DE69706880T2 - Beschichtungsklinge - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beschichtungsklinge zum Aufbringen von Beschichtungsmaterial auf ein sich bewegendes Band, insbesondere zum Aufstreichen einer Flüssigkeit oder Paste auf eine sich bewegende Papierbahn.
• Die traditionelle Beschichtungsklingentechnologie basiert auf der Tatsache, daß sich die Klinge auslenken kann, d. h. daß die Klinge in ihrer Querrichtung einer Auslenkung ausgesetzt wird, wenn die Klinge durch ihre eine Längskante mit einem sich bewegenden Band in Eingriff kommt. Im Gegensatz hierzu offenbart das schwedische Patent 468 344 eine Technologie, bei der die Klinge nicht ausgelenkt wird, sondern statt dessen eine bewegbare Befestigung hat, die eine Bewegung der Klinge in Richtung auf das sich bewegende Band und von diesem weg ermöglicht. Durch Verwendung dieser Technologie ist es möglich, Beschichtungsklingen zu verwenden, die praktisch kein Biegevermögen haben.
• Da die Hauptfunktion der Beschichtungsklinge darin besteht, eine Beschichtungsflüssigkeit, die harte Teilchen enthält, wie beispielsweise Titandioxid, Kalziumkarbonat und ähnliches, gleichmäßig zu verteilen und überschüssige Beschichtungsflüssigkeit zu entfernen, wird der Randabschnitt der Klinge, der mit dem sich bewegenden Band in Eingriff ist, einem kontinuierlichen Verschleiß ausgesetzt. Ein derartiger Verschleiß kann auch durch Teilchen hervorgerufen werden, die in der Papierbahn selbst gefunden werden. Sobald die Schneide einen gewissen Abnutzungsgrad erreicht hat, muß sie ausgetauscht werden. Ein derartiger Austausch der Klinge beinhaltet hohe Kosten, die auf der einen Seite durch die Kosten der Klinge selbst hervorgerufen werden, auf der anderen Seite auch und im wesentlichen durch die Produktionsunterbrechung, die durch den Austausch der Klinge verursacht wird.
• Eine wichtige Eigenschaft der Beschichtungsklinge ist somit, daß die Beständigkeit gegenüber Verschleiß oder Abnutzung möglichst hoch ist. Da die Klingen, die in den traditionellen Klingenauftragstechniken verwendet werden, auch Federeigenschaften haben sollen, die bis zu einem gewissen Grad eine kleinere Beständigkeit gegenüber Verschleiß zur Folge haben, wird die Klingenqualität ein Kompromiß zwischen Federeigenschaften und Verschleißbeständigkeit.
• Zusätzlich zu der Tatsache, daß die Verschleißbeständigkeit der Klingen von dem Material der Klinge abhängig ist, ist es auch bekannt, die Eingriffsfläche der Klinge mit verschleißbeständigen Materialien, wie beispielsweise keramischen Materialien oder Chrom, zu überziehen. In Anbetracht der Tatsache, daß diese verschleißbeständigen Schichten auf langgestreckte und dünne Materialien, häufig Stahlbänder, aufgebracht werden sollen, entstehen Einschränkungen in der Produktion, die hohe Produktionskosten zur Folge haben.
• Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Beschichtungsklinge mit verbesserter Beständigkeit gegenüber Verschleiß bereitzustellen. Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, Beschichtungsklingen bereitzustellen, die mit geringen Kosten gefertigt werden können.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, Klingen bzw. Schneiden bereitzustellen, die Vorteile in einer Qualität bezüglich der aufgebrachten Schicht ergeben. Zur Lösung dieser und anderer Aufgaben, die aus der folgenden Beschreibung deutlich werden, werden durch die vorliegende Erfindung Beschichtungsklingen bereitgestellt zum Aufbringen von Beschichtungsmaterial auf ein sich bewegendes Band. Obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, wird sie im folgenden insbesondere in Verbindung mit dem Aufbringen von einer Beschichtungsflüssigkeit auf eine laufende Papierbahn beschrieben. Die Beschichtungsklinge gemäß der Erfindung enthält ein Band aus Stahl oder einem anderen formstabilen Material, das entlang dem Kantenabschnitt, der an der Bahn angreifen soll, mit einem verschleißbeständigen Überzug versehen ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde überraschenderweise herausgefunden, daß, wenn dieser Überzug aus einem Material mit einer relativ kleinen Härte aufgebaut ist, nämlich einer Härte von etwa 10 bis etwa 100, gemessen gemäß Shore A, wesentliche Vorteile in Verbindung mit der Verwendung der Beschichtungsklinge erzielt werden.
