B E S C H R E I B U N G
Vorrichtung zum Absaugen einer Luftgrenzschicht von einer laufenden Materialbahn
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Absaugen einer Luftgrenzschicht von einer laufenden, von einer Walze umgelenkten Materialbahn sowie einer Vorrichtung zum Beschichten einer laufenden Materialbahn mit einer derartigen Absaugevorrichtung.
Stand der Technik
Zum Beschichten von laufenden Materialbahnen wie Papier- oder Kartonbahnen, Kunststoff- oder Metallfolien sind sogenannte Curtain-Coater bekannt, bei denen das Beschichtungsmaterial (Klebstoffdispersionen, Pigmentstreichfarbe etc.) aus einer Schlitzdüse in einem freifallenden Vorhang auf die Materialbahn aufgetragen wird. Um mit einem Curtain-Coater sehr gleichmäßig zu beschichten, ist es erforderlich, daß der aus der Schlitzdüse fallende Vorhang stabil, ohne Schwankungen und ohne Lufteinschlüsse auf die Bahn aufgelegt wird. Dabei bereitet die an der Bahn anhaftende Luftgrenzschicht insbesondere bei hohen Bahngeschwindigkeiten von mehr als 400 m/min Probleme. Die an der Bahn anhaftende Luftgrenzschicht löst unregelmäßige Schwankungen des Vorhangs aus und führt zu Lufteinschlüssen, die zu Ungleich- mäßigkeiten in der Beschichtungsdicke führen.
Aus der EP 0489978-A1 ist ein Curtain-Coater für die Herstellung von fotografischen Materialien bekannt, bei dem vor der Schlitzdüse ein schildförmiges Element („air shieid") angeordnet ist, das zur Entfernung der Luftgrenzschicht dient. Das Element ist im Bereich einer Umlenkwalze für die Bahn angeordnet und erstreckt sich kreisbogenförmig gekrümmt über einen bestimmten Winkelbereich der Umlenkwalze. Das Element ist so gestaltet, daß im Einlaufbereich und im Auslaufbereich Zonen bestimmt werden, in denen der Luftwiderstand größer ist als in einer Zone zwischen den beiden Bereichen. In der Zone zwischen den Bereichen mit größerem Luftwiderstand befindet sich eine Kammer, die zur Verminderung des Drucks an eine Saugpumpe angeschlos-
sen ist. Der Abstand zwischen den dichtend wirkenden Elementen an der Einlauf- und Auslaufseite und der Umlenkwalze beträgt zwischen 0,5 mm und 2 mm. Der Abstand zwischen den auslaufseitigen Ende des schildförmigen Elements und dem Vorhang beträgt zwischen 5 mm und 30 mm.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, die Luftgrenzschicht von einer breiten (3 m und mehr) Bahn bei hohen Bahngeschwindigkeiten (1000 m/min und mehr) so zu vermindern, daß ein nachfolgend angeordneter Curtain-Coater das Beschichtungsmaterial gleichmäßig aufträgt.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Bereich einer die Materialbahn um- lenkenden Walze ein Saugkasten mit folgenden Merkmalen angeordnet ist:
• Der sich in seiner Breite über die axiale Länge der Umlenkwalze erstreckende Saugkasten ist zur Umlenkwalze hin offen und an ein Sauggebläse angeschlossen,
« er weist eine einlaufseitige und eine auslaufseitige Dichtung auf, die jeweils einen
Spalt mit der Bahn bilden und sich über die axiale Länge der Umlenkwalze erstrek- ken, wobei sich zumindest das Ende der einlaufseitigen Dichtung und der Anfang der auslaufseitigen Dichtung im Umlenkungsbereich der Bahn auf der Umlenk-
• walze befinden,
• an jeder Stirnseite der Umlenkwalze enthält der Saugkasten eine stirnseitige Dichtung, die sich außen neben der Stirnseite parallel mit geringem Abstand von dieser erstreckt,
« die auslaufseitige Dichtung bildet mit der Bahn einen Auslaufspalt, dessen Höhe und in Bahnlaufrichtung gemessene Länge über die gesamte Breite des Saugkastens im wesentlichen konstant ist, wobei die Länge mehr als 10 mm, vorzugsweise mehr als 30 mm, insbesondere 50 mm - 70 mm, beträgt und die Spalthöhe in Abhängigkeit von der Bahngeschwindigkeit so gewählt ist, daß der Wert des Produkts Bahngeschwindigkeit (in m/min) x Spalthöhe (in mm) kleiner als 1500 ist.
