DE4303577A1 - Verfahren zum Beschichten einer Materialbahn - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1 zum Beschichten einer Bahn mit einer Be­ schichtungsmasse und zum Steuern der Schichtdicke.

Die Erfindung bezieht sich auf die Steuerung einer Auftrag- und Dosiervorrichtung, bei der die Beschichtungsmasse durch einen schmalen Spalt auf das Band aufgebracht wird, der zwischen dem Band und einem Messer gebildet ist, das relativ zu dem Band in einem stumpfen Winkel geneigt ist, und bei dem an­ schließend die aufgebrachte Masse glattgestrichen und die über­ schüssige Masse mittels eines Abstreifmessers (Doktor Blade) abgestriffen wurde.

Die britische Patentanmeldung 8,508,431 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten eines Bandes. Das Verfahren dieser Publikation arbeitet unter Verwendung eines flexiblen Messers, um die Masse zu preapplizieren, während der finale Abstreifvorgang mittels eines Abstreifmessers durchge­ führt wird. Die Beschichtungsvorrichtung ist gegenüber einer Ge­ genwalze angeordnet, die es der Beschichtungsmasse erlaubt, über eine große Länge des Bandes mit dem Band in Kontakt zu kommen. Das Entfernen eingebrachter Luft aus der Beschichtungsmasse ist jedoch bei der bekannten Ausführung schwierig und die inte­ grierte Konstruktion des Abstreifmessers mit der Beschichtungs­ struktur verkompliziert Wartungsarbeiten. Weiterhin ist das Ver­ halten der Beschichtungsmasse bei der bekannten Methode empfind­ lich gegenüber Störungen in der Aufbringungszone wie z. B. einer ungleichmäßigen Verteilung der Massezufuhr. Typische Konsequen­ zen hieraus äußern sich in Streifenbildung auf der Bandbeschich­ tung in Laufrichtung des Bandes.

In einer aus der oben beschriebenen Konstruktion weiter gebilde­ ten Beschichtungsvorrichtung wird die Beschichtungsmasse in ei­ nem laminaren Fluß durch einen schmalen Spalt dem Band zuge­ führt. Der Spalt ist zwischen dem Band und einem Messer gebil­ det, das relativ zu dem Band in einem spitzen Winkel geneigt ist. Die Masse wird danach glattgestrichen und die Schichtdicke wird in konventioneller Weise mittels eines Abstreifmessers ge­ steuert. Eine derartige Vorrichtung ist in der vom Anmelder be­ reits früher eingereichten finnischen Patentanmeldung 890 249 beschrieben. Das Aufbringen der Beschichtungsmasse auf das Band mittels eines laminaren Flusses ermöglicht eine signifikante Verringerung der Streifenbildung auf dem beschichteten Band und weiterer Fehler, die durch eingeschlossene Luftblasen auf dem beschichteten Band verursacht werden. Die Steuerung der Schicht­ dicke ist insbesondere bei höheren Schichtdicken in dieser Vor­ richtung relativ kompliziert, weil eine relativ kleine Änderung der Messervorspannung eine große Änderung der Schichtdicke her­ vorruft. Das Konstruktionsdesign des Messers muß daher sehr sorgfältig durchgeführt werden, um Hysteresen bei der Einjustie­ rung des Messers zu vermeiden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues Verfahren zum Beschichten eines Papierbandes in einer Vorrichtung gemäß FI 890 249 zu schaffen.

Die Erfindung basiert auf der Steuerung der Schichtdicke durch Veränderung der Zufuhr der Beschichtungsmasse, die in der Be­ schichtungsvorrichtung auf das Band aufgetragen wird.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der oben genannten Art er­ findungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ermöglicht signifikante Vorteile.

