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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Vorhangbeschichten einer Papier- oder Kartonbahn, wobei ein Bahnsubstrat
unter einer Fülltrichtereinrichtung
bewegt wird, die einen Einzel- oder
Mehrschicht-Flüssigkeitsüberzug in
Form eines frei fallenden Vorhangs bereitstellt, der an einer dynamischen
Benetzungslinie auf das Substrat auftrifft, wobei ein Luftschild
im Verhältnis
zu der Bewegungsrichtung der Bahn stromaufwärts der dynamischen Benetzungslinie
angeordnet ist, wobei die dynamische Benetzungslinie des Streichvorhangs
auf der Bahn im Allgemeinen senkrecht zu der Bewegungsrichtung der
Bahn angeordnet ist, wodurch im Wesentlichen derselbe Luftdruck über einen wesentlichen
Teil des Streichvorhangs auf seiner Vorder- und Rückseite
im Verhältnis
zu der Bewegungsrichtung der Bahn bereitgestellt wird und der Benetzungslinie
stromaufwärts
ein erster Zuluftstrom bereitgestellt wird, wobei die Zuluft über eine
wesentliche Länge
entlang des frei fallenden Vorhangs fließt, und wobei Luft von einem
weiter stromaufwärts liegenden
Standort an einem Zuluftstromauslass entleert wird, so dass die
Luft in der Nähe
der dynamischen Benetzungslinie gegen die Bewegungsrichtung der Bahn
bewegt und die Grenzluftschicht mit der Bahn mitgerissen wird.
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Hauptsächlich im
Bereich der Herstellung von Fotopapieren oder beschichteten Folien
sind Verfahren und Vorrichtungen zum Vorhangbeschichten weit verbreitet
bekannt und werden angewandt. Typischerweise wird eine ununterbrochene
Bahn oder Bögen
ununterbrochen unter einer Streichfülltrichtereinrichtung bewegt.
Eine oder mehrere Flüssigkeitszusammensetzungen
werden von einer Fülltrichteranordnung
in Form eines flüssigen
Vorhangs bereitgestellt.
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Zur
Herstellung von Fotopapieren werden flüssige Zusammensetzungen mit
relativ niedriger Viskosität
von im Allgemeinen weniger als etwa 150 cP (Zentipoise), meistens
in dem Bereich von etwa 5 bis etwa 100 cP verwendet.
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Die
Herstellung von Fotopapieren ist ein sehr schwieriges Handwerk,
welches eine extrem genaue Steuerung erfordert. Die praktische Verwendung
von Vorhangbeschichten bringt eine Anzahl von Schwierigkeiten mit
sich, die mit einem Bedürfnis
nach einer extrem gleichförmigen
Beschichtung einerseits, und andererseits mit einem Bedürfnis nach
dem Beschichten von Substraten in Form einer ununterbrochenen Bahn
bei hohen Geschwindigkeiten einhergeht.
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Eine
Anzahl von mit dem Vorhangbeschichten in Zusammenhang stehenden
Problemen wurde beim Stand der Tech nik angesprochen, und es wurden
viele Vorschläge
zur Beseitigung dieser Probleme unterbreitet.
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Neben
dem Erhalt eines frei fallenden Vorhangs mit gleichförmigen Vorhangmerkmalen über seine
Breite senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Substrates besteht
eines der am meisten angesprochenen Probleme beim Beschichten mit
Geschwindigkeiten, die höher
als annähernd
150 m/min. sind, in der Verlagerung oder Verformung des Vorhangs
durch die Luft, die auf Grund von Reibung entlang des unbeschichteten
Substrates mitgeführt
wird. Diese Luft wird mit dem sich bewegenden Substrat zu dem Streichpunkt
getragen, der den Standort bezeichnet, an dem die Streichflüssigkeit
zum ersten Mal das Substrat berührt.
Bei dem Vorhangstreichprozess weist dieser Standort die Form einer
Linie über
das Substrat auf, und wird als dynamische Benetzungslinie bezeichnet.
Der Bereich in der Nähe des
Substrates, in dem sich die Luft auf Grund von Reibung in Bewegung
befindet, wird Grenzschicht genannt.
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Beim
Stand der Technik wird eine Anzahl von Problemen in Bezug auf die
Luftgrenzschicht beschrieben.
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Eines
dieser zum Beispiel in der
US 6,162,502
A beschriebenen Probleme besteht darin, dass Luft zwischen
dem Substrat und dem Flüssigkeitsfilm
mitgerissen wird, und dass bei erhöhten Beschichtungsgeschwindigkeiten
keine zusammenhängende
Beschichtung erhalten werden wird.
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In
der Vergangenheit wurden zwei Haupteffekte im Hinblick auf das Auftreffen
der Grenzschicht auf einen Vorhang beobachtet. Einer besteht darin, dass
die Luftschicht auf die Berührungslinie
zwischen dem Vorhang und der Bahn auftrifft. Da die Luft ihre Strömungsrichtung ändern muss,
ist die Verlagerung der Benetzungslinie über die Länge des Vorhangs nicht gleichförmig, und
der Vorhang nimmt eine wellenförmige
oder gewellte Verformung über das
Bahnsubstrat an. Als Folge der Vorhangverformung erhält die Beschichtungsschicht
Bereiche mit variierender Dicke der Beschichtung, was bedeutet, dass
die Beschichtungsschicht bandähnliche
Dickenabweichungen entlang der Bewegungsrichtung der Bahn erhält.
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Ein
weiterer Effekt besteht darin, dass der Vorhang in der Bewegungsrichtung
des Substrates wie ein Ballon aufgeblasen wird. Dies hat nicht nur die
Verformung der Benetzungslinie, sondern auch ein unregelmäßiges Streichverhalten
des Vorhangs quer zu der Streichrichtung zum Ergebnis, wobei das Moment
der Luft oder des Druckunterschiedes über den Vorhang den Vorhang
zeitweilig aufschlitzen kann, wodurch Streifen bei der Beschichtung
verursacht werden.