• Die Tatsache, daß die Verwendung einer Beschichtungsklinge, die einen Überzug aus einem relativ weichen Material hat, eine hohe Verschleißbeständigkeit in Verbindung mit wichtigen betrieblichen Vorteilen zur Folge hat, war für den Fachmann völlig überraschend. Wie in der konventionellen Technik bestätigt wird, hat man sich nach einem Überzug mit harten Materialien, beispielsweise Keramiken, Metallen oder ähnliches, zu dem Zweck umgesehen, eine hohe Verschleißbeständigkeit zu erhalten, und die relativ komplizierten Techniken, die zum Auftragen dieses Typs von harten Überzügen angewendet werden müssen, haben hohe Produktionskosten und dadurch einen unerwünscht hohen Preis im Endprodukt mit sich gebracht.
• In Verbindung mit der vorliegende Erfindung wird es bevorzugt, daß der auf die Beschichtungsklinge aufgebrachte Überzug eine Härte gemäß Shore A von etwa 30 bis etwa 80, insbesondere etwa 40 bis etwa 70 hat. Es wird insbesondere bevorzugt, daß die Härte gemäß Shore A in dem Bereich von etwa 50 bis 60 liegt.
• Die überraschende Beobachtung, auf der die vorliegende Erfindung basiert, nämlich die Möglichkeit der Verwendung eines relativ weichen Materials als ein Überzug bzw. eine Beschichtung, bedeutet, daß das Beschichtungsmaterial durch ein organisches Polymer gebildet werden kann. Beispiele von verwendbaren Polymeren sind Polyurethane, Styrol-Butadien- Polymere, d. h. Polymere des Gummityps, und Polyolephine.
• Ein besonders bevorzugter Polymertyp sind Polyurethane, deren Bausteine in einer konventionellen Art und Weise durch Polyole und Diisocyanate gebildet sind. Übliche Diisocyanate für Polyurethan-Systeme sind Toluol-Diisocyanat, Diphenylmethan-Diisocyanat und Naphtalen-Diisocyanat. Es stehen auch weniger übliche Diisocyanate zur Verfügung, wie beispielsweise Hexamethylen-Diisocyanat und Isoforon-Diisocyanat. Polyurethane stehen beispielsweise als Esterurethane, Ätherurethane und Urethane zur Verfügung, die auf Hydroxyl-abgeschlossenen Polybutadienen basieren.
• Welcher Typ von reinem Polyurethan in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist nicht kritisch für das praktische Ergebnis, solange seine Härte in den oben angegebenen Bereichen liegt.
• Experimente, die unter Verwendung der Techniken gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt worden sind, haben gezeigt, daß das Material eine hohe Verschleißbeständigkeit oder Abnutzungs-Widerstandsfähigkeit zur Folge hat, es sind aber auch andere Vorteile, wie beispielsweise verbesserte Faserüberdeckung und Betriebsverhalten, d. h. kleine Fehlerhäufigkeit, aufgezeichnet worden. Der weiche Überzug ergibt eine verbesserte Nachgiebigkeit gegenüber der Papieroberfläche und hat dadurch einen kleineren Verkittungseffekt im Vergleich zu traditionellen harten Klingen oder Klingenüberzügen zur Folge. Das verbesserte Betriebsverhalten liegt wahrscheinlich an der Tatsache, daß der weiche Überzug an der Klingenkante einfacher den Durchtritt der Teilchen gestattet, die in dem Papierband oder in der Beschichtungspaste vorhanden sind, in Anbetracht der Tatsache, daß das weiche Material durch das Teilchen elastisch verformt wird. Unmittelbar nach dem Durchtritt von einem Teilchen kehrt das Beschichtungsmaterial dann in seine Ausgangsstellung zurück.
• In Angebracht der Elastizität des Überzuges an der Kante der Klinge, die mit dem laufenden Band in Eingriff ist, paßt sich die Klingenkante bis zu einem gewissen Grad an die Kontur der Papieroberfläche an, was den gewünschten Effekt zur Folge hat, daß die Überzugsschicht die Fasern des Basispapiers in einer gleichmäßigeren Art und Weise überdeckt als beim traditionellen Beschichten, bei dem harte Klingen oder Klingenüberzüge verwendet werden. Dieser Effekt ist durch extensive Pilotexperimente gezeigt worden, in denen das Ergebnis in bezug auf Fehlerhäufigkeit und Faserüberdeckung untersucht worden ist. Im Vergleich bezüglich Reißhäufigkeit ist die Anzahl von an der Klinge auftretenden Rissen der Bahn gezählt worden. Die Durchläufe sind unter gleichen Bedingungen in bezug auf Basispapierqualität, Laufzeit, Beschichtungsmaschinenvariablen usw. ausgeführt worden.
• Im Vergleich in bezug auf Faserüberdeckung sind die Ergebnisse durch sogenannte "Brenntests" und Kolorierung mit einem absorbierenden Farbtyp "Kroda" untersucht worden. Der Brenntest wird dadurch ausgeführt, daß die beschichtete Papieroberfläche mit einer Lösung von etwa 10% Ammoniumchlorid befeuchtet wird. Diese Chemikalie hat eine Schwärzung der Zellulosefasern zur Folge, wenn das Papier auf etwa 300 - 400ºC unter Verwendung einer Heizpistole oder in einem Ofen erwärmt wird. Die weiße Beschichtungsschicht erscheint dann im Kontrast gegen das dunkle Substrat.