Eine exakte Steuerung der Schichtdicke, insbesondere bei höheren Schichtdicken wird durch die vorliegende Erfindung einfacher, verglichen mit einem konventionellen Abstreifmesser-Beschich­ tungsverfahren. Die letztlich erzielte oder auch finale Schichtdicke wird in einem signifikant höherem Maße durch Ände­ rungen in der Messervorspannung bzw. -anpreßdruck als durch Än­ derungen in der Menge der anfänglich aufgebrachten Beschich­ tungsmasse beeinflußt. Eine Änderung in der Menge der anfänglich aufgebrachten Beschichtungsmasse beeinflußt die letztendlich er­ reichte Schichtdicke im Grunde genommen lediglich durch die Än­ derung des auf das Abstreifmesser aufgebrachten Drehmoments, das dazu tendiert, das Messer von der Oberfläche des Bandes wegzu­ biegen. Somit spiegeln sich Änderungen in der Menge der anfäng­ lich zugeführten Beschichtungsmasse indirekt in der Vorspann­ kraft bzw. im Anpreßdruck des Abstreifmessers wieder, die bzw. der erforderlich ist, um die überschüssige Beschichtungsmasse von der Bandoberfläche abzustreifen. In dem vorliegenden Verfah­ ren sind Anforderungen an die Exaktheit der Durchführung des Verfahrens für die Anordnung des in der Beschichtungsvorrichtung verwendeten Abstreifmessers in einem konstanten Winkel verrin­ gert, weil die Vorspannung der Anordnung während des Betriebs nicht geändert werden muß. Daher ist das Verfahren frei von Hy­ steresen im Neigungswinkel des Messers, welche die Exaktheit der Messereinstellung verschlechtern würden. Weiterhin sind die An­ forderungen an eine exakte Positionierung des Trägers für das Abstreifmesser wesentlich reduziert, weil der Träger während des Betriebs nicht gedreht werden muß. Weiterhin wird die Kompensa­ tion der Bearbeitungstoleranzen des Trägers mit Hilfe einer Feineinstellungseinrichtung weniger aufwendig. Weil das Ab­ streifmesser nicht länger zur Steuerung der aufgetragenen Be­ schichtungsmenge verwendet wird, kann die Messergeometrie für eine vereinfachte Anordnung der Messerprofiljustage ausgebildet werden, ohne das Hysteresephänomen berücksichtigen zu müssen. Gleichzeitig wird eine stabilere Messerprofiljustage erreicht. Die Standzeit des Abstreifmessers wird erhöht durch konstante Verfahrensbedingungen an der Messerspitze. Grenzen, die der Mes­ servorspannung bzw. dem Messeranpreßdruck durch den maximalen Neigungswinkel des Stützträgers oder Trägerarms gesetzt waren, wurden ebenfalls erweitert.

Die Erfindung wird nachfolgend im Detail unter Zuhilfenahme bei­ spielhafter Ausführungsformen beschrieben, die in der beigefüg­ ten Zeichnung dargestellt sind.

Die Beschichtungseinrichtung in Fig. 1 enthält eine Gegenwalze 15, deren Rotationsrichtung mit H bezeichnet ist und deren Um­ fangsfläche gleichmäßig mit dem zu beschichtenden Papierband 1 überdeckt ist. Quer über die Breite des Bandes 1 erstreckt sich unterhalb der Gegenwalze 15 eine Messerdosiereinheit 2, deren Rahmen durch einen Trägerarm 11 mit ungefähr dreieckigem Quer­ schnitt gebildet ist. Der Trägerarm 11 ist drehbar an einem Drehpunkt 10 mit den Trägerstrukturen der Beschichtungseinrich­ tung verbunden. Die Beschichtungsmasse wird über den Zuführkanal 3 zugeführt, welcher an dem Trägerarm 11 zur Eintrittseite des Bandes 1 hin angeordnet ist, um sich quer über das Band 1 in ei­ nen Ruheraum 16 zu erstrecken, von wo aus die Masse unter Druck einem engen Zuführkanal 4 zugeführt wird. Wie aus Fig. 1 er­ sichtlich, hat der Zuführkanal 4 in der Schnittebene des Fluß­ vektors der Beschichtungsmasse einen leicht S-förmigen Ab­ schnitt. Der Zuführkanal 4 endet in Richtung auf das Trägerteil des Vorabstreifmessers 5. Der Zuführkanal 4 ist extrem schmal im Vergleich mit konventionellen Zuführkanälen; die Ausgangsöffnung des Zuführkanals 4 hat üblicherweise eine Höhe von nur 3 bis 5 mm. Das Messer 5 liegt elastisch in einem spitzen Winkel α an dem Band 1 an. Der Winkel α ist typischerweise geringer als 20°. Die Messerhalter 6 und 18 sind derart ausgebildet, daß jede si­ gnifikante Stufe zwischen der Ausgangsöffnung des Zuführkanals 4 und dem Träger des Messers 5 vermieden wird. Insbesondere hat der Messerhalter 18 an der Seite des Zuführkanals 4 eine keil­ förmige Querschnittsverjüngung in Richtung auf die Spitze des Messers 5. Der lineare Andruck auf das Vorabstreifmesser kann durch eine Andrucksteuerungseinrichtung 7 eingestellt werden. Die Andrucksteuerungseinrichtung 7 ist quer zu dem Band 1 in un­ abhängige Steuersektionen unterteilt, wobei der Andruck des Mes­ sers 5 quer zum Band 1 unterschiedlich eingestellt werden kann, um so die Steuerung der aufgebrachten Beschichtungsmenge in Querrichtung des Bandes zur Erzielung eines gewünschten Schicht­ dickenprofils zu ermöglichen. Wegen der hohen Zuführgeschwindig­ keit, die 1 m/sec. überschreitet, wird sich die überschüssige Masse auch zur Eintrittsrichtung des Bandes 1 hin erstrecken. Diese überschüssige Masse wird in einer ersten Masseauffangwanne oder -rinne 9 aufgefangen. Weiterhin wird die zum genau einge­ stellten Abstreifmesser hinüberfließende überschüssige Beschich­ tungsmasse in einer zweiten Masseaufwangwanne 8 aufgefangen.

