DE9200299U1

DE9200299U1 - Vorrichtung zum Wärmebehandeln einer Bahnbeschichtung

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Publication number: DE9200299U1
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Authority: DE
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Priority date: 1992-01-13
Filing date: 1992-01-13
Publication date: 1992-03-19
Anticipated expiration: 2002-01-14

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln einer auf eine Seite einer langgestreckten Bahn aufgebrachten Beschichtung, wobei die Vorrichtung eine temperierbare, mit der Bahn bewegbare Stützfläche für die unbeschichtete Seite der Bahn aufweist. Eine solche Wärmebehandlung ist beispielsweise nötig, wenn eine Silikonbeschichtung auf der Bahn vernetzt werden soll.

Es sind aus offenkundiger Vorbenutzung Vorrichtungen bekannt, bei denen die Bahn im freien Hang durch einen von erwärmter Luft durchströmten Bereich geführt wird. Da auf diese Weise nur eine geringe Wärmestromdichte von der erwärmten Luft auf die Bahn erzielt wird, sind verhältnismäßig lange Behandlungszeiten erforderlich. Das führt bei den hohen Bahngeschwindigkeiten moderner Herstellungsmaschinen, die bei einigen hundert m/min liegen, zu sehr langen und damit aufwendigen Wärmebehandlungsbereichen.

Aus EP O 038 084 Bl ist es bekannt, eine Folienbahn zum thermischen Behandeln mit einer Seite auf eine temperierte Walze aufzuführen. Der direkte Kontakt der Bahn mit der beheizten Walzenfläche ermöglicht eine hohe Wärmestromdichte von der Walze zur Bahn und verkürzt die notwendige Behandlungszeit. Nur bei gleichmäßiger Auflage der Bahn auf der Walze ist allerdings eine gleichförmige Wärmebehandlung gewährleistet. Verschiedene Faktoren können diese gleichmäßige Auflage stören. So kann zum Beispiel eine zu hohe Spannung in dem frei geführten Bahnbereich vor dem Auflaufpunkt auf die Walze durch den sogenannten Handtucheffekt zu Längsfalten führen. Ferner kann eine durch die thermische Behandlung bedingte Dehnung der Bahn zur Beeinträchtigung des Kontakts mit der Walze führen. Beim Aufführen der Bahn auf die Walze wird Luft zwischen Bahn und Walzenfläche eingeschleppt, die ebenfalls die Wärmeübertragung beeinträchtigt und zu Faltenbildung führen kann. Bei dem aus EP 0 038 084 Bl bekannten Verfahren ist ein Flüssigkeitsfilm zwischen Walzenoberfläche und Bahn vorgesehen, so daß die Bahn ihrer Dehnung bei der Erwärmung ohne Änderung ihrer flachen Lage auf der Walze durch Verschiebung nachgeben kann. Der Nachteil dieses Verfahrens ist die Benetzung der Bahn mit einer Flüssigkeit (üblicherweise Wasser), die insbesondere bei hygroskopischen Materialien und Hochglanzfolien nicht sicher und rückstandsfrei entfernt werden kann. Eine ungleichmäßige Wärmeübertragung durch eingeschleppte Luft wird auch durch einen solchen Flüssigkeitsfilm nicht verhindert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden oder zu vermindern und löst sie durch die Merkmale der Ansprüche.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Wärmeübertragung von der Stützfläche her zu rascher und gleichmäßiger Aufheizung der Beschichtung führt, obwohl dabei der Wärmeleitwiderstand über die Dicke der Bahn überwunden werden muß, sofern nur dafür gesorgt wird, daß die Bahn praktisch