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Bei
einer Vorhangbeschichtungsanordnung, die einen zwischen einer Rolle
zum Tragen und zur Beförderung
des Substrates angeordneten Luftschild umfasst, ist eine Anzahl
von Verfahren zur Abschwächung
der schädlichen
Wirkung der Grenzluftschicht bekannt. Über einen Ansatz wird in der
US 3,508,947 von Hughes
berich tet, wobei die Minimierung mitgerissener Luft auf der sich
bewegenden Bahn durch die Verwendung eines Luftschildes vorgeschlagen wird,
der mit einem Vakuumverteilerrohr versehen wurde, welches an die
Bahn angrenzend positioniert ist, um beschichtet und mit einer Vakuumpumpe
zum Abziehen von Luft von derselben verbunden zu werden. Auf diese
Weise schlägt
Hughes vor, dass der mehrschichtige, frei fallende vertikale Vorhang
von Beschichtungswerkstoff gegen Umgebungsluftströme abgeschirmt
wird, und die durch die sich bewegende Bahn mitgerissene Luft abgezogen
wird, bevor der Vorhang an der Benetzungslinie auf die sich bewegende
Bahn auftrifft.
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In
der
US 5,976,630 wird über eine
neuere Vorhangbeschichtungspraxis berichtet, bei welcher der Luftschild
hauptsächlich
zum Zwecke des Abziehens von durch die sich bewegende Bahn mitgerissener
Luft im Gegensatz zum Abschirmen des frei fallenden Vorhangs von
Umgebungsluftströmen
verwendet wird. Dies ist deshalb der Fall, weil Vorhangstreichvorgänge typischerweise
ein Gehäuse
umfassen, um den frei fallenden flüssigen Vorhang von den Umgebungsluftströmen abzuschirmen.
Das Gehäuse
wird ununterbrochen mit einem geschichteten Luftstrom mit niedriger
Geschwindigkeit von oben beliefert, während gleichzeitig Luft sowohl
von der Vorder- als auch von der Rückseite des Gehäuses ausgestoßen wird.
Es ist bekannt, dass Luftschildsysteme, bei denen ein einzelnes
Verteilerrohr und eine einzelne Vakuumquelle verwendet wird, betrieben wurden,
um größere Luftvolumina
auszustoßen,
und zwar im Rahmen eines Versuches, zusätzliche Luft von hinter dem
frei fallenden Vorhang sowie auf der Bahn mitgerissene Luft zu entfernen.
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In
der
EP 0 489 978 B1 werden
weiterhin zusätzliche
Anordnungen zur Erhöhung
des Luftwiderstandes durch weitere Einrichtungen wie zum Beispiel
hervorstehende Teile, Streifen oder sogar eine oder mehrere mit
dem Luftschild verbundene Schichten, und die auf die Bahn ausgerichtet
sind, beschrieben. Die Lehre geht dahin, dass die Schichten so beeinflusst
werden, dass sie sich über
die Gesamtbreite des Luftschildes oder eine Gruppe kleinerer, zufällig positionierter
Schichten erstrecken. Das Ziel, welches durch eine solche Anordnung
erreicht werden sollte, wird dahingehend beschrieben, das ein verringerter
Druck mit einem niedrigen Durchsatz entleerter Luft erhalten werden
soll. Von höheren
Durchsatzraten wird berichtet, dass sie nicht wünschenswert sind, da sie Ungleichförmigkeiten
innerhalb des Luftschildes verursachen können. Von solchen Ungleichförmigkeiten
wird berichtet, dass sie bandähnliche Störungen in
dem beschichteten Werkstoff verursachen können.
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In
der
EP 0 489 978 B1 ,
deren Offenbarung durch Bezugnahme in diesem Dokument integriert ist,
wird weiterhin berichtet, dass der Druckunterschied zwischen der
Umgebungsluft und dem Inneren des Luftschildes hoch genug sein muss,
um die Grenzschicht von Luft, die an der Bahn anhaftet, zu entleeren,
jedoch begrenzt werden muss, um einen Luftstrom in einer Richtung
von dem Streichvorhang in Richtung der Bahn zu verhindern. Es wird
berichtet, dass ein Luftstrom von dem Streichvorhang in Richtung
des Luftschildes veranlassen kann, dass der gesamte flüssige Vorhang
oder mindestens ein Teil desselben in den Luftschild aufgesaugt
wird und somit den Streichvorgang zerstört, was unter allen Umständen zu
vermeiden ist.
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Weiterhin
wird beschrieben, das Auslassende des Luftschildes in einem Abstand
zwischen 5 und 30 mm stromaufwärts
der Benetzungslinie anzuordnen, da kleinere Abstände das Risiko mit sich bringen,
dass ein schwingender Vorhang den Luftschild berührt und verschmutzt, wodurch
der Streichvorgang unterbrochen wird, während größere Abstände die Wirkung des Luftentfernens
stark verringern, und den Wiederaufbau einer neuen Grenzschicht
von mitgerissener Luft ermöglichen.
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In
der
US 5,976,630 von
Korokeyi et al. wird die Verwendung von zwei unterschiedlichen Einlassschlitzen
in Kombination mit einem Luftschild vorgeschlagen, wobei die Schlitze
mit einer gemeinsamen oder zwei separaten Vakuumpumpen verbunden sind,
wobei ein Lufteinlassschlitz zum Entfernen der mitgerissenen Grenzluftschicht
des sich bewegenden Substrates bestimmt ist, und einer zum Entfernen
der mitgerissenen Grenzluftschicht des frei fallenden Vorhangs bestimmt
ist. Weiterhin wird vorgeschlagen, einen frischen, gefilterten,
optional erwärmten,
geschichteten Luftstrom mit niedriger Geschwindigkeit bereitzustellen,
der eine Geschwindigkeit von etwa 10 bis 20 Fuß/min. (etwa 5 bis etwa 10 cm/s)
aufweist, der dem Gehäuse
zugeführt
wird, welches den frei fallenden Vorhang umgibt, und zwar durch
eine obere perforierte Wand desselben. Es wird weiterhin erwähnt, dass
der frei fallende Vorhang mit frischer Luft zu beschicken ist, wenn
verbrauchte Luft von dem Gehäuse
abgezogen wird, welches die Vorrichtung umgibt, und zwar durch Auslassanschlüsse in dem
Gehäuse.