Der finale Abstreifvorgang der Masse auf dem Band wird unter Verwendung einer Abstreifeinheit 14 durchgeführt, die ein Ab­ streifmesser 12 enthält, das exakt an einem zweiten Trägerarm 17 montiert ist. Der Andruck des Abstreifmessers 12 kann durch eine Andrucksteuerungseinrichtung 13 eingestellt werden. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist der Abstand D von der Spitze des Vorab­ streifmessers 5 der Auftragseinheit 2 bis zur Spitze des genauen Abstreifmessers 12 in dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel relativ groß und liegt üblicherweise in der Größenordnung von 0,5 bis 0,8 m. Bei den typischen Bandgeschwindigkeiten ent­ spricht dieser Abstand in der Praxis einer zeitlichen Abfolge von ungefähr 30 bis 40 µs.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die oben beschriebene Beschichtungsvorrichtung wie folgt betrieben:

Beim Start wird der lineare Andruck an der Abstreifeinheit 14 ungefähr auf einen Wert gesetzt, der bekanntermaßen eine ge­ wünschte Schichtdicke ergibt. Als Abstreifeinheit wird vorzugs­ weise eine Abstreifeinheit des sogenannten Konstantwinkeltyps verwendet. Der lineare Andruck an der Abstreifeinheit wird grundsätzlich während des gesamten Laufs bei dem anfänglichen voreingestellten Wert gehalten. Die schließlich erzielte Schichtdicke wird eingestellt durch Veränderung der aufgebrach­ ten Menge des Beschichtungsgemisches. Es gibt drei Basisverfah­ ren zur Steuerung der in der Auftragseinheit 2 auf das Band auf­ gebrachten Beschichtungsmenge, nämlich die Veränderung der Zu­ fuhrrate der Beschichtungsmasse, die durch den Kanal 3 gepumpt wird, der lineare Andruck des Abstreifmessers oder die Breite des Spaltes zwischen dem Band oder die Breite des Rückfluß­ schlitzes zwischen dem Band und der Auftragseinheit. Das beste Steuerungsergebnis wird erhalten durch die Änderung des linearen Andrucks des Messers oder der Breite des Rückflußschlitzes. Das Auftragmesser 5 wird mittels einer Steuereinrichtung 7 für den linearen Messerandruck an dem Trägerarm 11 montiert, welcher den Rahmen der Vorrichtung bildet. In seiner Betriebsstellung glei­ tet das Auftragmesser 5, das relativ zum Band 1 um einen spitzen Winkel geneigt ist, auf einem hydrodynamischen Bett, das durch die fließende Beschichtungsmasse gebildet ist. Ein Teil der in einem laminaren Fluß auf das Band 1 zugeführten Beschichtungsmas­ se passiert den Spalt zwischen dem Messer 5 und dem Band 1 und haftet so an dem Band an. Die überschüssige Masse wird gegen die Laufrichtung H des Bandes 1 zurückgespült.

Die Steuerung der gesamten, an dem Band anhaftenden Beschich­ tungsmenge wird vorzugsweise durch die Veränderung der Breite des Rückflußschlitzes gesteuert. Entsprechend diesem Verfahren reduziert eine Vergrößerung des Schlitzes den rückwärts gerich­ teten Druck des Rückflusses, wobei der Anteil der an dem Band anhaftenden Beschichtungsmasse reduziert wird. Die Reduktion der Schlitzbreite vergrößert entsprechend den rückwärts gerichteten Druck und hebt den internen Druck in dem Beschichtungsbett an, das zwischen dem Auftragmesser 5 und dem Band 1 gebildet wird. Aufgrund des erhöhten Druckes wird das Messer 5 leicht von dem Band hochgedrückt und mehr Masse kann daher gemeinsam mit dem in Bewegung befindlichen Band 5 ausfließen.

