EP0427924A2 - Rakelstange zum volumetrischen Dosieren von Beschichtungsmaterial - Google Patents

Rakelstange zum volumetrischen Dosieren von Beschichtungsmaterial Download PDF

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EP0427924A2
EP0427924A2 EP90115282A EP90115282A EP0427924A2 EP 0427924 A2 EP0427924 A2 EP 0427924A2 EP 90115282 A EP90115282 A EP 90115282A EP 90115282 A EP90115282 A EP 90115282A EP 0427924 A2 EP0427924 A2 EP 0427924A2
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EP
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elevations
doctor rod
doctor
rod according
microns
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Reinhard Knop
Ulrich Dr. Höke
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Jagenberg AG
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Jagenberg AG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05CAPPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C11/00Component parts, details or accessories not specifically provided for in groups B05C1/00 - B05C9/00
    • B05C11/02Apparatus for spreading or distributing liquids or other fluent materials already applied to a surface ; Controlling means therefor; Control of the thickness of a coating by spreading or distributing liquids or other fluent materials already applied to the coated surface
    • B05C11/023Apparatus for spreading or distributing liquids or other fluent materials already applied to a surface
    • B05C11/025Apparatus for spreading or distributing liquids or other fluent materials already applied to a surface with an essentially cylindrical body, e.g. roll or rod
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H23/00Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper
    • D21H23/02Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper characterised by the manner in which substances are added
    • D21H23/22Addition to the formed paper
    • D21H23/52Addition to the formed paper by contacting paper with a device carrying the material
    • D21H23/56Rolls
    • D21H23/58Details thereof, e.g. surface characteristics, peripheral speed