ohne Einschluß einer Luftschicht auf der Stützfläche aufliegt. Dabei spielt es eine Rolle, daß solche Bahnen verhältnismäßig dünn und dicht sind, wie z.B. kalandrierte Papiere und Folien, die für sogenannte Release-Materialien und ähnliche Verpakkungswerkstoffe verwendet werden und bei denen die erwähnten hohen Herstellungsgeschwindigkeiten Anwendung finden. Die mit hoher Geschwindigkeit zum Auflaufpunkt auf die Stützfläche geführte Bahn führt eine laminare Luftgrenzschicht mit sich. Durch den Düsenstrom der erfindungsgemäß angeordneten Gasdüse wird diese Grenzschicht auf der unbeschichteten Seite der Bahn zum großen Teil abgerakelt. Der verbleibende Rest der Grenzschicht ist nicht mehr laminar, sondern turbulent und kann somit im Auflaufspalt auf die Stützfläche erheblich leichter abgequetscht werden. Um dieses Abquetschen zu erleichtern, werden die Geschwindigkeit, Form und Richtung des Düsenstrahls so gewählt, daß die verbleibende turbulente Luftgrenzschicht eine Relativgeschwindigkeit zur Bahn entgegen deren Transportrichtung aufweist, deren Betrag am Auflaufpunkt idealerweise dem Betrag der Bahngeschwindigkeit etwa entspricht. Relativ zur Umgebung ist dann die Geschwindigkeit der turbulenten Luftgrenzschicht am Auflaufpunkt etwa gleich Null, so daß das Abquetschen wesentlich erleichtert wird. Der gegenüber dem Druck auf der beschichteten Seite der Bahn verminderte Druck im Auflaufspalt vergrößert zudem die Kraft, mit der die Bahn unter Verdrängung der Luft gegen die Stützfläche gepreßt wird. Außerdem stabilisiert er die Bahn vor dem Auflauf auf die Stützfläche dadurch, daß er ihr eine Krümmung mit quer zur Laufrichtung verlaufender Krümmungsachse verleiht und die so ähnlich wie eine an dieser Stelle befindliche Führungswalze wirkt. Der Handtuchfalteneffekt wird dadurch zurückgedrängt.

Die genannten Maßnahmen gewährleisten eine gleichförmige thermische Behandlung bei kurzer Behandlungsdauer, was den Vorteil hat, daß das Bahnmaterial weniger stark austrocknet und daher nicht oder mit geringerem Aufwand später rückgefeuchtet werden muß. Ferner können in vielen Fällen geringere Temperaturen verwendet werden, was gleichfalls einen

geringeren Austrocknungseffekt hervorruft und temperaturempfindliche Folien schont. Da das Bahnmaterial während der Wärmebehandlung besser auf der Stützfläche aufliegt, ist die Gefahr einer Verformung geringer; Bahnführungsschwierigkeiten werden daher vermieden bzw. vermindert.

Die Stützfläche wird zweckmäßigerweise von der Oberfläche einer Walze gebildet. Es kann sich auch um ein endlos umlaufendes Band handeln.

Damit der Unterdruck in dem zwischen der Düse, der Stützfläche, dem Abschlußteil und der Bahn eingeschlossenen Auflaufspalt gehalten werden kann, ist der Abschlußteil gegenüber der Stützfläche zweckmäßigerweise abgedichtet, beispielsweise mittels einer an der Walzenoberfläche anliegenden Dichtlippe, die von einer Art Rakel gebildet sein kann. Ferner kann der Auflaufspalt an seinen seitlichen Enden schließbar sein mittels einer Abschlußwand, die zweckmäßigerweise quer zur Bahnlaufrichtung verschiebbar ist, damit ihre Lage der unterschiedlichen Bahnbreite und der entsprechend variierenden Position des Bahnrandes angepaßt werden kann.

Vorteilhafterweise ist vor der erfindungsgemäßen Gasdüse eine Einrichtung zur Regulierung der Bahnspannung angeordnet, die vorzugsweise zu einer Verringerung der Bahnspannung eingerichtet ist. Die Distanz zwischen der vorgeordneten Bahnführungseinrichtung und der Stützfläche, die konstruktiv mit einem nicht unerheblichen Maß vorbestimmt ist, verlangt nämlich (insbesondere bei hohen Bahngeschwindigkeiten) eine Bahnspannung, die nicht zu niedrig sein darf und oftmals eine im Hinblick auf den Handtuchfalteneffekt unerwünschte Höhe haben muß. Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Regulierung der Bahnspannung, die näher an der Stützvorrichtung angeordnet werden kann und zweckmäßigerweise unmittelbar vor der Düse angeordnet ist, verhindert den oben beschriebenen Handtucheffekt und unterstützt somit wesentlich das gleichmäßige Aufführen der Bahn auf die Stützfläche. Ausdrücke wie "vor" und

"hinter" sind stets auf die Bewegungsrichtung der Bahn bezogen .

Die Einrichtung zur Regulierung der Bahnspannung umfaßt zweckmäßxgerweise eine mit der Bahn bewegbare, zweite Stützfläche, gegen die die Bahn gedrückt wird. Letzteres geschieht beispielsweise dadurch, daß in der zweiten Stützfläche befindliche Öffnungen mit Unterdruck beaufschlagt werden. Stattdessen könnte man auch auf der gegenüberliegenden Seite Gasdüsen vorsehen, die gegen die Bahn und die zweite Stützfläche gerichtet sind.

