Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln einer Faserbahn
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zum Aufbringen eines Oberflächenleimes, eines Pigmentstriches oder eines entsprechenden Behandlungsmittels auf bewegliche Papier- , Karton- oder andere entsprechende Faserbahnen mittels Sprühdüsen.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 19 zur Umsetzung des Verfahrens .
Bei der Sprühbeschichtung wird ein Behandlungsmittel über Düsen auf eine bewegliche Papier-, Karton- oder entsprechende Faserbahn aufgesprüht. Bei der Beschich tung mittels Sprühdüsen wird Behandlungsmittel in Form von Nebel in die Umgebung geschleudert, welcher aufgesammelt werden muss.
In der Praxis wird die Ausbreitung des Nebels in der Umgebung durch eine Gehäusekonstruktion an den Düsen verhindert, so dass die Beschichtung in einer geschlossenen, zur Bahn hin offenen Auftragskammer stattfindet. Das Entweichen des sich in der Auftragskammer bildenden Nebels in die Umgebung muss ebenso verhindert werden wie dessen Ansammlung zu grösseren Tropfen sowie das Eindringen des komprimierten Behandlungsmittels in die Düsen bzw. in die Düsenstrahlen.
Durch die Ausbreitung des Behandlungsmittels in die Umgebung wird die Anlage verschmutzt und die auf die zu behandelnde Bahn gelangenden Behandlungsmitteltropfen können möglicherweise zu einem fehlerhaften Endprodukt führen.
Ein gewisses Problem der SprühbeSchichtung in der Auftragskammer stellt die Tatsache dar, dass zusammen mit der Papierbahn Luft durch den Eingangsspalt der Auftragskammer in die Kammer einströmt. Dies hat zur Folge, dass der Druck in der Auftragskammer zu steigen beginnt. Der Druck steigt an, bis er den dynamischen Druck der an die Oberfläche grenzenden Luftschicht der in die Kammer einlaufenden Bahn übersteigt. Infolge dessen beginnen Luft und Behandlungsmittelnebe1 aus dem Eingangsspalt der Bahn und aus weiteren für Leckagen anfälligen Stellen auszufliessen.
Die Papierbahn neigt auch dazu, Behandlungsmittelnebel und Luft durch den Austrittsspalt der Auftragskammer mit sich zu führen. Um dies zu verhindern, sind auf der Eintrittsund Austrittsseite der Bahn oft Dichtungsorgane angeordnet, die ein Herausströmen von Nebel und Luft aus der Kammer verhindern sollen. An der Austrittskante ist möglicherweise auch ein Gasschaber angeordnet, wobei das Gas, üblicherweise Luft, das aus der Düsenöffnung desselben herausgeblasen wird, das Entweichen des Nebels aus der Auftragskammer verhindert. Die Auftragskammer kann ausserdem so konstruiert sein, dass sie in direktem Kontakt zu den Presselementen, wie dem Walzenspalt, steht, wobei die Walzen am Walzenspalt einen Teil der Wände der Kammer bilden und der Austritt der Bahn aus der Kammer durch den Walzenspalt geschieht.
Gemäss dieser Lösung können durch den Austrittsspalt der Auftragskammer keine nennenswerten Mengen an Behandlungsmittelnebel und Luft in die Umgebung gelangen. In der Praxis ist es jedoch schwierig, die Auftragskammer so abzudichten, dass sie nicht allein durch den Eintrittsspalt der Bahn "atmet". Bei steigendem Druck in der Auftragskammer setzt das Entweichen von Nebel und Luft in die Umgebung an leckempfindlichen Stellen ein.
Das Einströmen der Luft in die Auftragskammer verursacht auch im Behandlungsbereich Probleme, da das Behandlungsmittel mithilfe seiner eigenen Bewegungsenergie die Luftschicht durchdringen muss. Aufgrund der geringen Tropfengrösse der Strichmasse hat diese auch bei einer höheren Sprühgeschwindigkeit eine relativ geringe Bewegungsenergie, was ein Durchdringen erschwert.