Die Auslassanschlüsse
sind im Wesentlichen dahingehend beschrieben, dass sie die zugeführte Luft
entfernen, um den Druckunterschied über den frei fallenden Vorhang
zu minimieren. Durch die Lehre der
US 5,976,630 soll
das Zirkulations- oder Wirbelmuster von Luftströmen entlang des Vorhanges verringert oder
verhindert werden, welches dahingehend erwähnt wird, dass es Störungen in
dem Vorhang verursacht, was wiederum zu Streifen in dem beschichteten
Produkt führen
kann.
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In
der
US 6, 416, 690 von
Kustermann ist eine Anordnung zum Vorhangbeschichten zum Beispiel
einer Papierbahn beschrieben, wodurch die Ausbildung von Luftblasen
durch Teile einer Grenzluftschicht verhindert werden sollte, die
zwischen dem Substrat und der Beschichtung eingefangen ist, die
in einer Menge aufgetragen wird, die das beschichtete Produkt wirtschaftlich
bei Streichbedingungen unbrauchbar macht, bei denen die Bahn eine Breite
bis zu 4 m aufweist, und bei Streichgeschwindigkeiten bis zu 1.000
m/min. Um dieses Ziel zu erreichen, wird vorgeschlagen, einen dynamischen
Luftdrucksensor in nächster
Nähe der
Benetzungslinie zu positionieren, wo ein Streichmedium die Materialbahnoberfläche berührt, und
wo ein erhöhter
dynamischer Druck im Verhältnis
zu dem normalen Luftdruck beobachtbar sein sollte, der durch die
mit der Substratbahn mitgerissene Grenzluftschicht verursacht wird.
Das dynamische Drucksignal wird mit einem zuvor festgelegten dynamischen
Druckwert verglichen, und eine Saugvorrichtung zum Entfernen von
mit der Substratbahn und/oder dem Streichvorhang mitgerissener Luft
wird so gesteuert, dass sie einen zuvor festgelegten dynamischen
Druckwert in der Nähe
der Benetzungslinie auf dem Substrat aufrechterhält.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der beschriebenen Erfindung wird vorgeschlagen, einen Schaberbalken
zum Entfernen der Luft vorzusehen, die mit einer sich bewegenden
Oberfläche
des stromaufwärts
von der Benetzungslinie positionierten Substrates mitgerissen wird,
um die mechanische Kraft zu verringern, die für die Saugvorrichtung benötigt wird,
wobei weiterhin vorgeschlagen wird, eine zusätzliche Saugvorrichtung einzusetzen,
die ein teilweises Vakuum auf der Seite der Substratbahn erzeugt,
die von dem Streichvorhang weg weist, welche die Substratbahn gegen
ein Trägerelement
wie zum Beispiel eine Stützwalze
zieht.
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In
der
US 5,624,715 von
Gueggi et al. wird vorgeschlagen, die gesamte mit einem sich bewegenden
Substrat mitgerissene Luft über
einen Schlitz an der Kante einer Klinge abzuziehen, die in Richtung
des Vorhangs ausgerichtet ist, so dass die Größe der verbleibenden Grenzschicht,
die auf den Vorhang auftrifft, minimiert wird. Weiterhin wird eine
Zuluftöffnung
an der Unterseite einer Lippe des Vorhangfülltrichters vorgeschlagen,
um Luft an diesen Punkt mit einer niedrigen Geschwindigkeit und
nach unten abgelenkt zu bringen, wobei der eine niedrige Geschwindigkeit
aufweisende Luftstrom auch durch den Schlitz der Klinge entleert
wird, der an der Kante der Klinge angebracht ist, die in Richtung
des Vorhangs weisend angeordnet ist. Durch diese Maßnahmen
sollte die Ausbildung sich drehender Luftturbulenzen zwischen der
Klinge und dem Vorhang vermieden werden, die sich ansonsten in unstabile
Zellen aufteilen könnten,
wodurch veranlasst würde, dass
der Vorhang beeinträchtigt
und unbeständig wird,
was folglich eine verringerte Streichqualität zum Ergebnis hat.
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In
der der Valmet Corp. zugeordneten WO 01/16427 A1 wird eine Vorhangstreicheinrichtung
mit einer herkömmlichen
Schaberanordnung stromaufwärts
in Bewegungsrichtung eines Bahnsubstrates vor einem Auftreffpunkt
des Streichmischvorhangs auf der Oberfläche der Bahn vorgeschlagen.
Gemäß der Lehre
dieses Dokumentes wird neben der Bereitstellung einer gewöhnlichen
Entleerungseinrichtung innerhalb der Schabereinrichtung vorgeschlagen, das
Moment des Streichmischvorhangs zu erhöhen, indem die Höhe des fallenden
Vorhangs vergrößert wird,
und dadurch die Fallgeschwindigkeit erhöht wird, so dass die aufgetragene
Flüssigkeit
energiereicher wird, so dass sie durch die sich auf der Bahnoberfläche bewegende
Grenzluftschicht hindurchdringt. Genauer ausgedrückt wird vorgeschlagen, eine
Gaseinspritzdüse
stromabwärts
des Vorhangs bereitzustellen, die einen bedeutenden Strom von Gas,
einschließlich
Luft oder Dampf, zu dem Streichvorhang in der Nähe der Benetzungslinie liefert,
so dass das kombinierte Moment des Streichmischvorhangs und des
Gasstrahles genügend
energiereich wird, um das Streichgemisch dazu zu zwingen, durch
die sich auf der Bahnoberfläche
bewegende Grenzluftschicht hindurchzudringen, und dass der Vorhang
somit ungehindert an der Oberfläche
der Bahn anhaften kann.
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Obwohl
beim Stand der Technik viele Ansätze
unternommen wurden, um die mit der Verwendung eines Vorhangstreichverfahrens
insbesondere bei hohen Streichgeschwindigkeiten einhergehenden Nachteile
und Probleme zu beseitigen, sind immer noch verbleibende Nachteile
vorhanden, welche die Qualität
und die Kosteneffizienz von Vorhangstreichverfahren insbesondere
im Verhältnis
zu dem Vorhangstreichen von Papiersubstraten beeinträchtigen.
