicht dargestellten Trockner zugeführt.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Preßwalzen 7, 8 hat den Vorteil, daß sich ein breiter Preßspalt 12 ohne Wülste ausbildet. In dem breiten Preßspalt 12 wird das Beschichtungsmaterial sehr gleichmäßig an die Bahn 13 übergeben. Da an der Auslaufseite des Preßspalts 12 kein Wulst gebildet wird, löst sich die Bahn 13 sehr gleichmäßig und stabil von den Preßwalzen 7, 8. Dies vermeidet unerwünschte Oberflächenmarkierungen. Ebenso führt der kompressible Belag 5 im Bereich der Auftrag- und Dosiersysteme 15, 16 zu einem gleichmäßigeren Film auf den Preßwalzen 7, 8.

Fig. 4 zeigt einen Blade-Coater mit einem Walzenauftragswerk, bei dem sowohl die Gegenwalze als auch die Auftragwalze auf die erfindungsgemäße Weise gestaltet sind. Alternativ ist es auch möglich, nur die Gegenwalze oder nur die Auftragwalze mit einer kompressiblen Schicht zu versehen.

Die Beschichtungsvorrichtung weist ein Auftragsystem 18 und in Laufrichtung der Papier- oder Kartonbahn 13 mit Abstand dahinter angeordnet ein Dosiersystem 19 mit einem Rakelelement auf, im Ausführungsbeispiel ein auch als Blade bezeichnetes Schabermesser 20. Alternativ einsetzbare Rakelelemente sind Rakelstangen, Rakelleisten etc. Vom Auftragsystem 18 wird Streichfarbe als Beschichtungsmaterial im Überschuß auf die Papier- oder Kartonbahn 13 aufgetragen und anschließend von dem Schabermesser 20 bis auf das gewünschte Strichgewicht wieder abgerakelt. Auftragsystem 18 und Dosiersystem 19 sind an einer die Bahn 13 umlenkenden, angetriebenen Gegenwalze 21 angeordnet, von der die Bahn 13 beim Auftragen und beim Dosieren über ihre gesamte Breite abgestützt wird.

Die Gegenwalze 21 ist auf die vorstehend beschriebene Weise aus einem zylindrischen Tragkörper aufgebaut, auf dessen Mantelfläche eine kompressible Schicht 4 und darüber eine elastische Schicht 5 aufgebracht ist. Die verwendeten Materialien und Schichtdicken entsprechen denen der Preßwalzen 7, 8 nach Fig. 3.

Das Auftragsystem 18 enthält eine mit einem Drehantrieb verbundene Auftragwalze 22, die nach dem Ausführungsbeispiel ebenfalls auf die in der Beschreibung zu den Fig. 1, 2 und 3 erläuterte Art und Weise aufgebaut ist. Die Auftragwalze 22 bildet mit der Gegenwalze 21 einen Auftragspalt, den von der Einlaufseite Streichfarbe im Überschuß zugeführt wird. Zur Einstellung der Druckverhältnisse im Auftragspalt ist die Auftragwalze 22 radial zur Gegenwalze 21 begrenzt verstellbar gelagert.

An der Bahneinlaufseite der Auftragwalze 22 ist ein Leitblech 23 angeordnet, dessen Innenseite parallel zur Mantelfläche der Auftragwalze 22 mit Abstand von dieser verläuft und bis zum Auftragspalt reicht. Das Leitblech 22 bildet mit der Auftragwalze 21 einen Zuführkanal, der aus einer Farbkammer 24 gespeist wird, die an eine Streichfarben­ zufuhr 25 angeschlossen ist. Die überschüssige Streichfarbe läuft auf der Rückseite des Leitblechs 23 gegen die Bahnlaufrichtung ab und wird zurückgeführt.