Das gleiche Resultat wird erzielt durch Veränderung des linearen Andrucks des Auftragsmessers 5. Darüber hinaus kann die Steue­ rungseinrichtung 7 des Auftragsmessers 5 zusätzlich zur Steue­ rung des Schichtdickenprofils in Laufrichtung für die Steuerung des Schichtdickenprofils in Querrichtung des Bandes verwendet werden. Die Profilsteuerung kann in allen Arten von Messerhal­ tern vorgesehen werden, die mit einer Profilsteuerungsmöglich­ keit ausgestattet sind. Und weil die Steuerung sich direkt auf die an der Bandoberfläche anhaftenden Beschichtungsmenge aus­ wirkt, kann eine präzisere und stabilere Steuerung des Beschich­ tungsprofils erreicht werden, als wenn man die Steuerung an dem Abstreifmesser 12 selbst vornimmt.

Größere Laufzeitänderungen der Schichtdicke können grob durch Änderung des linearen Anpreßdrucks an der Abstreifeinheit 14 vorgenommen werden. So wird die nominelle Endstärke der auf das Band aufgebrachten Beschichtung erfindungsgemäß an der Abstrei­ feinheit eingestellt, während die präzise Feinsteuerung, der fi­ nalen Schichtdicke auf gewünschte Grenzen durch Veränderung der auf das Band aufgebrachten Beschichtungsmenge vorgenommen wird.

Der Messerneigungswinkel α des Messers 5 kann auch geringer als 15° eingestellt werden. Optimale Einstellungen des Messernei­ gungswinkels und der aufgebrachten Beschichtungsmenge können in vorteilhaften Fällen eine Verwendung des exakten Abstreifmessers 12 erübrigen.

Die Verwendung einer konventionellen Short-dwell-Beschichtungs­ vorrichtung nach der Dosiereinheit 2 ist möglich, um größere Schichtdicken zu erzielen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Aufbringen und Glätten einer Beschichtungs­ masse auf einem Band (1), das auf einer rotierenden Ge­ genwalze (15) läuft unter Verwendung einer Einrich­ tung mit:

• - Einer Auftragseinheit (2), die ein der unmittelbaren Umgebung des Bandes (1) angepaßtes Glättungs­ element (5) zum Glattstreichen der aufgebrachten Beschichtungsmasse aufweist, wobei das Glät­ tungselement als flexibles Messer (5) mit einem Neigungswinkel (α) von weniger als 20° ausgebildet ist, und ein mit einem schmalen Schlitz versehenes Zuführelement (4), dessen Ausgang ohne eine we­ sentlichen Schwelle nahe an dem Träger des flexiblen Messers angeordnet ist, um so einen la­ minaren Flug der Beschichtungsmassezuführung mit einer hohen Geschwindigkeit zu ermöglichen;
• - einer Abstreifeinheit (14), die in Laufrichtung des Bandes (1) in einem Abstand von der Auftragsein­ heit (2) angeordnet ist, und mindestens ein Messer (12) enthält, das gegen das Band (1) andrückbar ist, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Ver­ fahrensschritte aufweist:
• - Die Beschichtungsmasse wird unter Verwendung der Auftragseinheit (2) auf das Band aufgebracht;
• - die Beschichtungsmasse wird auf dem Band (1) mit Hilfe des Abstreifmessers (12) der Abstreifeinheit (14) glattgestrichen, dadurch gekennzeichnet,
• - daß der lineare Anpreßdruck des Messers (12) der Abstreif­ einheit zu Beginn auf einen ungefähr korrekten Wert für eine gewünschte Schichtdicke gesetzt und während des Laufs auf einem konstanten Wert gehalten wird, und
• - daß die Menge der auf das Band aufgebrachten Beschich­ tungsmasse während des Laufs mittels einer Veränderung in der in der Auftragseinheit (2) an dem Band anhaftenden Menge der Beschichtungsmasse eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Auftragseinheit (2) auf das Band aufge­ brachte Menge der Beschichtungsmasse durch eine Ver­ änderung des linearen Anpreßdrucks des Auftragsmessers (5) gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der in der Auftragseinheit (2) auf das Band aufgebrachten Beschichtungsmasse durch Verände­ rung des gegenseitigen Abstands des Spalts zwischen der Auftragseinheit und dem Band (1) auf der Eingangsseite des Bandes in den Spalt gesteuert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der auf das Band aufgebrachten Beschich­ tungsmasse quer zum Band zur Steuerung eines Querschnittprofils der Schichtdicke verändert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der auf das Band aufgebrachten Beschich­ tungsmasse in Querrichtung des Bandes durch Steuerung des Profils des Auftragsmessers (5) gesteuert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der auf das Band aufgebrachten Beschich­ tungsmasse in Querrichtung des Bandes durch die Steuerung des Profils der Beschichtungsmassezuführung über Zu­ führelemente veränderbar ist.