Darüber hinaus bewirken die bewegte Bahn, das Sprühen des Behandlungsmittels und die mit der Auftragskammer in Verbindung stehenden rotierenden Walzen unerwünschte Turbulenzen und eine Rückströmung in die Auftragskammer. Durch das unerwünschte Zurückströmen wird Behandlungsmittelnebel zurück zur Düse transportiert und der Nebel innerhalb der Auftragskammer verteilt .
In der WO 2006/058961 AI und der WO 02/07295 AI sind einige Lösungen zur Sammlung von Nebel in Sprühstreichvorrichtungen sowie zum Schliessen der Auftragskammer offenbart. Gemäss der WO 2006/058961 AI wird überschüssiger Behandlungsmittelnebel durch Austrittskanäle, die an der Seite der Kammern in Verbindung mit dem Austrittsspalt der Bahn angeordnet sind, entfernt.
Zur Entfernung des Nebels kann bei Bedarf eine Saugwirkung eingesetzt oder mithilfe der von der Bahn mitgeführten Luft ein kleiner Überdruck innerhalb des Gehäuses gebildet werden. In den Austrittsspalt der Bahn kann beispielsweise mittels einer luftschaberähnlichen Vorrichtung Luft geblasen werden, um ein Austreten des Nebels zu verhindern. Gemäss der WO 02/07295 AI sind die Sprühdüsen in den Öffnungen einer spezifischen Düsenplatte angebracht und hinter der Düsenplatte ist ein Raum angeordnet, der verglichen mit dem Umgebungsdruck einen niedrigeren Druck aufweist.
Der Nebel, der sich in der Auftragsvorrichtung bildet, und das Behandlungsmittel, das sich in flüssiger Form befindet, werden zusammen aus der Auftragskammer auf demselben Weg entfernt, wobei aus den Öffnungen der Düsenplatten Luft und Behandlungsmittelnebel heraus- und in die Kammer hinter der Düsenplatte hineinströmt .
Die oben genannten Leimauftragswerke und PigmentStreichvorrichtungen nach dem derzeitigen Stand der Technik sind von ihrer Konstruktion her kompliziert und erfordern eine besonders sorgfältige Planung, um wie vorgesehen funktionieren zu können. Wird Behandlungsmittelnebel mittels Unterdruck durch die Düsenöffnungen entfernt, könnten die Saugkanäle möglicherweise verstopfen.
Ausserdem bildet sich bei grossen Behandlungsmittelmengen, insbesondere bei Pigmentstrichen, und bei langzeitlichem, kontinuierlichem Einsatz an der Spitze der Düsen und an den Kanten der Öffnungen in der Düsenplatte eine Ablagerung, wobei aus der Düsenspitze oder von den Kanten der Öffnungen in der Düsenplatte grössere Tropfen auf die zu behandelnde Bahn geschleudert werden könnten. Auch die der Streichstation nachfolgenden Walzen könnten als Folge dieses Tropfenregens ebenfalls verschmutzt werden.
Ziel vorliegender Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mittels derer die Strömungen der Luft, des Behandlungsmittels und des Behandlungsmittelnebels kontrolliert werden können.
Ein weiteres Ziel ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mittels derer das Behandlungsgeschehen störungsfrei durchgeführt und der Eintritt von Strichnebel in die Umgebung kontrolliert verhindert werden kann .
Des Weiteren wird mit der Erfindung das Ziel verfolgt, eine Auftragsvorrichtung zu schaffen, die einfacher und betriebssicherer ist als ihre Vorgänger. Die Erfindung basiert auf einem neuen Gedanken, wonach in der Auftragskämmer der Sprühauftragsvorrichtung ein oder mehrere Austrittskanäle (sogenannte Atmungskanäle) vorgesehen sind, mittels derer die Druckhöhe und die Luftströmungen innerhalb der Auftragskammer kontrolliert werden können.