Nach der Er indung wird kein sogenannter "air shieid", sondern ein Saugkasten eingesetzt, um die Luftgrenzschicht abzusaugen. Dabei hat sich gezeigt, daß für die Absaugwirkung die Gestaltung der auslaufseitigen Dichtung von entscheidender Bedeutung ist. Diese wird in Abhängigkeit von der Bahngeschwindigkeit so angeordnet und gestaltet, daß die Luftgrenzschicht auf der Bahn und auf den Rändern der Umlenkwalze unmittelbar hinter der Dichtung sehr weitgehend verringert ist. Der Vorhang aus Beschichtungsmaterial eines in diesem Bereich angeordneten Curtain- Coaters wird somit nicht mehr störend beeinträchtigt.
Die Unteransprüche enthalten bevorzugte, da besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung grob schematisch dargestellt sind.
Figur 1 zeigt die Seitenansicht eines Curtain-Coaters, bei dem die Schlitzdüse so angeordnet ist, daß der Vorhang entlang der Scheitellinie einer die Bahn abstützenden Umlenkwalze auf die Bahn fällt.
Figur 2 zeigt in vergrößerter Darstellung die Vorrichtung zum Absaugen der Luftgrenzschicht.
Figur 3 zeigt einen Curtain-Coater, bei dem der Vorhang aus Beschichtungsmaterial hinter der Umlenkwalze auf die Bahn fällt.
Figur 4 zeigt die Absaugevorrichtung des Curtain-Coaters nach Figur 3 in vergrößerter Darstellung.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Die in den Figuren dargestellte Beschichtungsvorrichtung dient zum Auftragen eines Dispersionshaftklebstoffes (z. B. eines Acrylats) in wässriger Lösung auf eine silikonisierte Papierbahn 1. Aufgrund ihrer vorteilhaften Eigenschaften läßt sich die
Vorrichtung auch zum Auftragen anderer Dispersionen auf Papier, Kunststoffolien oder
dünne Bänder oder zum Beschichten von Papier- oder Kartonbahnen mit Streichfarbe einsetzen.
Die Beschichtungsvorrichtung enthält eine Schlitzdüse 2, die oberhalb des Laufs der Bahn 1 in einem Gestell aufgehängt ist. Die Schlitzdüse 2 ist an eine Zufuhr für
Beschichtungsmaterial angeschlossen und weist an ihrer Unterseite eine schlitzförmige Öffnung auf, aus der das Beschichtungsmaterial austritt und einen freifallenden Vorhang 3 bildet, der auf die Bahnoberfläche fällt. Die Breite der Schlitzdüse 2 ist größer als die Breite der zu beschichtenden Bahn 1. Vor der Schlitzdüse 2 wird die Bahn 1 von einer Umlenkwalze 4 umgelenkt, die sich in ihrer axialen Länge über die gesamte Arbeitsbreite der Beschichtungsvorrichtung, i.e. die maximale Breite einer zu beschichtenden Bahn 1 , erstreckt.
An beiden Längsseiten der Beschichtungsvorrichtung sind unterhalb der Schlitzdüse 2 Randrinnen 5 angeordnet, die den Vorhang 3 auf die gewünschte Beschichtungsbreite begrenzen. Die Randrinnen sind jeweils am Gestell der Düse 2 befestigt, so daß sie bei einer Verschiebung der Düse 2 in oder gegen Bahnlaufrichtung mitbewegt werden. In den Randrinnen 5 wird das an den Vorhangrändern abgetrennte Beschichtungsmaterial aufgefangen und gegen Bahnlaufrichtung in eine Auffangwanne 6 abgeführt. Die Auffangwanne 6 ist unmittelbar vor der Umlenkwalze 4 angeordnet. Beim Start des
Beschichtungsvorganges wird die Schlitzdüse 2 mit den an ihr befestigten Elementen in den Bereich oberhalb der Auffangwanne 6 bewegt. Dort wird zunächst ein stabiler Vorhang 3 erzeugt, der in die Auffangwanne 6 fällt. Anschließend wird die Schlitzdüse 2 in ihre Arbeitsposition oberhalb der Umlenkwalze 4 (Figur 1) oder kurz dahinter (Figur 3) bewegt.