• Dieser Test zeigt recht deutlich, wie die Überzugsschicht auf der Oberfläche des Papiers verteilt worden ist. Das Ergebnis dieses Vergleichs zeigt recht deutlich, daß eine mit Polymer überzogene Klinge gemäß der Erfindung eine Überzugsschicht mit einer gleichmäßigeren Dicke zur Folge hat im Vergleich zu einer Stahlklinge des üblichen Typs, der einen flammigen Effekt und somit eine größere Überzugsmenge in den "Tälern" der Papieroberfläche und weniger Überzug auf den "Erhebungen" der Papieroberfläche zur Folge hat.
• Der Kolorierungstest zeigt ebenfalls dasselbe Ergebnis dahingehend, daß die Farbe auf denjenigen Abschnitten stärker absorbiert wird, wo die Überzugsschicht dünner ist. In Anbetracht der Tatsache, daß die "Täler" der Papieroberfläche mit der mit Polymer überzogenen Klinge im Vergleich zur Stahlklinge gefüllt werden, bleibt die Oberflächenunregelmäßigkeit bis zu einem gewissen Ausmaß erhalten, wogegen die positiven Effekte einer verringerten Reißhäufigkeit und verbesserten Faserüberdeckung für viele Papierqualitäten eine größere Wichtigkeit haben.
• Das in der erfindungsgemäßen Beschichtungsklinge verwendete Stahlband hat geeigneterweise eine Dicke, die in dem Bereich von etwa 0,2 bis 2 mm liegt. Der aufgebrachte Überzug hat eine Dicke, die geeigneterweise in dem Bereich von etwa 0,5 bis etwa 5 mm liegt.
• In einem bestimmten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Beschichtungsklinge überdeckt der Überzug den Randabschnitt und ist mit einer Abschrägung zum Vergrößern der Oberfläche des Eingriffes des Überzuges auf dem laufenden Band versehen.
• Die Breite des Überzuges bzw. der Beschichtung, wie sie in einer Ebene der Klinge und senkrecht zu ihrer Längsrichtung gesehen wird, beträgt geeigneterweise etwa 5 bis 25 mm, aber diese Abmessung ist nicht besonders kritisch.
• Die Erfindung stellt auch eine Vorrichtung zum Beschichten eines sich bewegenden Bandes bereit, die Mittel zum Tragen und Transportieren des Bandes und zwei gegenüberliegende Beschichtungsklingen aufweist, die sich über das Band erstrecken und mit ihrer einen Kante an dem Band angreifen und die an der gegenüberliegenden Kante in einem Klingenhalter für jede Klinge mit einer Befestigung angeordnet sind, die eine Bewegbarkeit des Kantenabschnittes in Richtung auf die Bahn und von dieser weg ohne wesentliche Auslenkung der Klinge gestattet. In dieser Vorrichtung gemäß der Erfindung sind Mittel angeordnet, die an dem Kantenabschnitt jede Klinge in Eingriff mit der Bahn bringen, die zwischen den gegenüberliegenden Beschichtungsklingen vorwärts transportiert wird. Das kennzeichnende Merkmal der Vorrichtung besteht darin, daß beide Beschichtungsklingen mit einem Überzug gemäß der obigen Beschreibung versehen sind.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders für das Beschichten von dünnen Papierqualitäten brauchbar, die mit kleinen Rißhäufigkeiten schwierig zu produzieren sind. Bei den besonderen Beschichtungstechniken, wo das Band zwischen zwei gegenüberliegenden Beschichtungsklingen geführt wird, ist die Verwendung von Klingen mit weichen Überzügen besonders vorteilhaft. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum zweiseitigen Beschichten eines laufenden Bandes durch die Verwendung von gegenüberliegend angeordneten Beschichtungsklingen haben Pilotexperimente eine wesentlich verminderte Reißhäufigkeit gezeigt. Das Verfahren der Verwendung von gegenüberliegend angeordneten Beschichtungsklingen hat bisher begrenzte Anwendung gefunden in Anbetracht der Tatsache, daß es leicht einen Bandfehler zur Folge hat, wenn traditionelle harte Klingen oder Klingenüberzüge verwendet werden. Die Bandfehler entstehen in Anbetracht der Tatsache, daß Klumpen oder Teilchen in der Paste und/oder in dem Band häufig nicht durch den Spalt zwischen den Klingen hindurchtreten können, ohne festgehalten zu werden und dadurch die Bahn zerreißen.
• Als Beispiele haben Vergleichstests zwischen herkömmlichen. Stahlbändern und einem Stahlband, das entlang dem Eingriffskantenabschnitt mit einem Polymer beschichtet war, das aus einem Polyurethan auf der Basis von Diphenylmethan- Diisocyanat (MDI) mit einer Härte von etwa 60º Shore A und mit ansonsten ähnlichen Bedingungen bestand, gezeigt, daß übliche Klingen, die für zwei Stunden liefen, elf Risse zur Folge hatten, wogegen die mit Polyurethan beschichtete Klinge gar keinen Riß zur Folge hatte.