Durch die Kanäle wird die von der Bahn mitgeführte Luft und/oder Behandlungsmittelnebel aus dem Inneren der Auftragskammer kontrolliert entfernt, und zwar so viel, dass kein Behandlungsmittelnebel durch den Eintrittsspalt der Bahn oder durch sonstige leckempfindlichen Stellen aus der Auftragskammer entweichen wird, und der Behandlungsmittelnebel, der von der zu entfernenden Luft mitgeführt wird, kontrolliert aufgefangen werden kann. Der Austrittskanal bzw. die Austrittskanäle werden so gross dimensioniert, dass der Strömungswiderstand darin kleiner ist als an anderen leckempfindlichen Stellen.
In dem erfindungsgemässen Verfahren wird die zu behandelnde Bahn durch mindestens einen Eintrittsspalt in mindestens eine Auftragskammer geführt, welche Sprühdüsen aufweist. Durch die Sprühdüsen wird auf mindestens eine Seite der Bahn Behandlungsmittel aufgetragen.
Weiterhin wird die zu behandelnde Bahn durch einen Pressspalt zwischen zwei bewegten Oberflächen geführt, wobei Behandlungsmittel auf die Bahn gepresst wird. Luft und/oder Behandlungsmittelnebel wird aus dem Inneren der Auftragskammer durch mindestens einen Austrittskanal, der an zumindest einer Auftragskammer angeordnet ist, entfernt.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung umfasst demnach eine dem obigen Verfahren entsprechende Vorrichtung zur Behandlung einer Papier- oder Kartonbahn oder einer entsprechenden Faserbahn.
Genauer ausgedrückt ist das erfindungsgemässe Verfahren durch das gekennzeichnet, was im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs 1 angegeben ist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ihrerseits ist durch das gekennzeichnet, was im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs 19 angegeben ist.
In den weiteren,
abhängigen Patentansprüchen sind gewisse vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung angegeben. Durch die Erfindung werden erhebliche Vorteile erzielt .
Mittels der Erfindung können das Verhalten des Behandlungsmittels, des Behandlungsmittelnebels und der Luftströmung sowie der Druck in der Auftragskammer derart kontrolliert werden, dass kein ungünstiges Rückströmen des Behandlungsmittels und keine Turbulenzen auftreten können. Durch die kontrollierte Strömung kann ein Rückströmen des Behandlungsmittels in die Düsen bzw. Düsenstrahlen verhindert werden, wobei die Düsen weniger leicht verschmutzt oder verstopft werden können.
Es kann auch kein Behandlungsmittelnebel unkontrolliert aus der Auftragskammer in die Umgebung entweichen, was zur Folge hat, dass die Auftragsvorrichtung sauberer bleibt .
Mit der Auftragsvorrichtung kann auch ein besseres Beschichtungsergebnis bei der Sprühbeschichtung erzielt werden. Mit der erfindungsgemässen Kammerkonstruktion kann die den Beschichtungsvorgang störende Luftmenge erheblich reduziert und das Gelangen von übergrossen Tropfen durch Leckstellen in der Auftragskämmer auf die Bahn ebenfalls verhindert oder deren Menge erheblich reduziert werden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Vorrichtung einfacher und funktionssicherer konstruiert werden kann, so dass die kontinuierlichen Einsatzzeiten der Vorrichtung länger sein können.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert,
wobei
Figur 1 eine Auftragskammer gemäss einer Ausführungsform der Erfindung als schematisches Seitenprofil zeigt, und
Figur 2 eine Auftragskammer gemäss einer zweiten Ausführungsform der Erfindung als schematisches Seitenprofil zeigt.
Im Folgenden wird die Erfindung durch ein Beispiel einer Oberflächenleimung beschrieben, die den vorteilhaftesten Einsatzzweck der Erfindung darstellt. Die Erfindung kann allerdings auch auf andere oben genannte Einsatzziele angewandt werden, wie die Pigmentierung und Beschichtung einer kontinuierlichen Faserbahn.
Die Beispiele dienen lediglich dazu, das Anwendungsspektrum der Erfindung zu beschreiben.