Die Ausführungsform nach Figur 1 dient dazu, eine Beschichtung mit einer Breite geringer als die Bahnbreite aufzutragen. Auf der beschichteten Bahn 1 bleiben so beschichtungsfreie Ränder. Bei der Ausführungsform nach Figur 3 wird die Bahn 1 über ihre gesamte Breite beschichtet. Der Vorhang 3 ist dazu breiter als die Bahn 1. Die Schlitzdüse 2 befindet sich in ihrer Arbeitsposition mit Abstand hinter der
Scheitellinie der Umlenkwalze 4, damit unterhalb des Vorhangs 3 eine Wanne 7 angeordnet werden kann, von der das seitlich neben den Bahnrändern herabfallende Beschichtungsmaterial aufgefangen wird. Die Bahn 1 wird in dem Bereich unterhalb der Schlitzdüse 2 waagerecht geführt und anschließend von einer zweiten Umlenk- walze 8 nach unten abgelenkt.
Zum Absaugen der Luftgrenzschicht von der Bahn 1 und den Rändern der Umlenkwalze 4 ist mit geringem Abstand in Bahnlaufrichtung
der Schlitzdüse 2 eine Absaugevorrichtung angeordnet, die in den Figuren 2 und 4 vergrößert dargestellt ist.
Im Umlenkungsbereich der Umlenkwalze 4 ist ein Saugkasten 8 angeordnet, der zur Umlenkwalze 4 - also zur Bahn 1 - hin offen ist und über mindestens eine in die Rückwand mündende Saugleitung 9 an ein Sauggebläse angeschlossen ist. Der Saugkasten 8 erstreckt sich in seiner Breite über die gesamte axiale Länge der Umlenkwalze 4. An seiner Einlaufseite weist er eine Einlaufdichtung 10 und an seiner Auslaufseite eine Auslaufdichtung 11 auf, die sich jeweils über die axiale Länge der Umlenkwalze 4 erstrecken und mit der Bahn 1 einen Spalt 12, 13 bilden. Zumindest das Ende der Einlaufdichtung 10 und der Anfang der Auslaufdichtung 11 befinden sich im Umlenkungsbereich der Bahn 1 auf der Umlenkwalze 4. An jeder Stirnseite der Umlenkwalze 4 enthält der Saugkasten 8 eine stirnseitige Dichtung 14, die sich außen neben der Stirnseite parallel mit geringem Abstand von dieser erstreckt. Für eine ausreichende Abdichtung an den Stirnseiten erstrecken sich die Dichtelemente 14 mit einer radial zur Umlenkwalze 4 gemessenen Breite von mindestens 10 mm, vorzugsweise mehr als 15 mm, in den stirnseitigen Bereich der Umlenkwalze 4 hinein.
Die Auslaufdichtung 11 ist so angeordnet und gestaltet, daß sich ein Auslaufspalt 13 mit der Bahn 1 bildet, dessen Höhe und in Bahnlaufrichtung gemessene Länge über die gesamte Breite des Saugkastens 8, also über die gesamte axiale Länge der Umlenkwalze 4, im wesentlichen konstant ist. Die Länge des Auslaufspalts 13 beträgt mehr als 10 mm, vorzugsweise mehr als 30 mm, insbesondere 50 mm - 70 mm. Die Höhe des Auslaufspalts 13 wird in Abhängigkeit von der Bahngeschwindigkeit so gewählt, daß der Wert des Produkts Bahngeschwindigkeit (in m/min) x Spalthöhe (in mm) kleiner als 1500 ist. Bei einer Bahngeschwindigkeit von 1000 m/min ist die Spalthöhe somit geringer als 1 ,5 mm.
Der über den Walzenumfang gemessene Abstand zwischen dem Ende der Einlaufdichtung 10 und dem Anfang der Auslaufdichtung 11 beträgt mehr als 10 mm, vorzugsweise 50 mm - 500 mm. In diesem Bereich wird die Luftgrenzschicht durch den Unterdruck in dem Saugkasten 8 von der Bahn 1 abgesaugt. Es hat sich gezeigt, daß die Absaugung verbessert wird, wenn die Einlaufdichtung 10 und die Auslaufdichtung 11 so gestaltet sind, daß sie jeweils an ihrem Einlauf- und Auslaufende eine scharfe Kante aufweisen. Zumindest die Auslaufdichtung 11 ist daher an ihrem Einlauf- und
ihrem Auslaufende scharfkantig gestaltet, bevorzugt weist auch die Einlaufdichtung 10 zumindest an ihrem Auslaufende eine entsprechend scharf gestaltete Kante auf.