Vorteilhaft ist auch eine Einrichtung zum Vorwärmen der Bahn vor dem Auflaufen auf die Stützfläche. Auf diese Weise kann die Bahn so vortemperiert werden, daß die Wärmedehnung der Bahn beim Auflaufen auf die Stützfläche im wesentlichen abgeschlossen ist und keine oder nur geringe Verformungen durch Wärmedehnung während der thermischen Behandlung auf der Stützfläche stattfinden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist im Bereich des Auflaufspalts auf der der Stützfläche gegenüberliegenden, beschichteten Seite der Bahn eine Gasdüse (oder mehrere) angeordnet, die den Druck vergrößert, mit dem die Bahn im Auflaufpunkt gegen die Stützfläche gedrückt wird, der für das Ausquetschen der Luft aus dem Auflaufspalt verantwortlich ist. Am besten ist es, wenn diese Düse direkt auf den Auflaufpunkt gerichtet ist, aber sie kann auch etwas davor angeordnet sein.

Ferner kann es nicht nur für die thermische Behandung, sondern auch für die gleichmäßige Anpressung der Bahn an die Stützfläche vorteilhaft sein, wenn im Bereich der Auflagefläche der Bahn auf der Stützfläche weitere Gasdüsen angeordnet sind, die auf die beschichtete Seite der Bahn gerichtet sind. Zu diesem Zweck können zusätzlich auch zwischen diesen Gasdüsen in einem veränderbaren Abstand zur Bahn Bleche angeordnet sein, so daß

sich zwischen den Blechen und der Bahn ein statisches Druckpolster aufbaut.

Die Stützfläche ist zweckmäßigerweise mit einer Heizeinrichtung versehen. Wenn die Stützfläche auf eine Temperatur beheizbar ist, die höher als die vorgesehene Behandlungstemperatur ist, wird durch den steileren Temperaturgradienten über die Dicke der Bahn die Wärmeübertragung von der Stützfläche auf die Beschichtungsseite der Bahn beschleunigt.

Es ist nicht erforderlich, daß die Behandlungswärme gänzlich von der Seite der Stützfläche her zugeführt wird. Vielmehr können, wie schon erwähnt, die weiteren Düsen mit beheiztem Gas gespeist werden.

In den meisten Anwendungsfällen wird die Stützfläche auf eine Temperatur aufgeheizt, die höher als die Behandlungstemperatur der Beschichtung liegt. Jedoch ist dies nicht unbedingt erforderlich, wenn das aus den Düsen auf die Beschichtung unmittelbar gerichtete Behandlungsgas eine höhere Temperatur besitzt. Es reicht in einem solchen Fall aus, daß die Stützfläche eine Temperatur aufweist, die ausreicht für einen wesentlichen Beitrag der Stützfläche zur Aufheizung der Bahn. Für eine solche mäßige Temperierung braucht die Stützfläche nicht unbedingt mit einer eigenen Heizeinrichtung versehen zu sein, wenn sie schon durch das sie umspülende Behandlungsgas hinreichend beheizt wird. Jedoch ist es im allgemeinen zweckmäßiger, die Stützfläche mit einer Heizeinrichtung auszurüsten .

Die erfindungsgemäß erreichbare Verkürzung der Behandlungszeit und damit Verkleinerung der Behandlungspartie in der Maschine erleichtert es, diese Partie mit Unterdruck zu betreiben, damit keine im Laufe der Behandlung frei werdenden Stoffe in die Atmosphäre gelangen. Zweckmäßigerweise wird das Behandlungsgas im Kreislauf geführt. Unbedingt erforderlich ist dieses aber nicht. In jedem Fall wird infolge der guten

Abdichtbarkeit der kleineren Baueinheit gewährleistet, daß geringere Abluftvolumina anfallen.

Je dünner die Bahn ist, um so leichter ist der Wärmetransport von der Stützfläche zu der Beschichtung und um so stärker fallen die Vorteile der Erfindung ins Gewicht. Anzustreben sind Bahngewichte unterhalb etwa 80 g/m². Auch ist die Verwendung für sogenannte Dünnbeschichtungen vorteilhaft, bei denen die Beschichtungsmenge unter 10 g/m², vorzugsweise unter 5 g/m², weiter vorzugsweise zwischen 0,3 und 1 g/m², liegt. Es hat sich auch gezeigt, daß die Erfindung besonders vorteilhaft verwendbar ist für silikonhaltige Beschichtungen.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, die eine schematische Seitenansicht zeigt.

Die in Pfeilrichtung laufende Bahn 1 weist auf der der Walze 3 abgewandten Seite eine Silikonbeschichtung auf, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung thermisch behandelt werden soll. Die Bahn 1 wird in der Vorwärmeinrichtung 2 auf eine Temperatur vorgewärmt, die möglichst nahe an der Behandlungstemperatur liegt. Eventuelle Dehnungen oder Schrumpfungen der Bahn durch die Wärmeeinwirkung sind damit schon vor dem Auflaufen auf die eigentliche Wärmebehandlungswalze 3 im wesentlichen abgeschlossen.