• Die Techniken, die auf der Verwendung von weichen Überzügen auf harten Trägermaterialien basieren, sind erfindungsgemäß nicht auf die Verwendung von nur Polyurethan der oben als Beispiel angegebenen Typen beschränkt, sondern es können auch durch aridere Materialien eingesetzt werden, die die Härteeigenschaften haben, die die Erfordernisse für das Betriebsverhalten mit der begleitenden niedrigen Reißhäufigkeit und Qualität in Beziehung zu einer gewissen Produktion erfüllen. Das kennzeichnende Merkmal der Beschichtungsklinge gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Tatsache, daß der Überzug durch Vulkanisieren, Kleben oder Gießen auf ein Trägermaterial in der Form von einem Band aus Stahl oder einem anderen dimensionsstabilen Material befestigt wird, das die erforderlichen Form- und Lagetoleranzen erfüllt, wie beispielsweise Geradheit, Breite, Länge und Dicke. Die erfindungsgemäßen Techniken, die auf der Verwendung von weichen Beschichtungsmaterialien basieren, haben ferner den Vorteil zur Folge, daß das Stahlband gebogen und gewickelt werden kann, ohne daß der Überzug beschädigt oder abgelöst wird.
• Die Erfindung wird im folgenden durch nicht einschränkende Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
• Fig. 1-3 schematisch Querschnitte durch Beschichtungsklingen, die erfindungsgemäß mit verschiedenen Querschnitten versehen sind;
• Fig. 4 schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei nebeneinander angeordneten Beschichtungselementen; und
• Fig. 5 ein Detail der Fläche um die zwei nebeneinander angeordneten Beschichtungsklingen herum mit zugeordneten Überzügen.
• Fig. 1 zeigt den Kantenabschnitt von einer Beschichtungsklinge, die allgemein mit 1 bezeichnet ist und ein Stahlband 3 und einen Überzug bzw. eine Beschichtung 5 über dem Kantenabschnitt 7 von dem Stahlband 3 aufweist. Das Stahlband 3 ist an seinem äußeren Rand mit einer Abschrägung 9 versehen, und der Überzug 5 hat eine entsprechende Abschrägung 11, wodurch die Eingriffsfläche gegen das laufende Band vergrößert wird.
• Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Überzugs 5, der in diesem Fall mit einem Teil 15 versehen ist, der den äußeren Rand 17 von dem Stahlband 3 überdeckt. Auch in diesem Fall hat der Überzug 5 eine Abschrägung 11.
• Schließlich zeigt Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Beschichtungsklinge gemäß der Erfindung, wobei die freie Kante 17 des Stahlbandes 3 gerade und nicht überzogen ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Überzug mit einem viereckigen Querschnitt versehen, wiederum mit einer Abschrägung 11, die die Eingriffsfläche gegen das laufende Band bildet.
• In den Ausführungsbeispielen, die in den Fig. 1-3 gezeigt sind, haben gewisse Abmessungen und Winkel zugeteilte Bezeichnungen. In der nachfolgenden Tabelle werden Werte und Intervalle in bezug auf diese Abmessungen und Winkel gegeben. Bezüglich der Abmessungen a, b, c und d sind die Maße in Millimetern angeben. TABELLE
• Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die zwei nebeneinander angeordnete Klingen-Beschichtungselemente aufweist, die allgemein mit 25, 27 bezeichnet sind. Jede Klingen-Beschichtungselement enthält eine Beschichtungsklinge 29, 31 und einen Klingenhalter 33, 35, die mit einer bewegbaren Befestigung der entsprechenden Klinge arbeiten, so daß sie sich gegen das laufende Band und von diesem weg bewegen können. Die Klingen 29, 31 werden in einen Eingriff gegen das laufende Band 41 durch Drucklager 37, 39 gebracht, die die Klingen nahe ihren freien Kanten betätigen.
• Die Klingen-Beschichtungselemente 25, 27, die in Fig. 4 nur schematisch gezeigt sind, können gemäß der Vorrichtung aufgebaut sein, die in der Patentanmeldung WO93/05887 beschrieben ist, und bezüglich konstruktiver Einzelheiten wird auf die Offenbarung dieser Patentanmeldung verwiesen.
• Wie ferner aus Fig. 4 deutlich wird, wird eine Papierbahn 41 in einer Abwärtsrichtung in den Spalt zwischen den zwei Beschichtungsklingen 29, 31 eingeführt. Vor dem Spalt wird die Papierbahn 41 auf ihren beiden Seiten mit einer Beschichtungspaste durch schematisch gezeigte Applikatoren 43, 45 bestrichen, die vor dem Spalt zwischen den Beschichtungsklingen 29, 31 Ansammlungen 47 von Überzugspaste ausbilden.
• Fig. 5 zeigt eine Detaildarstellung des Bereichs um die freien Kanten der nebeneinander angeordneten Beschichtungsklingen 29, 31 herum mit Überzügen 5 mit abgeschrägten Eingriffsflächen 11.
• Wie zuvor bereits angegeben wurde, ist die Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, denn Änderungen und Modifikationen sind für den Fachmann offensichtlich. Somit ist die Erfindung nicht in anderer Weise beschränkt als sie aus dem beigefügten Patentansprüchen deutlich wird.