Das Dosiersystem 19 ist auf bekannte Weise aufgebaut: Das Schabermesser 20 ist mit seinem Fuß in einem Klemmbalken 26 festgeklemmt, der in Richtung zur Gegenwalze 21 verschiebbar in einem Schaberbalken 27 gelagert ist. Unterhalb seiner Spitze ist das Schabermesser 20 an seiner Rückseite von einer profilierbaren Abstützleiste 28 über die gesamte Breite abgestützt. Der Schaberbalken 27 ist um die Schabermesserspitze schwenkbar zwischen zwei Seitenteilen 29 im Gestell der Vorrichtung aufgehängt, so daß sich die Anpreßkraft des Schabermessers 20 und der Bladewinkel (= Winkel des Schabermesser 20 zur Tangente an die Gegenwalze 21) einstellen lassen. Die Verstellbewegung des Schaberbalkens 27 wird mittels eines Spindeltriebs 30 bewirkt. Die Seitenteile 29 mit dem daran aufgehängten Schaberbalken 27 kann mittels einer Kolben-Zylinder-Einheit 31 von der Gegenwalze 21 abgeschwenkt werden, um Wartungs- oder Reinigungsarbeiten durchzuführen.

Wenn zumindest die Gegenwalze 21 mit einer kompressiblen Schicht 4 versehen ist, stellt sich sowohl im Bereich des Auftragspalts zwischen der Gegenwalze 21 und der Auftragwalze 22 als auch an der Dosierlinie des Schabermessers 28 eine sehr gleichmäßige Beschichtung ohne Markierungen ein. Es liegen sehr gleichmäßige Druckverhältnisse vor, aus Fertigungsungenauigkeiten und/oder Durchbiegungseffekten herrührende Unregelmäßigkeiten im Spalt zwischen der Walze 21 und den anliegenden Elementen (Auftragwalze 22, Schabermesser 20) werden ausgeglichen.

Claims (7)

1. Walze für eine Vorrichtung zum Beschichten einer Materialbahn (13), insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, mit einer hohlzylinderförmigen Tragkörper (2) aus einem festen Material, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Mantelfläche des hohl­ zylinderförmigen Tragkörpers (2) eine kompressible Schicht (4) aus einem zelligen Kunststoffmaterial mit einer Vielzahl von gleichmäßig verteilten Poren und einem Kompressionsmodul κ von weniger als 100 MPa aufgebracht ist.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kompressible Schicht (4) aus einem zelligen Elastomer, insbesondere Polyurethan, mit einem Kompressionsmodul κ von weniger als 10 MPa, insbesondere zwischen 1 MPa und 5 MPa, besteht.

3. Walze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der kompressiblen Schicht (4) 2 mm bis 30 mm, bevorzugt 10 mm bis 20 mm, beträgt.

4. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß außen auf die kompressible Schicht (4) eine Laufschicht (5) aus Gummi oder einem gummiähnlichen Material aufgebracht ist, deren Dicke bevorzugt 10 mm bis 40 mm, insbesondere 20 mm bis 30 mm, beträgt.

5. Verwendung einer Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 4 als Preß-, Gegen- oder Auftragwalze einer Vorrichtung zum Beschichten einer Materialbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn.

6. Vorrichtung zum Beschichten einer Materialbahn (13), insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, mit zwei achsparallel nebeneinander in einem Gestell (6) drehbar gelagerten Preßwalzen (7, 8), von denen eine Preßwalze (8) umfänglich gegen die andere Preßwalze (7) andrückbar gelagert ist, um einen Preßspalt (12) zu bilden, durch den die Materialbahn (13) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide der Preßwalzen (7, 8) die Merkmale eines oder mehrerer der Patentansprüche 1 bis 4 aufweisen.

7. Vorrichtung zum Beschichten einer Materialbahn (13), insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, mit einer die Bahn (13) umlenkenden Gegenwalze (21), einem im von der Bahn (13) umschlungenen Bereich der Gegenwalze (21) angeordneten Auftragsystem (18) mit einer Auftragwalze (22) und mit einem in Bahnlaufrichtung mit Abstand hinter dem Auftragsystem (18) angeordneten Dosiersystem (19) mit einem Rakelelement (20), dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenwalze (21) und/oder die Auftragwalze (22) die Merkmale eines oder mehrerer der Patentansprüche 1 bis 4 aufweisen.