Anschließend wird das Band 1 auf einen endlos umlaufenden, perforierten Gurt 4 aufgeführt, der von Walzen 5 transportiert wird. Dieser Gurt 4 läuft in einem Gehäuse 6 um, in dem ein gegenüber dem Umgebungsdruck um etwa 1000 Pa verminderter Druck herrscht. Der Umgebungsdruck ist der im Aufstellraum der Vorrichtung herrschende Druck, üblicherweise also Atmosphärendruck. Das Gehäuse 6 ist über einen Anschlußstutzen 7 an eine nicht dargestellte Vakuumpumpe angeschlossen. Das Band 1 wird somit durch die Öffnungen in dem perforierten Gurt 4 an diesen angesaugt. Durch entsprechende Variation der

Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Walzen 5 läßt sich somit die Bahnspannung zwischen dem Bereich, in dem die Bahn 1 auf dem Gurt 4 aufliegt und dem Auflaufpunkt 8 auf die Walze 3 regulieren. Diese Reguliereinrichtung wird so nahe als möglich bei der Stützfläche 3 angeordnet, zweckmäßigerweise unmittelbar vor der Düse 10 bzw. der zur Düse gehörigen Konstruktionsteilen .

Vor dem Auflaufspalt 9 ist eine sich über die Breite der Bahn erstreckende Schlitzdüse 10 angeordnet, die über eine Öffnung 11 mit Gas gespeist wird, das gegenüber dem Umgebungsdruck einen um etwa 2000 bis 3000 Pa erhöhten Druck aufweist. Der aus der Düse 10 austretende Gasstrom ist auf die unbeschichtete Seite der Bahn schräg gegen deren Bewegungsrichtung gerichtet und räkelt im Spalt 12 die mit der Bahn transportierte laminare Luftgrenzschicht ab. Der Düsengasstrom und die abgerakelte Luftgrenzschicht wird über den Stutzen 7 aus dem Gehäuse 6 abgesaugt. Der Absaugvorgang ist mittels der Drosselklappe 13 regulierbar. Die nach dem Abrakeln noch verbleibende Luftgrenzschicht auf der unbeschichteten Seite der Bahn 1 ist turbulent und weist relativ zu der Bahn eine gegen deren Transportrichtung gerichtete Geschwindigkeitskomponente auf, die etwa der negativen Transportgeschwindigkeit der Bahn entspricht. Relativ zur Umgebung ist ihre Geschwindigkeit also in etwa gleich Null, so daß diese verbleibende turbulente Luftgrenzschicht beim Auflaufen auf die Walze 3 leicht abgequetscht werden kann. Durch die Injektorwirkung der Düse 10 entsteht im Auflaufspalt 9 ein gegenüber dem Umgebungsdruck um etwa 100 bis 500 Pa verminderter Druck, wodurch das Abquetschen der verbleibenden Luftgrenzschicht und das Anpressen der Bahn 1 an die Walze 3 im Auflaufpunkt 8 noch unterstützt wird. Die im Bereich des Auflaufpunktes 8 liegende Düse 14 verstärkt den Anpreßdruck der Bahn 1 an die Walze 3 in diesem Auflaufpunkt 8 und verbessert somit das Abquetschen der Luftgrenzschicht .

Die Walze 3 weist eine auf die gewünschte Temperatur erwärmte Umfangsfläche auf. Der Behandlungsraum ist von einem Gehäuse 18 umschlossen, in dem ein geringer Unterdruck herrscht, so daß keine bei der Behandlung frei werdenden Stoffe in die Atmosphäre gelangen können. Mittels eines Gebläses 15 wird aus dem Gehäuse 18 Gas abgesaugt, in einem Heizregister 16 erwärmt und über Düsen 24 in dem Behandlungsbereich, in dem die Bahn auf der Walze 3 aufliegt, auf die beschichtete Seite der Bahn 1 geblasen. Die Düsen 14 und 24 sind Schlitzdüsen, die über die gesamte Breite der Bahn 1 verlaufen und diese somit zusätzlich an die Walze 3 anpressen. Zwischen den Düsen 14 sind Bleche 17 angeordnet, deren Abstand zur Oberfläche der Walze 3 verstellbar ist. Zwischen diesen Blechen 17 und der Bahn 1 bildet sich ein statisches Druckpolster, das ebenfalls den Anpreßdruck der Bahn 1 an die Oberfläche der Walze 3 erhöht. Überschüssiges Gas wird aus dem Gehäuse 18 durch einen Absaugstutzen 19 abgesaugt. Der im Gehäuse 18 herrschende Unterdruck läßt sich mittels der Drosselklappe 20 einstellen. Die Bahn 1 wird mittels einer Abführwalze 21 von der Walze 3 abgeführt, die gegenüber dem Gehäuse 18 abgedichtet ist. Sie ist als Temperierwalze ausgebildet, um die Bahn wieder abzukühlen. Sie übt einen Zug auf die Bahn aus.