Definitions

  • the invention relates to a doctor rod for volumetric metering of coating material, especially on running paper or cardboard webs, according to the preamble of claim 1 and a device for coating running material webs with a doctor rod as a metering element.
  • Raktelstangen serve to apply a metered film of paint or glue to the web to be coated, the amount of coating material applied can be influenced over the groove cross section.
  • the doctor rod is either used directly on the web, that is, the coating material is applied in excess with an upstream applicator, then the doctor rod is metered to the desired application weight, or it is first metered onto a roller, which then Releases coating material to the web in a nip.
  • the web is guided through the press nip between two rollers, an applicator with a subsequent doctor rod being arranged on one or both rollers in the area not wrapped by the web.
  • doctor rods are known from DE-OS 37 35 889 and DE-GM 84 14 413.
  • the doctor rod rests directly on the paper web, in the latter it is used to apply a film to a roller, which then delivers the coating material to the web in a nip.
  • knob-shaped elevations on the outer surface of the doctor rod. This can be done by incorporating recesses in a cylindrical rod, e.g. B. be created by etching, milling, grinding, pressing, etc.
  • the knobs or the entire doctor rod are made of low-wear materials, e.g. B. formed from hard metals, hard chrome-plated steel, glass or oxide ceramic materials.
  • the invention has for its object to provide a doctor rod with which streak-free low application weights can be achieved without damage to the roller surface when applied to a roller.
  • Fig. 1 shows a doctor bar according to the invention in a partially sectioned representation.
  • the squeegee rod shown in sections consists of a cylindrical base body 1 in the form of a smooth rod, in on depressions were incorporated into the entire lateral surface using a removal process, so that the remnants of the original cylindrical lateral surface form a multiplicity of elevations 2 on the outer surface of the doctor rod.
  • the surfaces of the elevations 2 are therefore flat and all lie in a cylindrical envelope surface which corresponds to the lateral surface of the original cylindrical rod.
  • the doctor rod according to the invention is preferably manufactured in such a way that a steel rod is first coated in a wear-resistant manner, preferably with oxide ceramic, and then polished. A laser beam is then used to burn indentations into the surface, the coating material evaporating at the processed areas without residue and burrs.
  • bars with hardened and polished metal surfaces can be used, into which the recesses are worked using diamond tools or by etching.
  • the surface structure can also be created in such a way that elevations are applied to a rod, the surface of which is subsequently grinded, polished or the like. are processed so that they are flat and lie in a cylindrical envelope surface.
  • the bar shown only partially in FIG. 1 has a diameter of 6 mm to 20 mm, its length corresponds to the working width of a coating device, which can be up to 10 m.
  • the sum of the surfaces of the elevations is 10% to 50% of the cylindrical envelope surface. Therefore, 50% to 90% of the original surface area was removed.
  • the surface was processed in such a way that it has a profile depth P t (2.5 mm) according to DIN 4771 between 30 ⁇ m and 150 ⁇ m.
  • the doctor rod is measured in the axial direction. Within the tread depth varies only slightly. The deviation of the profile depths determined for individual measurements from the average profile depth is max. 5 00.
  • a good detachment of the coating material from the doctor rod is achieved if the surface roughness depth R t of the flanks of the elevations is less than 10% of the value of P t (2.5 mm).
  • the elevations 2 have an elongated shape in plan and are aligned approximately circumferentially. Their length in the circumferential direction is preferably between 1 mm and 15 mm and their width b in the axial direction between 10 ⁇ m and 100 ⁇ m. In certain applications, it may be advantageous to design the elevations continuously over the entire circumference.
  • the distance a of the elevations 2 from one another is between 150 ⁇ m and 400 ⁇ m.
  • the geometric dimensions and the arrangement of the elevations 2 vary randomly distributed within certain limits.
  • the range of variation for the width b measured in the axial direction is between 10 ⁇ m and 100 ⁇ m and the range of variation for the distances a is between 150 ⁇ m and 400 ⁇ m.
  • the doctor rod has elongated elevations which are aligned essentially in the circumferential direction.
  • the deviation of their longitudinal axis from the circumferential direction, the angle of inclination ⁇ in FIG. 1, is a maximum of 100.
  • the angle of inclination ⁇ of the elevations 2 can also vary randomly distributed within this limit.
  • the open cross-sectional area between the elevations 2 on one side of a central longitudinal section through the doctor rod is between 15 mm2 and 80 mm2 per meter of doctor rod length.
  • a preferred area of application of the doctor rod according to the invention is coating devices which apply glue or pigment inks indirectly to a paper web via a roller. These coating devices have two press rollers, through the gap of which the paper web is guided.
  • a known applicator e.g. B. arranged a nozzle or roller applicator with a subsequent metering system in the direction of rotation, which contains a doctor rod according to the invention as a metering element.
  • the doctor rod is mounted in an elastic holder and driven in the opposite direction to the press roller.
  • Such coating devices are described in detail in DE-GM 84 14 413.
  • a particularly advantageous holder for the doctor rod describes DE-PS 30 22 955.
  • the doctor rods according to the invention are also suitable for use in coating devices in which metering is carried out directly on the paper or cardboard web. These coating devices have a counter roller around which the paper or cardboard web is guided.
  • An application unit e.g. B. a roller or nozzle applicator, arranged, the coating material in excess on the web carries directly on.
  • a metering element follows in the web running direction behind the applicator, which scrapes off the excess coating material from the web to the desired coat weight.
  • elastically mounted smooth doctor rods are known, such as. B. described in DE-PS 30 22 955. Instead of these smooth doctor rods, a doctor rod according to the invention can advantageously be used.

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  • Coating Apparatus (AREA)
  • Paper (AREA)