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Daher
besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Bereitstellung eines verbesserten
Verfahrens und einer Vorrichtung zum Vorhangbeschichten insbesondere
für die
Hochgeschwindigkeitsbeschichtung eines Papierbahnsubstrates, genauer
ausgedrückt
in Verbindung mit einer Streichflüssigkeit, die eine relativ
hohe Viskosität
im Vergleich zu den zur Herstellung von Fotopapieren verwendeten
Streichflüssigkeiten
aufweist, die ei ne niedrige Scherviskosität von im Allgemeinen deutlich über 1,5
Pa·s
besitzen.
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Kurz
gesagt werden diese und weitere Merkmale, Gegenstände und
Vorteile durch die Bereitstellung einer zweiten Zuluft in nächster Nähe der Benetzungslinie
erhalten, und dadurch, dass die erste und die zweite Zuluft durch
eine erste Luftabsaugung und die Grenzluft durch eine zweite Luftabsaugung
entleert wird.
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Durch
die Bereitstellung der ersten Zuluft entlang der Rückseite
des frei fallenden Vorhangs ist es möglich, einen gleichen Druck
zwischen der Vorder- und der Rückseite
des fallenden Vorhangs aufrechtzuerhalten. Durch das Hinzufügen der
zweiten Zuluft zu der Benetzungslinie ist es möglich, die dynamische Benetzungslinie
in einer geraden Linie in Querrichtung der sich bewegenden Bahn
zu halten.
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Durch
die Entleerung der ersten und zweiten Zuluft mit einer ersten Luftabsaugung,
und eine separate Entleerung der Grenzluft durch eine zweite Luftabsaugung
ist es möglich,
das Vorhangbeschichtungsverfahren insbesondere durch die Verhinderung
wellenähnlicher
Bewegungen auf Grund der Tatsache zu verhindern, dass der Luftstrom
und der Druck entlang des fallenden Vorhangs und in dem Bereich
der Benetzungslinie effektiv gesteuert werden können. Ein weiterer Vorteil
der Trennung der ersten und zweiten Luftabsaugung besteht in der Möglichkeit
zum Entfernen der Zuluft von der Be netzungslinie in einem sehr kurzen
Abstand von der Benetzungslinie, wodurch lange Spalte zwischen der Bahn
und dem Luftschild vermieden werden.
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Eine
Vorrichtung gemäß der Erfindung
zum Vorhangbeschichten einer Papierbahn umfasst eine Fülltrichtereinrichtung,
um einen frei fallenden Vorhang von Streichflüssigkeit bereitzustellen, wobei
ein Luftschild einen kleinen Spalt zwischen der Bahn und dem Luftschild
bereitstellt, wobei sich eine erste Zuluftöffnung im Allgemeinen über die
Breite der Bahn erstreckt, wobei sie einen ersten Luftstrom in dem Bereich
der dynamischen Benetzungslinie bereitstellt, wo der flüssige Streichvorhang
auf die Bahn auftrifft, und wobei eine mit dem Luftschild verbundene
Saug- oder Vakuumwirkung
bereitstellende Einrichtung zum Entfernen von Luft, und eine Schabereinrichtung
zum Entfernen einer Grenzschicht angeordnet ist, wobei die Anordnung
einen zweiten Zuluftstrom mit einem Zuluftauslass in der Nähe der Benetzungslinie
umfasst, und wobei für
den ersten und für den
zweiten Luftstrom eine erste Luftsaugeinrichtung und für die mit
der Bahn mitgerissene Grenzluftschicht eine zweite Luftsaugeinrichtung
vorgesehen ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung leitet ein erstes Führungselement den zweiten Luftstrom
zu der Benetzungslinie, und ein zweites Führungselement ist zwischen
der zweiten Zuluft und einem Vakuumkanal der ersten Saugeinrichtung
angeordnet.
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Noch
vorteilhafter weist das zweite Führungselement
eine Kante auf, die einen Schlitz zwischen dem Zuluftauslass der
zweiten Zuluft, der ersten Saugeinrichtung und der bewegten Bahn
bereitstellt. Vorzugsweise ist das zweite Führungselement verlagerbar,
um den Abstand zwischen der Kante und der Bahn zu verändern.
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Durch
das Vermeiden eines langen Spaltes zwischen dem Luftschild und der
Bahn auf Grund der zweiten Zuluft und der zweiten Saugeinrichtung
kann der Abstand zwischen dem durch die Führungseinrichtung bereitgestellten
Schlitz und der Bahn größer gemacht
werden, weshalb die Luftstromgeschwindigkeit in diesem Bereich verringert
werden kann, was bedeutet, dass die Benetzungslinie stabiler ist,
und Wirbel vermieden werden können.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind die ersten und zweiten Führungselemente mindestens teilweise
in dem Bereich der Benetzungslinie sich in Querrichtung über die
Breite der zu streichenden Bahn erstreckende Platten.
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Als
Schabereinrichtung kann eine Anordnung verwendet werden, wie sie
in der WO 01/16427 A1 beschrieben ist. Eine solche Schabereinrichtung wird
durch einen sich über
die Breite der Bahn in Querrichtung der Maschine erstreckenden Saugkanal
ergänzt,
die ihren Saugkanal stromaufwärts
der Richtung der Bahnbewegung in der Nähe des Bereiches der Benetzungslinie
aufweist.
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Bei
einer sehr vorteilhaften weiteren Ausführungsform der Erfindung ist
das zweite Führungselement
verlagerbar, um den Abstand der Kante zu der Bahn zu verändern.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist zwischen der ersten Luftsaugeinrichtung und der
zweiten Luftsaugeinrichtung eine Bahntrage-Blaseinrichtung vorgesehen.
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In
der Praxis wurde herausgefunden, dass entlang des fallenden Vorhangs
und in dem Bereich der Benetzungslinie eine Menge von Wirbeln vorhanden
ist, was bedeutet, dass der Vorhang und die Benetzungslinie unstabil
sind.
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Durch
die Verwendung der zweiten Luftsaugeinrichtung, und durch die Bereitstellung
der zusätzlichen
Bahntrageblaswirkung werden die Wirbel kleiner und auch Druckunterschiede
sind kleiner.
