B E S C H R E I B U N G
Schlitzdüse zum Beschichten von Materialbahnen, insbesondere Papier- oder Kartonbahnen mit Pigmentstreichfarbe
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Schlitzdüse zum Beschichten von Materialbahnen, insbesondere Papier- oder Kartonbahnen mit Pigmentstreichfarbe, mit einem schlitzförmigen Austrittskanal, der sich über die Arbeitsbreite erstreckt, und einer sich über die Arbeitsbreite erstreckenden Verteilerkammer, an die der Austrittskanal angeschlossen ist.
Stand der Technik
Beim Beschichten von Materialbahnen werden bekannter Weise sich über die Arbeitsbreite erstreckende Schlitzdüsen eingesetzt, um auf die Bahn einen definierten Vorhang oder Strahl von Beschichtungsmaterial aufzutragen. Bei Beschichtungsvor- richtungen, die nach dem Prinzip des Vorhangstreichens arbeiten (englisch: Curtain Coater), wird die Schlitzdüse oberhalb der Bahn sich quer zur Bahnlaufrichtung erstreckend angeordnet. Das Beschichtungsmaterial tritt in einem freifallenden Vorhang aus der Düse aus und fällt auf die Bahn. Eine derartige Schlitzdüse der gattungsgemäßen Art ist in der EP 0 327 020-B1 in einer Beschichtungsvorrichtung bekannt, die zur Herstellung von fotografischen Filmen dient. Ein Verfahren zur
Herstellung von Streichpapier, bei dem Pigmentstreichfarbe in einem freifallenden Vorhang auf eine Papierbahn aufgetragen wird, ist aus der EP 0 517 223-B1 bekannt.
Bei sogenannten Freistrahldüsen-Auftragsvorrichtungen wird die Schlitzdüse von zwei Lippen gebildet, aus der ein freier Strahl von Beschichtungsmaterial unter Druck gegen die Bahn oder - beim indirekten Auftrag - gegen eine Walze geleitet wird. Der Einsatz einer Schlitzdüse als Freistrahldüse zum Beschichten von Papierbahnen ist in der DE 296 10 773-U beschrieben.
Darstellung der Erfindung
Beim Beschichten von Papier- oder Kartonbahnen mit großer Breite (beispielsweise 10 m) ist es erforderlich, über die Arbeitsbreite einen sehr gleichmäßigen Strahl oder Vorhang von Beschichtungsmaterial zu erzeugen. Dies gestaltet sich besonders schwierig, falls geringe Mengen (beispielsweise 10 ml/m2 ) von Pigmentstreichfarbe aufgetragen werden sollen. Pigmentstreichfarben neigen dazu, sich zu entmischen, falls unterschiedliche Scherbedingungen in der Strömung vorliegen. Zugleich muß sichergestellt sein, daß in den Zuführkanälen und der Düse keine störenden Ablagerungen von Pigmenten auftreten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Schlitzdüse so zu verbessern, daß sie in der Lage ist, auf Papier- oder Kartonbahnen mit großer Breite auch geringe Mengen an Pigmentstreichfarbe unter schwankenden Bedingungen, z. B. schwankender Viskosität oder sich ändernden Auftragsmengen, gleichmäßig über die Arbeitsbreite störungsfrei aufzutragen.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Schlitzdüse nach der Erfindung bietet die Möglichkeit, die Strömungsverhältnisse in der Verteilerkammer über die Arbeitsbreite über die zugeführten Volumenströme zu beeinflussen.
Die Unteransprüche enthalten bevorzugte, da besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Bei einem Abstand zwischen zwei Zuführkanälen von 100 mm bis 1 500 mm, bevorzugt 500 mm bis 800 mm, gemäß Patentanspruch 2 ist gewährleistet, daß der
von einem Zuführkanal mit Beschichtungsmaterial versorgte Teil der Verteilerkammer nicht zu groß ist, daß bei der Querverteilung in der Kammer unakzeptable Strömungsdifferenzen auftreten.
Die Ausbildung des Anschlusses eines Zuführkanals an die Verteilerkammer als Diffusor nach Patentanspruch 3 bewirkt, daß sich die Strömungsgeschwindigkeit beim Eintritt in die Verteilerkammer erheblich verringert. Dies verhindert ein Ablösen der Streichfarbe von den Wänden und somit Wirbel, die zu ungleichmäßigen Strömungsverhältnissen führen würden.