Gegenüber dem Auflaufbereich und der Reguliereinrichtung 4, ist dem Gehäuse 18 eine Gehäusekammer 26 vorgeschaltet, in der ein Unter- oder Überdruck erzeugt werden kann, um den Unterdruck im Auflaufbereich teilweise zu kompensieren oder seine Wirkung auf die Bahn zu verstärken.

Der Auflaufspalt 9 ist durch die Bahn 1, die Stützfläche 3, die Düse 10 und deren Düsenstrahl sowie durch den die Düse bildenden Gehäuseteil, der weiter oben als Abschlußteil bezeichnet wurde, von der Atmosphäre abgeschlossen, wobei der Abschlußteil mittels einer rakelförmigen Dichteinrichtung 25 im wesentlichen dicht an die Stützfläche 3 angeschlossen ist. Damit der Unterdruck in diesem Raum auch an dessen seitlichen Enden gehalten werden kann, kann dort eine Abschlußwand

vorgesehen sein, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist und die derart quer zur Bahnlaufrichtung verschiebbar ist, daß sie jeweils bei der Bahnkante eingestellt werden kann.

Claims

Schutzansprüche

1. Vorrichtung zum thermischen Behandeln einer auf eine Seite einer langgestreckten Bahn (1) aufgebrachten Beschichtung, wobei die Vorrichtung eine temperierbare, mit der Bahn (1) bewegbare Stützfläche (3) für die unbeschichtete Seite der Bahn (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in Bewegungsrichtung der Bahn (1) kurz vor dem Punkt (8) ihres Auflaufs auf die Stützfläche (3) eine Gasdüse (10) angeordnet ist, deren sich im wesentlichen über die der Bahn erstreckender Düsenstrom auf die unbeschichtete Seite der Bahn (1) gerichtet ist und eine Geschwindigkeitskomponente entgegen der Bewegungsrichtung der Bahn (1) aufweist, und daß sich von der Düse ein Abschlußteil derart zur Stützfläche (3) erstreckt, daß sich in dem zwischen der Bahn, der Stützfläche, dem Abschlußteil und der Düse eingeschlossenen Auflaufspalt ein verminderter Druck einstellt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Gasdüse (10) eine Einrichtung zur Regulierung der Bahnspannung angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtung zur Verringerung der Bahnspannung eingerichtet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtung unmittelbar vor der Düse (10) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtung eine mit der Bahn bewegbare zweite Stützfläche (4) und eine Einrichtung zum Anpressen der Bahn an diese zweite Stützfläche umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Anpressen der Bahn an die zweite Stützfläche von darin angeordneten, mit Unterdruck beaufschlagbaren Öffnungen gebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (2) zum Vorwärmen der Bahn (1) vor dem Auflaufen auf die Stützfläche (3) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Auflaufspalts (9) wenigstens eine die auflaufende Bahn gegen die Stützfläche drückende Gasdüse vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Auflagefläche der Bahn (1) auf der Stützfläche (3) Gasdüsen (14) angeordnet sind, die auf die beschichtete Seite der Bahn (1) gerichtet sind und denen beheiztes Gas zuführbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützfläche (3) mit einer Heizeinrichtung ausgerüstet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützfläche (3) auf eine Temperatur beheizbar ist, die höher als die Behandlungstemperatur ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützfläche auf eine Temperatur beheizbar ist, die niedriger als die Behandlungstemperatur ist und daß das den Düsen zugeführte Gas auf eine höhere Temperatur beheizbar ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der die Stützfläche und die Düsen

enthaltende Behandlungsraum mit Unterdruck beaufschlagbar ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß der sich von der Düse (10) zur Stützfläche (3) erstreckende Abschlußteil gegenüber der Stützfläche abgedichtet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß der zwischen der Stützfläche (3), dem Abschlußteil, der Düse (10) und der Bahn (1) eingeschlossene Auflaufspalt an seinen seitlichen Enden schließbar

ist.

16. Bahn zur Behandlung in der Vorrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die
Beschichtung maßgeblich von Silikon gebildet ist.