Mit Oberflächenleim ist in der Regel eine Wasserlösung von Stärke gemeint, die auf die Oberfläche von Karton, Papier oder einer entsprechenden Faserbahn aufgebracht und zum Beispiel in einem Walzenspalt in das Innere der Faserbahn gepresst wird. Oberflächenleim wird zur Erhöhung der Festigkeit der Faserbahn verwendet. Ober flächenleim verbessert auch die Oberflächeneigenschaften und die Bedruckbarkeit des Papiers . Ausser Stärke kann die Oberflächenleimmischung auch viele Zusatzstoffe enthalten und in manchen Fällen kann auch Latex als Bindemittel im Leim verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung kann im Prinzip auf alle Leimmischungen und verschiedenen Faserbahnen angewandt werden.
Figur 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, wobei die Leimstation 1 an der Fertigungslinie angeordnet ist. In Laufrichtung der Bahn befindet sich an erster Stelle eine Sprühauftragsvorrichtung 2, gefolgt von Presswalzen 3, wie die Walzen einer Filmpresse, durch deren Walzenspalt das Behandlungsmittel auf die Bahn 4 gepresst wird. Von den Presswalzen 3 wird die Bahn zur Weiterbehandlung geführt, in der Regel zu einem Infrarot- oder Lufttrockner (in der Figur nicht dargestellt) .
Die Sprühauftragsvorrichtung 2 umfasst eine zur bewegten Bahn 4 hin offene Auftragskammer 5 und in der Kammer 5 angeordnete Sprühdüsen / Sprühdüsenreihen 6.
Die Kammer 5 wird von einer Seite durch die besagte Bahn 4 und von den anderen Seiten durch die Wände 5a der Kammer 5 oder durch die Walze 3 eingegrenzt. In der Auftragskammer 5 sind in Richtung Bahn 4 gesehen auf den gegenüberliegenden Seiten Sprühdüsen 6 angeordnet, mittels derer Behandlungsmittel auf die Bahn 4 gesprüht wird. Als Sprühdüsen 6 werden in der Regel Druckzerstäuberdüsen verwendet . Durch die Druckzerstäuberdüsen wird eine besonders gleichmässige Behandlungsmittelschicht gewünschter Stärke erreicht und der eintrocknende Effekt des Dispersionsgases entfällt. Bei der Hochdruckeinspritzung wird lediglich die Behandlungsmittelmischung ohne gasförmiges Medium unter hohem Druck durch eine Düse mit kleiner Öffnung gespritzt, so dass die Mischung in kleine Tropfen zerfällt.
Der Auftrag geschieht mit Druckdüsen praktisch durch das Zuführen von Behandlungsmittel in die Düse oder in der Regel in mehrere Düsen unter einem hohen Druck von beispielsweise ca. 80-180 bar, wobei das Behandlungsmittel beim Austritt aus der kleinen Düse mit einem Durchmesser von ca. 0,25-0,4 mm eine Geschwindigkeit von 100 m/s erreicht, dabei zerstäubt und in einem bestimmten, von der Form der Düsen abhängigen Winkel fächerförmig aufgetragen wird. Der dünne Nebel schlägt sich auf der vorbeilaufenden Bahn nieder. In Querrichtung der Bahn befinden sich in der Regel mehrere Düsen, wobei ihre Auftreffbereiche von einander abgetrennt sein oder sich teilweise überlappen können. Die Düsen können in Querrichtung der Bahn zum Beispiel jeweils in einem Abstand von ca. 50-70 mm in einer oder in mehreren Reihen angeordnet sein.
Der Abstand der Düsen von der Bahn beträgt in der Regel 10-100 mm. Die Düsen können so angeordnet werden, dass sich ihre Spitzen entweder innerhalb oder ausserhalb der Auftragskammer befinden. Die Bahn 4 wird durch einen schmalen Eintrittsspalt 7 in die Auftragskammer 5 geführt . In den Wänden 5a der Auftragskammer 5 sind Austrittskanäle 8 vorgesehen, durch welche die von der Bahn 4 mitgeführte Luft aus dem Inneren der Auftragskammer 5 austritt . Der mit der austretenden Luft mitgeführte Behandlungsmittelnebel wird aufgefangen und gerät somit nicht in die Umgebung.