Abstract

Die Oberflächen der Erhebungen (2) der Rakelstange (1) sind eben und liegen in einer zylindrischen Hüllfläche, die Summe der Oberflächen der Erhebungen (2) beträgt 10 % - 50 % der zylindrischen Hüllfläche, und die Profiltiefe Pt (2,5 mm) der Gesamtoberfläche nach DIN 4771 hat einen Wert zwischen 30 µm und 150 µm.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Rakelstange zum volumetrischen Dosieren von Beschichtungsmaterial, insbesondere auf laufende Papier- oder Kartonbahnen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zum Beschichten laufender Materialbahnen mit einer Rakelstange als Dosierelement.
  • Beim Beschichten von laufenden Papier- oder Kartonbahnen ist der Einsatz von mit Umfangsrillen versehenen Rakelstangen bekannt. Derartige Raktelstangen dienen dazu, auf die zu beschichtende Bahn einen dosierten Farb- oder Leimfilm auf zutragen, wobei die Menge des auf getragenen Beschichtungsmaterials über den Rillenquerschnitt beeinflußt werden kann.
  • Der Einsatz der Rakelstange erfolgt entweder direkt an der Bahn, d.h., auf die Bahn wird mit einem vorgeschalteten Auftragwerk das Beschichtungsmaterial im Überschuß aufgetragen, anschließend wird mit der Rakelstange auf das gewünschte Auftragsgewicht dosiert, oder es wird zunächst auf eine Walze dosiert, die anschließend das Beschichtungsmaterial in einem Walzenspalt an die Bahn abgibt. Dazu wird die Bahn durch den Preßspalt zwischen zwei Walzen geführt, wobei an einer oder beiden Walzen im nicht von der Bahn umschlungenen Bereich ein Auftragwerk mit nachfolgender Rakelstange angeordnet ist.
  • Gattungsgemäße Rakelstangen sind aus der DE-OS 37 35 889 und dem DE-GM 84 14 413 bekannt. Bei der in der ersten Schrift beschriebenen Streicheinrichtung liegt die Rakelstange direkt an der Papierbahn an, bei der letzteren dient sie zum Auftragen eines Films auf eine Walze, die anschließend in einem Walzenspalt das Beschichtungsmaterial an die Bahn abgibt.
  • Es hat sich gezeigt, daß drahtumwickelte Rakelstangen schnell verschleißen. Darüber hinaus kommt es beim Dosieren auf eine gummibeschichtete Walze bei bestimmten Betriebsverhältnissen zu Beschädigungen der Walzenoberfläche.
  • In der noch unveröffentlichten Patentanmeldung P 38 41 494 wird vorgeschlagen, auf der Mantelfläche der Rakelstange eine Vielzahl von noppenförmigen Erhebungen anzuordnen. Diese können durch Einarbeitung von Vertiefungen in eine zylindrische Stange, z. B. durch Ätzen, Fräsen, Schleifen, Drücken etc. geschaffen werden. Die Noppen oder die gesamte Rakelstange sind aus verschleißarmen Materialien, z. B. aus Hartmetallen, hartverchromtem Stahl, Glas oder oxidkeramischen Werkstoffen geformt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rakelstange bereitzustellen, mit der sich streifenfrei niedrige Auftragsgewichte erreichen lassen, ohne daß beim Auftragen auf eine Walze Beschädigungen der Walzenoberfläche auftreten.
  • Diese Auf gabe wird mit der Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.
  • Die Unteransprüche enthalten bevorzugte, da besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Fig. 1 Zeigt in teilweise geschnittener Darstellung eine erfindungsgemäße Rakelstange.
  • Die ausschnittsweise gezeigte Rakelstange besteht aus einem zylindrischen Grundkörper 1 in Form einer glatten Stange, in auf der gesamten Mantelfläche mit einem Abtragverfahren Vertiefungen eingearbeitet wurden, so daß die Reste der ursprünglichen Zylindermantelfläche eine Vielzahl von Erhebungen 2 auf der Außenfläche der Rakelstange bilden. Die Oberflächen der Erhebungen 2 sind daher eben und liegen alle in einer zylindrischen Hüllfläche, die der Mantelfläche der ursprünglichen zylinderischen Stange entspricht. Um eine verschleißfeste und glatte Oberfläche der Erhebungen zu erhalten, wird die erfindungsgemäße Rakelstange bevorzugt so hergestellt, daß zunächst eine Stahlstange verschleißfest, vorzugsweise mit Oxidkeramik, beschichtet und anschließend poliert wird. Mit einem Laserstrahl werden danach Vertiefungen in die Oberfläche eingebrannt, wobei das Beschichtungsmaterial an den bearbeiteten Stellen rückstands- und gratfrei verdampft.
  • Alternativ können Stangen mit gehärteten und polierten Metalloberflächen verwendet werden, in die die Vertiefungen mittels Diamantwerkzeugen oder durch Ätzen eingearbeitet werden. Anstelle eines Abtragsverfahrens kann die Oberflächenstruktur auch so erzeugt werden, daß auf eine Stange Erhebungen aufgebracht werden, deren Oberfläche anschließend durch Schleifen, Polieren o.ä. so bearbeitet werden, daß sie eben sind und in einer zylindrischen Hüllfläche liegen.