Claims (10)

1. Beschichtungsklinge zum Aufbringen von Überzugsmaterial auf ein sich bewegendes Band (41), insbesondere einer Beschichtungsflüssigkeit auf eine sich bewegende Papierbahn, mit einem Stahlband (3), das entlang dem Kantenabschnitt (7), der an dem Band (41) angreifen soll, mit einem verschleißbeständigen Überzug (5) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (5) aus einem Material gebildet ist, das eine Härte gemäß Shore A von etwa 10 bis etwa 100 hat.

2. Beschichtungsklinge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material eine Härte von etwa 30 bis etwa 80, insbesondere etwa 40 bis etwa 70, hat.

3. Beschichtungsklinge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material durch ein organisches Polymer gebildet ist.

4. Beschichtungsklinge nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Polymer aus Polyurethanen, Styrol-Butadien-Polymeren und Polyolephinen ausgewählt ist.

5. Beschichtungsklinge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Polymer ein Polyurethan ist.

6. Beschichtungsklinge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlband (3) eine Dicke in dem Bereich von etwa 0,2 bis etwa 2 mm hat.

7. Beschichtungsklinge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (5) eine Dicke in dem Bereich von etwa 0,5 bis etwa 5 mm hat.

8. Beschichtungsklinge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (5) den Kantenabschnitt (7) überdeckt und mit einer Höhe zum Vergrößern der Eingriffsfläche (11) gegen das Band (41) versehen ist.

9. Beschichtungsklinge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Ebene der Klinge (1) und senkrecht zur Längsrichtung der Klinge (1) zu sehende Überzug (5) eine Breite von etwa 5 bis etwa 25 mm hat.

10. Vorrichtung zum Beschichten eines sich bewegenden Bandes (41), mit einer Einrichtung zum Tragen und Transportieren des Bandes und zwei gegenüberliegende Beschichtungsklingen (29, 31), die sich quer zu dem Band (41) erstrecken und mit demselben mit einen Kantenabschnitt in Eingriff stehen und welche an der gegenüberliegenden Kante in einem Klingenhalter (33) für jede Klinge mit einer Befestigung angeordnet sind, die eine Bewegbarkeit des Kantenabschnittes (7) in Richtung auf das Band (41) und von diesem weg ohne wesentliche Auslenkung der Klinge (29, 31) gestattet, ferner mit einer Druckvorrichtung (37, 39), die so angeordnet ist, daß jede Klinge (29, 31) durch den Kantenabschnitt (7) mit dem Band (41) in Eingriff gebracht ist, das zwischen den gegenüberliegenden Beschichtungsklingen (29, 31) vorwärts transportiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß beide Beschichtungsklingen (29, 31) so ausgestaltet sind, wie es in einem der Ansprüche 1 bis 9 beansprucht ist.