Der Überschuss an aufgefangenem Behandlungsmittel kann zum Beispiel zurück in den Zuführbehälter geleitet werden (in der Figur nicht dargestellt) .
Die Austrittskanäle 8 können zum Beispiel aus schlitzartigen oder aufeinander folgenden / benachbarten Öffnungen oder aus einer von mehreren Austrittskanälen gebildeten Reihe bestehen. Die Kanäle 8 werden praktisch so gross dimensioniert, dass dadurch so viel an von der Bahn 4 mitgeführter Luft aus dem Inneren der Auftragskammer 5 entfernt wird, dass keine Luft oder Behandlungsmittelnebel durch den Eintrittsspalt 7 der Bahn 4 oder an anderen leckempfindlichen Stellen aus der Auftragskammer 5 austritt.
Dies basiert darauf, dass der Strömungswiderstand in den Austrittskanälen 8 kleiner ist als an anderen leckempfindlichen Stellen.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist im Austrittskanal 8 ein Gebläse (nicht in der Figur dargestellt) zum Absaugen von Behandlungsmittelnebel und/oder Luft aus der Auftragskammer vorgesehen. Mit hilfe des Gebläses kann die Menge der aus der Auftragskammer 5 zu entfernenden Luft und/oder des aus der Auftragskammer 5 zu entfernenden Behandlungsmittelnebels reguliert und somit der innerhalb der Auftragskammer 5 herrschende Druck auf gewünschte Art und Weise kontrolliert werden.
In Laufrichtung der Bahn 4 befindet sich auf der Austrittsseite ein Auslaufspalt 9, der an die Oberflächen der Walzen 3 grenzt.
Die Walzen 3 führen etwas Luft mit sich in den schmalen Auslaufspalt 9 zwischen der Wand 5a der Auftragskammer 5 und der Walze 3, wobei mithilfe dieser Luft das Entweichen von Behandlungsmittelnebel aus der Auftragskammer 5 an dieser Stelle verhindert wird. Somit sind besondere Dichtungsorgane oder Luftschaber im Auslaufspalt 9 nicht unbedingt notwendig .
In Figur 2 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei ein Ersatzluftkanal 10 in der Auftragskammer 5 am Fusse der Sprühdüse 6 vorgesehen ist. Durch den Ersatzluftkanal kann Luft / Druckluft in die Auftragskammer 5 zum Beispiel mithilfe eines Gebläses oder einer Pumpe (in der Figur nicht dargestellt) geblasen werden. Ein maschinelles Blasen ist jedoch nicht unbedingt notwendig. In dieser Lösung können die Luftströmungen besser kontrolliert werden als in der vorgenannten Ausführungsform (Figur 1) .
An sonsten kann die Sprühauftragsvorrichtung 2 beispielsweise der oben beschriebenen Vorrichtung entsprechen.
Die Erfindung kann gemäss einer bevorzugten Ausführungsform auch so realisiert werden, dass die Ersatzluft aus Kanälen, an denen die Sprühdüsen 6 angeordnet sind, in die Auftragskammer 5 geblasen wird. Der Blasvorgang geschieht dann praktisch ganz am Fusse der Sprühdüsen 6, wobei ein spezieller Kanal für die Ersatzluft nicht notwendig ist.
Mithilfe des Luftstrahls/des Blasvorgangs kann der Behandlungsmittelnebel, der sich aus dem Behandlungsmittelstrahl bildet, unterhalb der Sprühdüsen 6 gehalten werden, so dass der Nebel aus dem Einlaufspalt 7 zwischen der Bahn 4 und der Auftragskammer 5 nicht entweichen kann und sich an den oberseitigen Strukturen der Sprühdüsen 6 kein Behandlungsmittel ansammelt .
Des Weiteren verhindert der Luftstrahl die Entstehung von ungünstigen Turbulenzen, die ansonsten aus der Bewegung der Bahn resultieren.