  • Die in Fig. 1 nur ausschnittweise gezeigte Stange weist einen Durchmesser von 6 mm bis 20 mm auf, ihre Länge entspricht der Arbeitsbreite einer Beschichtungsvorrichtung, die bis zu 10 m betragen kann.
  • Die Summe der Oberflächen der Erhebungen, also die Fläche, die beim Beschichten an der Warenbahn bzw. an einer Walze anliegt, beträgt 10 % bis 50 % der zylindrischen Hüllfläche. Es wurde daher 50 % bis 90 % der ursprünglichen Mantelfläche abgetragen. Um einen gleichmäßigen und ausreichend hohen Auftrag zu erreichen, wurde die Oberfläche so bearbeitet, daß sie eine Profiltiefe Pt(2,5 mm) nach DIN 4771 zwischen 30 µm und 150 µm aufweist. Dabei wird in Achsrichtung der Rakelstange gemessen. Innerhalb des angegebenen Bereichs schwankt die Profiltiefe nur wenig. Die Abweichung der bei Einzelmessungen ermittelten Profiltiefen von der mittleren Profiltiefe beträgt max. 5 00. Ein gutes Ablösen des Beschichtungsmaterials von der Rakelstange wird erreicht, wenn die Oberflächen-Rautiefe Rt der Flanken der Erhebungen kleiner ist als 10 % des Wertes von Pt(2,5 mm).
  • Vorteilhafterweise weisen die Erhebungen 2 eine im Grundriß längliche Form auf und sind in etwa umfänglich ausgerichtet. Bevorzugt beträgt ihre Länge in Umfangsrichtung zwischen 1 mm und 15 mm und ihre Breite b in Achsrichtung zwischen 10 µm und 100 µm Bei bestimmten Anwendungsfällen kann es vorteilhaft sein, die Erhebungen umfänglich durchgehend zu gestalten. Der Abstand a der Erhebungen 2 voneinander beträgt zwischen 150 µm und 400 µm.
  • Für einen gleichmäßigen Auftrag hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die geometrischen Abmessungen und die Anordnung der Erhebungen 2 in bestimmten Grenzen zufällig verteilt variieren. Die Variationsbreite für die in Achsrichtung gemessene Breite b liegt zwischen 10 µm und 100 µm und die Variationsbreite für die Abstände a zwischen 150 µm und 400 µm.
  • Bei bestimmten Anwendungsfällen ist es vorteilhaft, wenn die Rakelstange längliche Erhebungen aufweist, die im wesentlichen in Umfangsrichtung ausgerichtet sind. Die Abweichung ihrer Längsachse von der Umfangsrichtung, der Neigungswinkel α in Fig. 1, beträgt in diesem Fall maximal 100. Die Neigungswinkel α der Erhebungen 2 können ebenfalls innerhalb dieser Grenze zufällig verteilt variieren.
  • Mit den beim Beschichten von Papier- oder Kartonbahnen üblicherweise eingesetzten Streichfarben läßt sich ein ausreichender Auftrag erreichen, wenn die sich bei einem zentralen Längsschnitt durch die Rakelstange ergebende offene Querschnittsfläche zwischen den Erhebungen 2 an einer Seite zwischen 15 mm² und 80 mm² pro Meter Rakelstangenlänge beträgt.
  • Bevorzugtes Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Rakelstange sind Beschichtungsvorrichtungen, die Leim oder Pigmentfarben indirekt über eine Walze auf eine Papierbahn auftragen. Diese Beschichtungsvorrichtungen weisen zwei Preßwalzen auf, durch deren Spalt die Papierbahn geführt ist. An einer oder beiden Walzen ist ein bekanntes Auftragwerk, z. B. ein Düsen- oder Walzenauftragwerk mit einem in Drehrichtung nachfolgenden Dosiersystem angeordnet, das als Dosierelement eine erfindungsgemäße Rakelstange enthält. Die Rakelstange ist in einer elastischen Halterung gelagert und gegenläufig zur Preßwalze angetrieben. Derartige Beschichtungsvorrichtungen sind ausführlich in dem DE-GM 84 14 413 beschrieben. Eine besonders vorteilhafte Halterung für die Rakelstange beschreibt die DE-PS 30 22 955.
  • Ebenso sind die erfindungsgemäßen Rakelstangen zum Einsatz in Beschichtungsvorrichtungen geeignet, bei denen direkt auf der Papier- oder Kartonbahn dosiert wird. Diese Beschichtungsvorrichtungen weisen eine Gegenwalze auf, um die die Papier- oder Kartonbahn geführt ist. Im umschlungenen Bereich der Gegenwalze ist ein Auftragwerk, z. B. ein Walzen- oder Düsenauftragwerk, angeordnet, das Beschichtungsmaterial im Überschuß auf die Bahn direkt auf trägt. In Bahnlaufrichtung hinter dem Auftragwerk folgt ein Dosierelement, das von der Bahn das überschüssige Beschichtungsmaterial bis auf das gewünschte Strichgewicht abrakelt. Als Dosierelemente sind elastisch gelagerte glatte Rakelstangen bekannt, wie z. B. in der DE-PS 30 22 955 beschrieben. Anstelle dieser glatten Rakelstangen läßt sich vorteilhaft eine Rakelstange nach der Erfindung einsetzen.