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Es
wurde herausgefunden, dass der Druck des Wirbels oder der Wirbel
von der Wirbelgeschwindigkeit abhängig ist. Wenn die Zuluftblaswirkungsmenge
zu stark ansteigt, beginnen die Wirbeldrehgeschwindigkeit und -druck
anzusteigen. Das bedeutet, dass es eine Art von Optimum bei der
Zuluftblaswirkungsmenge gibt, die von der Geschwindigkeit der Bahn
abhängig
ist.
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Auf
Grund der Tatsache, dass bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zwei separate Zuluftein richtungen und auch zwei separate Luftsaugeinrichtungen
und zusätzlich
bei einer noch bevorzugteren Ausführungsform durch das Hinzufügen einer
Bahntrageblaswirkung eine Menge an Möglichkeiten zur Steuerung des
Luftstromes gegeben sind, und durch die Steuerung dieser Luftströme, können in
der Praxis beste Ergebnisse erzielt werden.
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Ein
weiterer Vorteil der Bahntrage-Blaseinrichtung besteht darin, dass
durch diese Trageblaswirkung die Reibung der Bahn und des Luftschildes deaktiviert
werden.
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Vorzugsweise
die Bahntrage-Blaseinrichtung eine berührungslose Blaseinrichtung
mit einem sich über
die Breite der Bahn in Querrichtung der Maschine erstreckenden Blaskanal.
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Vorzugsweise
ist zwischen dem Blaskanal und dem Saugkanal eine Luftverbindung
vorgesehen, was bedeutet, dass die Trageblasluft durch das Grenzluftvakuum
der zweiten Luftsaugeinrichtung gesaugt wird.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist eine Führungsschildplatte
zur Ausrichtung des ersten Zuluftstromes entlang des frei fallenden
Vorhangs vorgesehen.
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Bei
der Anordnung beträgt
der zwischen der durch die Kante der zweiten Führungseinrichtung und der Bahn
bereitgestellte Abstand etwa 5 mm. Durch die Verwendung einer verlagerbaren
Führungseinrichtung
ist es möglich,
größere Abstände bereitzustellen,
wenn die Papiermaschine gestartet wird. Mit der Düse und dem
genannten Abstand ist es möglich,
durch die Verwendung einer spezifischen Menge von Luft die Luftstromgeschwindigkeit
in dem Spalt in der neuen Anordnung zu verringern; zum Beispiel
auf nur ein Fünftel
der Luftgeschwindigkeit im Vergleich zu einem Spalt von 1 mm Größe.
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Die
Trageblasluft kann durch das Grenzluftvakuum abgesaugt werden.
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Die
mit dem Vorhang als Zuluft von der Umgebungsluft kommende Luftmenge
kann etwa 0,03 kg/s/m betragen. Die Zuluftmenge ist von der Bahngeschwindigkeit
abhängig.
Beide Zuluftarten, nämlich
die mit dem Vorhang kommende Luft, und die zweite Zuluft, werden
durch eine gemeinsame erste Luftsaugeinrichtung entleert.
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Durch
die Verwendung der zweiten Zuluft ist es möglich, ein spezifisches Profil
des Luftstromes in Querrichtung der Maschine vorzusehen, was bedeutet,
dass der Luftstrom beeinflusst werden kann, um einen stabilen Vorhang
an der Benetzungslinie durch Verwendung einer Menge von einstellbaren
Zuluftdüsen
zu erhalten, die sich in Querrichtung der Maschine erstrecken, und
die separat betrieben werden können.
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Um
einen stabilen Vorhang zu erhalten, ist ein gleichmäßiges Querrichtungsprofil
für Luftdruck und -geschwindigkeit
notwendig. Mit der zweiten Zuluft ist es möglich, ein Profilierungssystem
für unterschiedliche
Luftströme
herzustellen, was insbesondere auf breiteren Führungen vorteilhaft ist.
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Zusätzlich oder
alternativ ist es möglich,
eine Menge von einstellbaren Saugdüsen in den ersten Luftsaugeinrichtungen
anzuordnen, die sich in Querrichtung der Maschine erstrecken, und
die unabhängig
voneinander betrieben werden können.
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Nachfolgend
wird ein bevorzugtes Verfahren und eine Vorrichtung an Hand der
Zeichnungen beschrieben.
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Hierbei
zeigt:
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1 eine
schematische Übersicht,
die im Allgemeinen eine Vorhangbeschichtungsanordnung darstellt,
wie sie vom Stand der Technik bekannt ist;
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2 eine
schematische Querschnittsansicht einer Vorhangbeschichtungsluftschildanordnung,
die eine Vakuumquelle bereitstellt, sowie eine Zuluft in der Nähe eines
Streichvorhangs, wie er vom Stand der Technik bekannt ist;
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3 eine
schematische Ansicht einer verbesserten Vorhangbeschichtungsvorrichtung
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung in Form einer Querschnittsansicht; und
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4 eine
Vorhangbeschichtungsvorrichtung, die der Vorrichtung gemäß 3 ähnlich ist,
in Form eines vereinfachten Modells, welches nicht Teil der vorliegenden
Erfindung ist.
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1 stellt
die Hauptteile einer Vorhangstreicheinrichtung dar, wie sie vom
Stand der Technik bekannt ist, und die im Allgemeinen mit einem
verbesserten Verfahren und Vorrichtung gemäß dieser Erfindung in Zusammenhang
steht. Eine herkömmliche
Vorhangstreicheinrichtung weist Einrichtungen vorzugsweise in Form
einer Stützwalze 1 auf,
um separate Bögen
oder eine ununterbrochene Bahn 2 als ein zu beschichtendes
Substrat vorwärts
zu befördern.
Die Bahn 2, die ein Papier umfassen kann, wird entlang
der Stützwalze
durch die Vorhangstreicheinrichtung vorwärts befördert. Eine Fülltrichtereinrichtung 3 ist
im Allgemeinen über
der Stützwalze 1 angeordnet.
Es sind verschiedene Formen von Fülltrichtereinrichtungen 3 bekannt,
die im Allgemeinen einen Vorhang 4 aus einer Streichflüssigkeit 5 bereitstellen,
die frei über
einen Abstand h fällt, über einen Deckel 6 oder
jede andere geeignete Einrichtung vorwärts befördert wird. Der Streichvorhang 4 wird
auf der Stützwalze 1 durch
die Schwerkraft in Richtung der Bahn 2 bewegt, und trifft
auf die Bahn 2 entlang einer Benetzungslinie 7 im
Allgemeinen senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Bahn 2 auf.