Für eine gleichmäßige Verteilung des Unterdrucks in der Saugkammer 8 ist in dieser zumindest eine mit regelmäßig verteilten Öffnungen versehene Wand 15 angeordnet, die sich quer über die gesamte Breite des Saugkastens 8 erstreckt. Bevorzugt wird die Wand 15 von einem Lochblech gebildet, der den hinteren Bereich der Saugkammer 8 mit der Saugleitung 9 von dem vorderen Bereich abtrennt, der zur Bahn 1 hin geöffnet ist. Die Wand 15 stabilisiert zusätzlich den Aufbau des Saugkastens 8.
Zur weiteren Verbesserung des Ablösens der Luftgrenzschicht ist in dem Saugkasten 8 eine Korona-Aufladeelektrode 16 angeordnet, die mit einer Hochspannungsquelle verbunden ist. Eine derartige Korona-Aufladeelektrode und ihre Verwendung zum Ablösen einer gasförmigen laminaren Grenzschicht ist ausführlich in der EP 0837824- B1 beschrieben. Als Gegenelektrode an der anderen Bahnseite wirkt die Umlenkwalze 4, die dazu aus einem leitenden Material, beispielsweise aus Metall, gefertigt und geerdet ist. Die Aufladelektrode 8 erstreckt sich über die Breite des Saugkastens 8 und weist eine Reihe von parallel ausgerichteten Spitzen 17 auf, die zur Bahn 1 hin gerichtet sind. Die anliegende Hochspannung bewirkt, daß aus den Spitzen 17 der Aufladeelektrode 16 Elektronen oder Positronen austreten, die in der Luftgrenzschicht
Turbulenzen erzeugen und diese somit aufwirbeln. Die Spitzen 17 erstrecken sich möglichst nahe an die Bahn 1 , wobei der Abstand der zur Bahn 1 0, 1 mm - 10 mm, vorzugsweise 1 mm - 5 mm beträgt. Der Abstand quer zur Bahn 1 zwischen zwei Spitzen 17 beträgt ca. 5 mm.
Bei den in den Figuren 1 und 3 dargestellten Beschichtungsvorrichtungen ist der Saugkasten 8 jeweils so angeordnet, daß der Abstand vom Ende der Auslaufdichtung 11 zum aus der Schlitzdüse 2 austretenden Vorhang 3 10 mm - 200 mm, vorzugsweise 20 mm - 70 mm, beträgt. Bei diesem Abstand ist zum einen gewährleistet, daß sich auf dem Weg der Bahn zum Vorhang 3 keine neue störende Luftgrenzschicht aufbaut, zum anderen werden Störungen des Vorhangs 3 durch Ansaugen von Luft in den Auslaufspalt 13 vermieden. Damit bei der Beschichtungsvorrichtung nach Figur 3 der geringe Abstand der Auslaufdichtung 11 zum Vorhang 3 eingehalten werden kann, ist der dort verwendete und in Figur 4 dargestellte Saugkasten 8 an seinem Ende verlängert ausgebildet. Das Ende des Saugkastens 8 mit der Auslaufdichtung 11 erstreckt sich über die Scheitellinie der Umlenkwaize 4 hinweg.
Vorteilhafterweise ist die obere Begrenzung des Saugkastens 8 so gestaltet, daß er nur wenig über den Umfang der Umlenkwalze 4 nach oben hinausragt. Dies ermöglicht es, die Randrinnen 5 oberhalb des Saugkastens 8 unmittelbar oberhalb des Bahnlaufs so anzuordnen, daß sie etwas gegen die Bahnlaufrichtung nach unten geneigt verlaufen, damit das aufgefangene Beschichtungsmaterial in die Wanne 6 abläuft. Bevorzugt ist der Saugkasten 8 von der Umlenkwalze 4 abschwenkbar gelagert, damit eine neue Bahn 1 in die Beschichtungsvorrichtung eingeführt werden kann. Zusätzlich wird so seine zur Bahn 1 hin offene Vorderseite für Wartungsarbeiten zugänglich.