Geneigt an die Verteilerkammer angeschlossene Diffusoren gemäß Patentanspruch 4 ermöglichen es, bei geringer Bauhöhe lange Diffusoren einzusetzen und diese an im wesentlichen geradlinig von einer Seite zugeführten Zuführkanälen anzuschließen. Da innerhalb der Zuführkanäle die Streichfarbe mit hoher Strömungsgeschwindigkeit gefördert wird, könnten Krümmungen in den Zuführkanälen bei empfindlichen Streichfarben zu unerwünschten Entmischungseffekten führen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Zeichnung dient zur Erläuterung der Erfindung anhand vereinfacht dargestellter Ausführungsbeispiele.
Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Schlitzdüse nach der Erfindung.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie A-A von Figur 1 .
Figur 3 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie B-B von Figur 1 .
Figur 4 zeigt eine Draufsicht von unten auf den Ausstrittsspalt.
Figur 5 zeigt im Querschnitt den Aufbau und die Arbeitsweise einer Schlitzdüse beim Einsatz als Vorhangdüse.
Figur 6 zeigt grob schematisch einen konstruktiv besonders einfachen Aufbau einer Schlitzdüse mit Kühlelementen an den Längsseiten.
Figur 7 zeigt grob schematisch den Querschnitt einer Schlitzdüse mit einer zweiten Verteilerkammer, die in einer Klimakammer angeordnet ist.
Figur 8 zeigt den Querschnitt einer alternativen Ausführungsform einer Schlitzdüse, die als Freistrahldüse ausgelegt ist.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Die in den Figuren dargestellten Düsen dienen zum Auftragen von Pigmentstreichfarbe auf eine Papier- oder Kartonbahn B. Die Pigmentstreichfarbe wird entweder direkt auf die Papier- oder Kartonbahn B oder zunächst auf eine Walze aufgetragen, die anschließend den Film an Streichfarbe an die Bahn B übergibt.
Die Schlitzdüse wird entweder als Vorhangdüse oder als Freistrahldüse eingesetzt. Beim Einsatz als Vorhangdüse ist sie oberhalb der Bahn B sich quer über die Arbeitsbreite erstreckend angeordnet, und die Streichfarbe tritt in einem freifallenden Vorhang V aus ihr aus. Die verschiedenen Möglichkeiten der Anordnung einer
Schlitzdüse als Vorhangdüse innerhalb einer Beschichtungsanlage zum Beschichten von Papier- oder Kartonbahnen mit Pigmentstreichfarbe und ihre Betriebsweise ist sehr ausführlich in der deutschen Patentanmeldung 1 97 1 6 647.4 beschrieben, auf die ausdrücklich verwiesen wird.
Beim Einsatz als Freistrahldüse tritt ein freier Strahl S von Streichfarbe unter Druck aus der Schlitzdüse aus, der direkt gegen die Bahn B oder - beim indirekten Auftrag - gegen eine Walze geleitet wird. Üblicherweise wird die Freistrahldüse in Relation zu der zu beschichtenden Bahn B oder der Tangente an die zu beschichtende Walze so angeordnet, daß der Flüssigkeitsstrahl S in einem spitzen Winkel zur Bewegungsrichtung der Bahn B oder Walze auftrifft. Der Einsatz einer Freistrahldüse in einer Anlage zum Beschichten von Papier- oder Kartonbahnen mit Pigmentstreichfarbe ist ausführlich in der deutschen Patentanmeldung 1 97 1 9 1 28 beschrieben, auf die verwiesen wird.
Bei der in den Figuren 1 bis 5 dargestellten Ausführungsform besteht der Düsenkörper der Schlitzdüse aus zwei wandförmigen Teilen 1 , 2 mit einer der gewünschten Arbeitsbreite entsprechenden Länge. In eine Längsseite eines Teils (im Beispiel Teil 1 ) ist eine Längsnut eingearbeitet, die nach dem Zusammenfügen der beiden Teile 1 , 2 eine Verteilerkammer 3 bildet. Die beiden Teile 1 , 2 weisen jeweils plangeschliffene Innenflächen auf, mit denen sie zusammengefügt und mittels Befestigungsschrauben 4 zusammengehalten werden.