Die Benetzungslinie 7 befindet sich im Allgemeinen unter
dem Deckel 6, bewegt sich jedoch im Verhältnis zu
der Bahn, wenn sie sich in Bewegung befindet, und wird deshalb dynamische
Benetzungslinie 7 genannt.
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Zum
Zwecke dieser Anmeldung wird der Bereich der Vorhangstreicheinrichtung,
der in einer Richtung ausgerichtet ist, in der die Substratbahn 2 unbeschichtet
ist, bevor sie die dynamische Benetzungslinie 7 erreicht, „stromaufwärts" genannt, während der
Bereich, in dem die Bahn 2 angeordnet ist, nachdem sie
an der dynamischen Benetzungslinie 7 beschichtet wurde,
stromabwärts
genannt wird.
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Die
Fülltrichtereinrichtung 3 stellt
einen Mehrschichtüberzugsfilm
bereit, der von mehreren Quellen 8 (siehe gestrichelte
Linien) von Streichflüssigkeit 5 bereitgestellt
wird.
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2 stellt
schematisch eine Anordnung einer Luftschildeinrichtung
9 in
der Nähe
der dynamischen Benetzungslinie
7 einer Vorhangstreicheinrichtung
dar, die als Stand der Technik von der
US 5,624,715 bekannt ist. Ein kleiner
Spalt
10 ist zwischen dem Luftschild
9 und der
Bahn
2 auf der Stützwalze
1 vorgesehen.
In der Nähe
einer Kante
11 des in Richtung des Streichvorhangs
4 weisenden
Luftschildes
9 ist ein Lufteinlass
12 angeordnet,
der die Benetzungslinie
7 mit einer Vakuumpumpe
13 zum Abziehen
von Luft verbindet.
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Zusätzlich wird
ein Luftstrom durch eine Zulufteinrichtung 14 durch Kanal 13 in
eine auf der stromaufwärts
liegenden Seite des Vorhangs 4 ausgebildete Kammer 16 annähernd von
der Bahn 2 unten zu dem Deckel 6 der Füllrichtereinrichtung 3 oben geliefert.
Der durch Pfeile 17 dargestellte Zuluftstrom ist dazu bestimmt, Störungen des
Streichvorhangs 4 durch die Bereitstellung eines Luftstromes
zu verringern, der sich entlang der Fallrichtung des Vorhangs 4 bewegt,
um die Ausbildung von Wirbel- oder Kreislaufströmungsmustern innerhalb der
Kammer 16 zu verhindern. Der Luftstrom 17 wird
auch durch die Vakuumpumpe 13 durch die Öffnung 12 und
den Vakuumkanal 19 gesaugt.
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Die
Vorhangbeschichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist in 3 in
einer Querschnittsansicht dargestellt. Teile, bei denen es sich
um dieselben handelt, oder die den oben beschriebenen ähnlich sind,
werden zwecks leichterem Verständnis mit
demselben Bezugszeichen dargestellt. Auf Grund der Erfindung ist
jedoch eine Stützwalze 1 nicht
absolut notwendig.
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In
nächster
Nähe der
Benetzungslinie 7 und der stromabwärts liegenden Kante 11 des
Luftschildes 9 ist ein Zuluftauslass 20 angeordnet,
um einen Luftstrom in Richtung der stromabwärts liegenden Kante 11 des
Luftschildes bereitzustellen. Die stromaufwärts liegende Seite des Streichvorhangs 4 ist teilweise
durch ein erstes Führungselement 21a abgeschirmt,
um sicherzustellen, dass der zweite Zuluftstrom 22 von
einer Zuluftquelle nicht den frei fallenden Vorhang 4 entlang
fast der Gesamtheit seiner Höhe
stört.
Die Vakuumpumpe 13 ist als erste Luftabsaugung mit dem
direkt stromaufwärts
der Kante 11 angeordneten Luftauslass 20 verbunden,
um Luft von der Benetzungslinie 7 zu entleeren. Die Vakuumpumpe 13 ist
in der Lage, nicht nur die Menge der Luft zu entfernen, die mit
dem frei fallen den Vorhang 4 von der Kammer 16 mitgerissen
wird, sondern auch den zweiten Zuluftstrom 22, der durch
die Zuluftöffnung 20 des
Luftschildes 9 bereitgestellt wird, indem diese Luft in
den Lufteinlass 12 gesaugt wird.
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Ein
zweites Führungselement 21b ist
zwischen dem zweiten Zuluftstrom 22 und dem Vakuumkanal 19 als
erste Saugeinrichtung angeordnet. Wie aus 3 ersichtlich,
stellt das zweite Führungselement 21b an
der Kante 11 an seinem der Bahn 2 gegenüberliegenden
Ende einen Schlitz zwischen dem Zuluftauslass 20 an der
zweiten Luftzufuhr 22, der ersten Saugeinrichtung mit dem
Lufteinlass 12 und dem Vakuumkanal 19 und der
bewegten Bahn 2 bereit. Deshalb liegen der zweite Zuluftstrom 22 und
der Vakuumkanal 19 der ersten Saugeinrichtung nahe beieinander,
wobei ein langer Spalt oder Abstand in der Richtung vermieden wird,
die der sich bewegenden Bahn entgegengesetzt ist, um die Luft von
dem Bereich der Benetzungslinie abzusaugen. Die nahe Positionierung
aneinander, d. h. der zweiten Zuluft und des Vakuumkanals und der
ersten und zweiten Führungselemente 21a und 21b,
bei denen es sich um Platten handeln kann, die sich in Querrichtung über die
Breite der Bahn 2 erstrecken, hat nicht nur eine bessere
Herstellung und Konstruktion des Luftschildes 9, sondern
auch einen besseren Luftstrom zum Ergebnis. Es ist insbesondere
nicht notwendig, eine sehr hohe Luftstromgeschwindigkeit zum Entfernen
der Luft von der Benetzungslinie 7 zu verwenden. Der Schlitz,
der zwischen der Kante 11 des zweiten Führungselementes 21b und
der Bahn 2 vorgesehen ist, kann einen Abstand von etwa
1 bis 10 mm, vorzugsweise 3 bis 5 mm zu der Bahn 2 aufweisen.