Wird die Auftragskammer 5 durch die Saugwirkung durch den Austrittskanal 8 etwas in Unterdruck versetzt, ist eine maschinelle Zuführung der Luft in den Ersatzluftkanal 10 nicht unbedingt nötig. In diesem Fall gelangt die Luft durch die Saugwirkung des Unterdrucks durch den Ersatzluftkanal 10 in die Auftragskammer 5. Der Unterdruck in der Auftragskammer 5 kann beispielsweise durch Anschliessen eines Gebläses (in der Figur nicht dargestellt) , welches Luft aus der Auftragskammer 5 absaugt, an den Austrittskanal 8 erreicht werden.
Gemäss eines weiteren Aspekts der Erfindung können die Sprühdüsen 6 auch so angeordnet werden, dass deren Spitzen sich ausserhalb der Auftragskammer 5 befinden.
In diesem Fall bleiben die Sprühdüsen 6 und insbesondere deren Spitzen wesentlich sauberer als wenn sie in der Auftragskammer 5 von dem Behandlungsmittelnebel isoliert sind.
In Figur 2 sind darüber hinaus die bevorzugten Strömungsrichtungen in der Auftragskammer 5 mit Pfeilen dargestellt. Der Druck in der Auftragskammer 5 wird durch Entfernen von Luft und/oder Behandlungsmittelnebel durch die Austrittskanäle 8 unter Kontrolle gehalten. Mit der Ersatzluft wiederum werden die Strömungen in der Auftragskammer 5 kontrolliert. Die durch die Ersatzluftkanäle zugeführte Luft verhindert ein ungünstiges Rückströmen in die Auftragskammer 5, aufgrund dessen der Nebel nicht mehr zurück an die Sprühdüsen 6 gelangt.
Aufgabe der Ersatzluft ist es auch, das Entstehen von Turbulenzen in der Auftragskammer 5 zu verhindern, die sich aufgrund der Bewegung der Bahn 4 bilden können.
Mittels der Sprühauftragsvorrichtung 2 wird auf mindestens eine Oberfläche der Bahn 4 Behandlungsmittel aufgebracht . Bevorzugterweise wird der Auftrag auf beiden Seiten der Bahn 4 gleichzeitig vorgenommen, wobei nur eine Leimstation 1 eingesetzt zu werden braucht . Auf die verschiedenen Seiten der Bahn 4 können dennoch problemlos verschiedene Mengen an Leim aufgetragen werden oder es können sogar auf den verschiedenen Seiten verschiedene Behandlungsmittelmischungen verwendet werden.
Anstelle der Walzen einer Filmpresse kann auch ein Kalanderspalt eingesetzt werden, beispielsweise derart, dass die eine der Walzen weich und die andere beheizbar ist.
Es können auch beide Walzen weich oder hart und eine oder eine Mehrzahl der Walzen beheizbar sein. Anstelle eines Walzenspaltes kann auch ein Band- oder Schuhkalander verwendet werden. Wird im Kalander ein Metallband verwendet, kann das Band mühelos erhitzt oder gekühlt werden, um die Oberflächeneigenschaften der Bahn zu verändern. Im Zusammenhang mit der Oberflächenleimung gebührt der Materialauswahl für heisse Oberflächen besondere Beachtung, um eine Adhäsion zu vermeiden.
Die Erfindung kann sehr gut als sogenannte RebuiltKonzept realisiert werden, wobei die bestehende Leimpresse oder Filmpresse erfindungsgemäss ersetzt wird, indem vor dem Walzenspalt eine Sprühauftragsvorrichtung angeordnet wird. Eine solche Neuerung ist verhältnismässig günstig und damit kann die Laufgeschwin digkeit und die Menge an zu verwendendem Behandlungsmittel wesentlich erhöht werden.
Dank grösserer Mengen an Behandlungsmittel kann mit der Vorrichtung eine breitere Produktpalette als vorher gefertigt werden.
Die Erfindung soll nicht auf die oben beispielhaft dargestellten Ausführungsformen beschränkt werden, sondern die Erfindung hat den Zweck, in grossem Umfang im Rahmen des durch die im Folgenden angegebenen Patentansprüche definierten erfinderischen Gedankens angewandt zu werden.
Patentansprüche :