Eine der beiden die Verteilerkammer 3 begrenzenden Querwände - in Figur 2 und 3 die untere Querwand 5 - ist mit einer etwas geringeren Höhe als die andere, obere Querwand 6 ausgebildet, so daß beim Zusammenfügen ein Abstand zu dem Wandteil 2 verbleibt, um in diesem Bereich einen schlitzförmigen, sich über die Arbeitsbreite erstreckenden Austrittskanal 7 zu bilden, der an die Verteilerkammer 3 angeschlossen ist und aus dem die Streichfarbe austritt. Um die Spaltweite des Austrittskanals 7 über die Arbeitsbreite in einzelnen Bereichen unterschiedlich einstellen zu können, wird der Austrittskanal 7 einerseits von der Innenfläche des Wandteils 2, andererseits von einer eingesetzten Leiste 8 begrenzt, das auf der Innenfläche der unteren Querwand 5 mittels Schrauben 9 festgeschraubt ist. Die Einsatzleiste 8 weist unterhalb der Befestigungsschraube 9 an seiner dem Austrittsspalt 7 abgewandten
Seite einen Längsschlitz auf, so daß eine Schwachstelle 1 0 entsteht, um die sein unterer Teil zur Einstellung der Spaltweite verbogen werden kann. Der untere Teil der Einsatzleiste 8 hat den für den erforderlichen Verstellweg notwendigen Abstand von der Innenfläche der Querwand 5. Die Einstellung der Spaltweite des Austrittskanals 7 erfolgt mittels in regelmäßigen Abständen über die Arbeitsbreite angeordneten Keilen 1 1 , die in einer Längsnut der unteren Querwand 5 parallel zum Austrittskanal 7 bewegbar angeordnet sind und die Einsatzleiste 8 an ihrer Rückseite abstützen. Die Keile 1 1 legen so den Abstand der Einsatzleiste 8 von dem Wandteil 2 und somit die Spaltweite des Austrittskanals 7 in ihrem Bereich fest. Die Einstellung der Position jedes Keils 1 1 erfolgt mittels einer Verstellschraube 1 2. Um die Position der
Einsatzleiste 8 an jedem Keil 1 1 zu fixieren, sind im Bereich zwischen zwei Keilen 1 1 jeweils Klemmschrauben 1 3 angeordnet, von denen die Einsatzleiste 8 gegen die Keile 1 1 und somit gegen die Querwand 5 festgeklemmt werden kann. Paßfedern 14 zwischen der Querwand 5 und dem oberen Bereich der Einsatzleiste 8 verhindern eine
Verschiebung der Einsatzleiste 8 parallel zum Austrittskanal 7 beim Einstellen der Spaltweite. Bevorzugt sind die Innenflächen der Querwand 5 und der Einsatzleiste 8, von denen die untere Begrenzungswand der Verteilerkammer 3 gebildet wird, zueinander fluchtend und in Richtung zum Austrittskanal 7 geneigt verlaufend gestaltet, damit die Streichfarbe zum Austrittskanal 7 hingeleitet wird. Beim Einsatz als Vorhangdüse wird die Weite des Austrittskanais 7 auf einen Wert zwischen 1 50 μm und 600 μm, bevorzugt zwischen 250 μm und 350 μm, eingestellt. Beim Einsatz als Freistrahldüse beträgt die Weite des Austrittskanals 7 700 μm bis 1 300 μm.
Als Vorhangdüse beträgt die parallel zum Austrittskanal 7 gemessene Höhe der Verteilerkammer 3 1 0 mm bis 1 00 mm, bevorzugt 20 mm bis 60 mm. Falls die Höhe mehr als 20 mm beträgt, ist ihre Breite geringer als ihre Höhe. Als Freistrahldüse beträgt die Höhe der Verteilerkammer 3 40 mm bis 1 50 mm. Bevorzugt beträgt die Breite zwischen 50% und 60 % der Höhe.
Die obere Querwand 6 des Teils 1 weist in regelmäßigen Abständen Einlaßöffnungen 1 5 auf, an denen, - wie in Figur 5 dargestellt - Zuführkanäle 1 6 zur Zuführung von Streichfarbe in die Verteilerkammer 3 angeschlossen sind. Die so an der dem Austrittskanal 7 entgegengesetzten Seite an der Verteilerkammer 3 angeschlossenen
Zuführkanäle 1 6 weisen einen Anschlußabstand zwischen 100 mm und 1 500 mm, bevorzugt zwischen 500 mm und 800 mm, auf. Bevorzugt ist der Anschluß eines jeden Zuführkanals 1 6 an die Verteilerkammer 3 als Diffusor ausgebildet, damit aufgrund des steigenden Strömungsquerschnitts die Strömungsgeschwindigkeit beim Eintritt in die Verteilerkammer 3 absinkt. Die Diffusoren werden jeweils von der
Öffnung 1 5 in der Querwand 5 und einem aufgeschraubten Diffusorteil 1 7 gebildet, an dem jeweils ein Zuführkanal 1 6 befestigt ist.