Der zweite Zuluftstrom 22 und die erste Luftsaugeinrichtung
mit dem Vakuumkanal 19 sind nur durch das zweite Führungselement 21b getrennt
nebeneinander positioniert.
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Vorzugsweise
ist der Abstand der Düse durch
die Verlagerung des Führungselementes 21 weg
von der Bahn 2 verlagerbar, um die Menge und die Geschwindigkeit
der durch die Düse
strömenden Luft
zu steuern.
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Die
Luftkammer 16 ist stromaufwärts des Streichvorhangs 4 vorgesehen,
und zwischen dem Vorhang 4, einer Führungsschildplatte 24 des
Luftschildes und der Fülltrichtereinrichtung 3 positioniert. Die
Kammer 16 weist eine Öffnung 25 zwischen
der Fülltrichtereinrichtung 3 und
der Schildplatte 24 auf, die ein freies Fließen der
Luft zwischen der Kammer 16 und dem Umgebungsluftraum ermöglicht.
Im Allgemeinen ist es wünschenswert,
den Umgebungsluftdruck innerhalb der Kammer 16 so aufrechtzuerhalten,
dass er derselbe Luftdruck wie auf der stromabwärts liegenden Seite des Streichvorhangs 4 ist, wodurch
verhindert wird, dass der Vorhang 4 aufgeblasen oder zurückgezogen
wird.
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Innerhalb
der Öffnung 25 ist
ein Luftstromsensor 26 angeordnet, um einen beliebigen
Luftstrom von dem Umgebungsluftraum zu der Kammer 16 oder
umgekehrt zu erkennen. Ein Signal, welches einem erkannten Luftstrom
entspricht, wird von dem Sensor 26 zu einer Steuerein richtung
(nicht dargestellt) zugeführt,
die auch die Zulufteinrichtung, und somit den zweiten Zuluftstrom 22 in
Richtung der dynamischen Benetzungslinie 7 steuert. Der
Sensor 26, und wenn notwendig, jeder beliebige zusätzliche Sensor
in dem Luftschild 9, kann den Luftstrom innerhalb der Kammer 16 auf
den Umgebungsluftdruck regeln, ohne einen bemerkenswerten Luftstrom
auf der stromaufwärts
liegenden Seite des Vorhangs 4 auszubilden, wodurch Störungen des
Streichvorhangs 4 vermieden werden. Es sollte jedoch eine
genügend große erste
Zuluft (Luftstrom) vorhanden sein um zu verhindern, dass die zweite
Zuluft den Vorhang hinaufströmt.
Die Struktur des Luftschildes 9 und des zweiten Zuluftsystems
ist so konzipiert, dass eine Luftstromgeschwindigkeit von der Benetzungslinie 7 gegen
die Bewegungsrichtung der Bahn 2 in Richtung der Saugöffnung 20 des
Luftschildes erhalten wird.
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Um
die Kammer 16 im Wesentlichen so abzudichten, dass sie
die Öffnung 25 als
die einzige praktische Verbindung der Kammer 16 mit dem
Umgebungsluftraum aufweist, sind Seitenplatten (nicht dargestellt)
auf beiden Seiten der Vorhangstreicheinrichtung zur Abdeckung der
Kammer 16, des Luftschildes 9 und mindestens eines
Teils der Fülltrichtereinrichtung 3 in
einer Richtung vorgesehen, die senkrecht zu der Bewegungsrichtung
der Bahn 2 verläuft,
um einen ordnungsgemäßen Betrieb
zu ermöglichen,
wie oben beschrieben.
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Wie
aus 3 ersichtlich, werden die Fülltrichtereinrichtung 3 und
der Luftschild 9 in zwei Teilen her gestellt, wobei sich
die Führungsschildplatte 24 dazwischen
befindet, die eine Öffnung 25 für den ersten
Zuluftstrom bereitstellt. Die Schildplatte 24 stellt auch
eine Rückwand
für die
Kammer 16 bereit.
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Wenn
die Führungsschildplatte 24 verlagerbar
ist, kann die Menge von durch die Öffnung 25 fließender Luft
geregelt werden.
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Als
zweite Luftsaugeinrichtung wird eine Schabereinrichtung 27 verwendet,
die stromaufwärts des
Vakuumkanals 19 in dem Luftschild 9 angeordnet ist.
Es kann eine Schabereinrichtung 27 verwendet werden, wie
sie in der WO 01/16427 A1 beschrieben ist. Die Schabereinrichtung 27 weist
eine gekrümmte Kontur
auf, und erstreckt sich über
die Breite der Bahn 2 in Querrichtung der Maschine, um
die sich auf der Oberfläche
der sich bewegenden Bahn 2 bewegende Grenzluftschicht zu
zerstreuen, die nicht auf dem Luftschild 9 abgelenkt wurde,
sondern in die Richtung von Pfeil 28 entlang der Bahn 2 fließt. Zum Entfernen
dieser Grenzluftschicht wird die Schabereinrichtung durch einen
Saugkanal 29 vervollständigt,
der sich über
die Breite der Bahn 2 in Querrichtung der Maschine erstreckt
und eine Verbindung mit einer Lufteinlassöffnung 30 aufweist,
die an dem hinteren Teil der Schabereinrichtung angeordnet ist und zu
einer Vakuumpumpe (nicht dargestellt) führt.
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Im
Allgemeinen wird zwischen der sich bewegenden Bahn 2 und
der Schabereinrichtung 27 eine Grenzluftschicht ausgebildet,
deren Dicke unter Anderem durch die Geschwindigkeit der Bahn 2 und den
Krümmungsradius
auf der gekrümmten
Kontur der Schabereinrichtung 27 bestimmt wird. Typischerweise
liegt die Dicke der zwischen der Bahn 2 und der gekrümmten Kontur
der Schabereinrichtung 27 verbleibenden Luftschicht im
Bereich von 0–500 μ.