Claims (12)

1. Rakelstange zum volumetrischen Dosieren von Beschichtungsmaterial, insbesondere auf laufende Papier- oder Kartonbahnen, deren Mantelfläche Erhebungen und Vertiefungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Oberflächen der Erhebungen (2) eben sind und in einer zylinderischen Hüllfläche liegen,
- die Summe der Oberflächen der Erhebungen (2) 10 % - 50 % der zylinderischen Hüllfläche beträgt, und
- die Profiltiefe Pt(2,5 mm) der Gesamtoberfläche nach DIN 4771 einen Wert zwischen 30 µm und 150 µm hat.
2. Rakelstange nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Rauhtiefe Rt der Flanken der Erhebungen (2) maximal 10 % von Pt(2,5 mm) beträgt.
3. Rakelstange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrischen Abmessungen und/oder die Anordnung der Erhebungen (2) innerhalb bestimmter Grenzen zufällig verteilt variieren.
4. Rakelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekenn­zeichnet durch im Grundriß längliche, in etwa umf änglich ausgerichtete Erhebungen, deren Breite b 10 µm bis 100 µm beträgt und die mit einem Abstand a von 150 um bis 400 voneinander angeordnet sind.
5. Rakelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in Achsrichtung gemessene Breite der Erhebungen zufällig verteilt zwischen 10 µm und 100 µm und ihre Abstände zufällig verteilt zwischen 150 µm und 400 µm variieren.
6. Rakelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Erhebungen in Umfangsrichtung zwischen 1 mm und 15 mm beträgt.
7. Rakelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die sich bei einem zentralen Längs schnitt durch die Rakelstange ergebende offene Querschnittsfläche zwischen den Erhebungen (2) an einer Seite zwischen 15 mm² und 80 mm² pro Meter Rakelstangenlänge beträgt.
8. Rakelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekenn­zeichnet durch längliche Erhebungen (2), die in Neigungswinkeln α bis maximal 10° zur Umfangsrichtung angeordnet sind.
9. Rakelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (2) durch Abtragen von Material aus einer glatten, zylinderischen, vorzugsweise verschleißfest beschichteten Stange erzeugt wurden.
10. Rakelstange nach Anspruch 9, dadurch gekenn­zeichnet, daß in einer mit Keramik beschichteten Stange mittels Laser Vertiefungen eingearbeitet wurden.
11. Vorrichtung zum Beschichten laufender Materialbahnen, insbesondere Papier- oder Kartonbahnen, mit zwei Preßwalzen, wobei an einer oder beiden Walzen ein Auf tragwerk und in Walzendrehrichtung nachfolgend ein Dosiersystem angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Dosierelement eine Rakelstange nach den Ansprüchen 1 bis 10 eingesetzt ist.
12. Vorrichtung zum Beschichten laufender Materialbahnen, insbesondere Papier- oder Kartonbahnen, mit einer Gegenwalze, um die die Materialbahn geführt ist, mit einem Auftragwerk im von der Materialbahn umschlungenen Bereich der Gegenwalze und mit einem in Bahnlaufrichtung folgenden Dosiersystem, dadurch ge­kennzeichnet, daß das Dosiersystem eine Rakelstange nach den Ansprüchen 1 bis 10 als Dosierelement enthält.
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