Bevorzugt sind die von den Öffnungen 1 5 und dem Diffusorteil 1 7 gebildeten Diffusoren so gestaltet und angeordnet, daß sie in Richtung zum seitlichen Rand gegen die Senkrechte geneigt an die Verteilerkammer 3 angeschlossen sind. Der bevorzugt nach einer Seite - also mit parallel zugeführten Zuführkanälen 1 6 - geneigte Anschluß der Diffusoren erfolgt so, daß eine Begrenzungswand (in Figur 1 die linke
Begrenzungswand) unter einem Winkel α zwischen 0° und 90° , bevorzugt zwischen 30° und 60° an die obere Begrenzungswand der Verteilerkammer 3 angeschlossen ist, die gegenüberliegende Begrenzungswand des Diffusors unter einem Winkel ß zwischen 10° und 45 ° . Weiterhin ist die Begrenzungswand des Diffusors an der Zuführseite unmittelbar vor dem Anschluß an die Verteilerkammer 3 zusätzlich nach außen gekrümmt, um den Querschnitt weiter zu vergrößern und den Radius der Umlenkung möglichst groß zu gestalten. Beim Ausführungsbeispiel wird dies durch eine entsprechende Krümmung der den letzten Teil des Diffusors bildenden zulaufsei- tigen Wand 1 8 der Einlaßöffnung 1 5 bewirkt. Die so gestaltete Begrenzungswand 1 8 des Diffusors verhindert ein Ablösen der Streichfarbe von den Wänden und damit Wirbel, die eine Entmischung der Streichfarbe verursachen würden.
An ihren Stirnseiten ist die Schlitzdüse von Seitenplatten 1 9 verschlossen. Beim Einsatz als Vorhangdüse ist an jeder Seite unmittelbar neben dem Austrittskanal 7 ein sich nach unten erstreckendes Leitelement 20 angeordnet, das einer Einschnürung des aus dem Austrittskanal 7 fallenden Vorhangs V von Streichfarbe entgegenwirkt. Um ein Abreißen des Vorhangs V von den Leitelementen 20 zu verhindern, wird jeweils an der Innenfläche jedes Leitelements 20 ein Teilstrom an Streichfarbe als Kontaktflüssigkeit herabfließen gelassen, der über einen Zufuhrkanal 21 zugeführt wird.
Wie in Figur 5 dargestellt, weist jeder Zuführkanal 1 6 eine Einrichtung 22 zur Einstellung des Volumenstroms auf. Um Ablagerungen von Pigmenten in der Einrichtung 22 auszuschließen, werden bevorzugt Schlauchklemmventile für die Volumenstromeinstellung verwendet. Alternativ ist auch die Verwendung von
Membranventilen möglich. Zusätzlich enthält jeder Zuführkanal eine Meßeinrichtung 23 zur Bestimmung des aktuellen Volumenstroms, damit dieser individuell geregelt werden kann; z. B. induktive oder mit Ultraschall arbeitende Volumenstrommeßgeräte 23.
In Figur 6 ist schematisch eine Ausführungsform einer Düse dargestellt, die konstruktiv besonders einfach ist. Dieser Aufbau bietet sich an, falls keine Stellelemente zur
Querprofilregelung erforderlich sind, also die Weite des Austrittskanals 7 über die Arbeitsbreite nicht unterschiedlich einstellbar sein muß.