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Zwischen
der Schabereinrichtung 27 als zweite Saugeinrichtung und
der ersten Luftsaugeinrichtung mit dem Vakuumkanal 19 ist
eine Bahntrage-Blaseinrichtung 31 vorgesehen. Die Bahntrage-Blaseinrichtung 31 ist
eine berührungslose
Blaseinrichtung mit einem sich über
die Breite der Bahn 2 in Querrichtung der Maschine erstreckenden
Blaskanal 32. Anstatt einer Bahntrage-Blaseinrichtung 31 kann
auch ein mit der Bahn in Kontakt stehendes Rohr (oder ein Profil)
verwendet werden.
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Der
Blaskanal 32 der Bahntrage-Blaseinrichtung 31 ist
in einem Winkel gegen die Bewegungsrichtung der Bahn 2 ausgerichtet,
was bedeutet, dass Luft in einer der Richtung der sich bewegenden
Bahn entgegengesetzten Richtung geblasen wird, welche die Bahn in
einem Abstand von der Bahntrage-Blaseinrichtung 31 hält. Zusätzlich wird
durch diese berührungslose
Tragblaswirkung ein Reiben der Bahn 2 an dem Luftschild 9 vermieden.
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Wie
in Bezug auf den zweiten Zuluftstrom 22 abgehandelt, ist
es auch möglich,
die Bahntrage- Blaseinrichtung 31 mit
einem spezifischen Profil des Luftstromes in Querrichtung der Maschine
zu versehen.
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Zwischen
dem Blaskanal 32 und dem Saugkanal 29 der zweiten
Luftsaugeinrichtung 27 ist eine Luftverbindung vorgesehen,
was bedeutet, dass die Trageblasluft gemeinsam mit der Grenzluftschicht mittels
der zweiten Luftsaugeinrichtung in den Saugkanal 29 gesaugt
werden kann.
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Die
mit dem Vorhang 4 von der Umgebungsluft kommende Luftmenge
ist im Wesentlichen konstant, und beträgt etwa 0,03 kg/s/m. Die Zuluftmenge ist
von der Bahngeschwindigkeit abhängig.
Sowohl die Zuluft von dem Zuluftstrom 22 als auch die mit dem
Vorhang 4 kommende Luft wird durch die erste Zuluftabsaugung
mit dem Vakuumkanal 19 entleert.
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Durch
die Verwendung der Schabereinrichtung ist es möglich, die Dicke der in den
Luftschild 9 eintretenden Grenzschicht zu verringern. Auf
Grund der Tatsache, dass nur ein kleiner Abstand zwischen dem Luftauslass 20 vorhanden
ist, ist es für
den zweiten Zuluftstrom 22 nicht absolut notwendig, eine
sehr hohe Luftgeschwindigkeit gegen die Bewegungsrichtung der Bahn 2 aufzuweisen.
Zusätzlich
ist es möglich,
wenn notwendig einen starken Unterdruck zwecks schnellen Entfernens
von Luft von der Benetzungslinie 7 zu erzeugen. Es wird
jedoch bevorzugt, keine große
Luftbewegung zu haben, um wirbelerzeugende Turbulenzen zu vermeiden.
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In 4 ist
eine vereinfachte Vorrichtung dargestellt, die keinen Teil der vorliegenden
Erfindung gemäß 3 darstellt.
Daher wurden für
identische Teile dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Der
Hauptunterschied zu der Vorrichtung gemäß 3 besteht
darin, dass nur eine Saugvorrichtung, d. h. der Saugkanal 29 zum
Entfernen der Zuluft von der Benetzungslinie 7 und von
der durch den Spalt 10 hindurchdringenden Grenzzuluft 28 vorhanden
ist. Wie im Vergleich zu der Vorrichtung gemäß 3 ersichtlich
ist, ist ein Abstand mit einem Spalt 33 zwischen dem zweiten
Zuluftstrom 22 und dem Saugkanal 29 notwendig.
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Wie
aus 3 mit der durch den Vakuumkanal 19 hergestellten
zweiten Saugeinrichtung ersichtlich, ist nur ein Schlitz durch die
stromabwärts
liegende Kante 11 des Luftschildes zwischen dem zweiten Zuluftstrom 22 und
dem Vakuumkanal 19 hergestellt.
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Nachfolgend
sind einige Papierqualitäten aufgeführt, die
mit einer Vorhangstreicheinrichtung hergestellt werden können: Zeitungspapier
und superkalandrierte Papiere, LWC (Light weight coated/gestrichenes
Papier mit leichtem Gewicht), ULWC (Ultra light weight coated/gestrichenes
Papier mit ultraleichtem Gewicht), MWC (Medium weight coated/gestrichenes
Papier mit mittlerem Gewicht), HWC (Heavy weight coated /gestrichenes
Papier mit schwerem Gewicht), MFC (beschichtete holzhaltige Papierqualitäten) und
beschichtete Feinpapiere.
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Mögliche Kartonqualitäten sind:
FBB (Folding boxboard/Faltschachtelkarton), WLC (White-lined chipboard/White-lined
Chipboard), SBS (Solid bleached board/fester gebleichter Karton),
SUS (Solid unbleached board/fester ungebleichter Karton), LPB (Liquid
packaging board/Flüssigverpackungskarton).
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Natürlich können auch
beliebige andere Papier/Kartonqualitäten verwendet werden, die beschichtet
werden müssen.
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Neben
den hervorragenden Streichergebnissen bei Streichgeschwindigkeiten,
die deutlich über denjenigen
liegen, die zuvor zum Vorhangbeschichten verwendet wurden, stellt
das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung ein hervorragendes
Betriebsverhalten ohne die Notwendigkeit komplizierter Steuereinrichtungen
dar, und ist deshalb leichter verwendbar, und es wird nicht nur
angenommen, dass es im Vergleich zum Stand der Technik zuverlässiger,
sondern auch in jeder Hinsicht kosteneffizienter ist.
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Obwohl
diese Erfindung in Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform
beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung innerhalb des
Umfanges dieser Offenbarung abgeändert
werden. Diese Anmeldung soll daher alle beliebigen Varianten, Verwendungen
oder Anpassungen innerhalb der beigefügten Ansprüche der Erfindung abdecken.