Wie bei der Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 4 ist der Düsenkörper aus zwei Teilen 1 , 2 zusammengesetzt, die jeweils eine plangeschliffene Innenfläche aufweisen. In ein Teil - das linke Teil 1 in Figur 6 - ist die Verteilerkammer 3 als Längsnut eingearbeitet. Anders als bei der Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 4 sind die Innenflächen der beiden Querwände 5, 6 fluchtend ausgestaltet. Beim Zusammensetzen wird im Bereich oberhalb der Verteilerkammer 3 ein Flachmaterial 24, z. B. eine Folie, eingelegt, dessen Dicke der gewünschten Spaltweite des Austrittskanals 7 entspricht. So wird beim Zusammensetzen der beiden Teile 1 , 2 im Bereich unterhalb der Verteilerkammer 3 die untere Querwand 5 auf dem der Dicke des Flachmaterials 24 entsprechenden Abstand von der Innenfläche des Teils 2 gehalten. Es bildet sich der Austrittskanal 7 mit der gewünschten Spaltweite.
Figur 7 zeigt eine Ausführungsform mit einer zwischen der ersten Verteilerkammer 3 und dem Austrittskanal 7 angeordneten zweiten Verteilerkammer 25. Zwischen der ersten Verteilerkammer 3 und der zweiten Verteilerkammer 25 befindet sich ein zusätzlicher Strömungskanal 26, der eine weitere Vergleichmäßigung der Strömung bewirkt.
Bei großen Arbeitsbreiten führen lokal unterschiedliche Temperaturen zu Verformungen, die den Austrittskanal 7 beeinflussen. Um diesen Verformungen entgegenzuwirken, wird an einer oder an beiden Längswänden des Düsenkörpers der Schlitzdüse eine Reihe von Heiz- oder Kühlelementen 27 angeordnet, wie in Figur 6 dargestellt ist. Die Heiz- oder Kühlelemente 27, beispielsweise Peltier-Elemente, Widerstandsdrähte etc. sind über die Arbeitsbreite in einem Abstand von 100 mm und mehr angeordnet, ihre Heiz- oder Kühlleistung kann individuell geregelt werden, um gezielt auf einzelne Bereiche einwirken zu können. Alternativ oder ergänzend ist es möglich, die gesamte Schlitzdüse in einer Klimakammer 28 anzuordnen, wie in Figur 7 dargestellt ist. In die
Klimakammer wird ein temperaturgeregeltes Medium, beispielsweise Wasser oder Luft über eine Zuleitung 29 eingeleitet, um die Temperatur der Düse auf einem gewünschten Wert konstant zu halten.
In Figur 8 ist der Querschnitt einer Schlitzdüse beim Einsatz als Freistrahldüse dargestellt, mittels der die Streichfarbe auf eine von einer Gegenwalze 30 abgestützten Papier- oder Kartonbahn B aufgetragen wird.
Auch beim Einsatz als Freistrahldüse weist die Schlitzdüse einen schlitzförmigen Austrittskanal 7 auf, der sich über die Arbeitsbreite erstreckt. Der schlitzförmige Austrittskanal 7 wird von zwei Lippen 31 , 32 begrenzt, von denen eine - im Ausführungsbeispiel die auslauf seitige Lippe 31 - mittels einer Reihe von Stellelementen 33 in ihrem Abstand zur anderen Lippe 32 zonenweise unterschiedlich einstellbar ist, um ein gleichmäßiges Querprofil einzustellen. Die Weite des Austrittskanals 7 ist beim Einsatz als Freistrahldüse auf die erwähnten 700 μm - 1 300 μm eingestellt.
Die Verteilerkammer 3 wird von zwei Seitenwänden 1 , 2 begrenzt, die an der Zulaufseite an einer Querwand 34 mittels Schrauben 35 festgeschraubt sind, von der sie auf den für die Kammerbreite gewünschten Abstand gehalten werden. An der
Austrittsseite ist an jeder Seitenwand 1 , 2 jeweils eine der Lippen 31 , 32 befestigt.
Im Längsschnitt entspricht der Aufbau der Freistrahldüse im wesentlichen der in den Figuren 1 und 5 dargestellten Schlitzdüse: Es sind ebenfalls zumindest zwei Zuführkanäle 1 6 an die Verteilerkammer 3 angeschlossen, die jeweils eine Einrichtung zur Einstellung des Volumenstroms aufweisen. Der Anschlußabstand der Zuführkanäle 1 6 beträgt ebenfalls 100 mm bis 1 500 mm, bevorzugt 500 mm bis 800 mm. Ebenso ist der Anschluß eines Zuführkanals 1 6 an die Verteilerkammer 3 als Diffusor ausgebildet, wobei die Diffusoren in Richtung zum seitlichen Rand unter den beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 5 beschriebenen Winkeln geneigt an die Verteilerkammer 3 angeschlossen sind.