EP2852705B1

EP2852705B1 - Kaskadendüse zum auftragen mehrerer schichten

Info

Publication number: EP2852705B1
Application number: EP13721262.7A
Authority: EP
Inventors: Andreas Pesch; Eduard Davydenko; Robert Meitner
Original assignee: Andritz Kuesters GmbH
Current assignee: Andritz Kuesters GmbH
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2013-05-02
Publication date: 2017-11-22
Anticipated expiration: 2033-05-02
Also published as: EP2852705A1; WO2013174474A1; DE102012010050A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kaskadendüse zum Auftragen mehrerer Schichten von flüssigem oder pastösem Auftragsmedium auf einen bewegten Untergrund, insbesondere aus Papier, Karton oder einem anderen Faserstoff, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus WO 2011/145172 A1 ist eine gattungsgemäße Kaskadendüse bekannt.
Die Beschichtung einer bewegten Papier- oder Kartonbahn mit einer Streichmasse erfolgt mit einem Vorhangauftragswerk (engl. Curtain Coater). Zur Bildung eines Vorhangs werden Kaskadendüsen eingesetzt, wie beispielsweise aus WO 2001/54828 A1 und WO 2005/024133 A1 bekannt.
Aus WO 2001/54828 A1 sind Kaskadendüsen für eine mehrschichtige Bahnbeschichtung bekannt, die nach dem Prinzip einer Gleitdüse arbeiten. Die Kaskadendüsen werden als einzelne Düsen ausgeführt und zu einer baulichen Einheit zusammengefasst. Die einzelnen Düsen werden parallel hintereinander angeordnet. Die Kaskadendüse weist eine der Anzahl an Auftragsschichten entsprechende Anzahl von einzelnen Düsen auf. Dadurch können sich die Auftragsmedien bis zum Austritt aus der jeweiligen Düse nicht miteinander vermischen. Aus diesen Düsen gelangt das Auftragsmedium auf eine geneigte Gleitfläche, wo die von den einzelnen Düsen erzeugten Flüssigkeitsfilme zusammengeführt und anschließend in Form eines geschlossenen mehrschichtigen Flüssigkeitsfilms auf der geneigten Gleitfläche zu einer Düsenlippe geleitet werden. An der Abströmkante der Düsenlippe bildet sich ein mehrschichtiger Vorhang.
Wie aus DE 10 2009 058 467 A1 bekannt, ist die Bildung einer zusammengeführten mehrschichtigen Filmströmung auf einer geneigten Gleitfläche einer Kaskadendüse vor der Ausbildung des Vorhangs, ohne dass sich die einzelnen Schichten miteinander vermischen, insbesondere dann schwierig, wenn geringe Mengen in den äußeren Schichten aufgetragen werden sollen. Mittlere Schichten mit größeren Auftragsmengen können dann in einem Mehrschicht-Vorhang als stabilisierender Trägerfilm wirken.
Bei einer Beschichtung einer Papierbahn mit einer Kaskadendüse soll das Auftragsmedium bzw. die Streichmasse möglichst gleichmäßig über die gesamte Bahnbreite aufgetragen werden. Die Auftragsdicke muss möglichst konstant über die gesamte Bahnoberfläche sein. Eine Grundvoraussetzung dafür ist eine gleichmäßige Verteilung der Streichmasse über die Auslaufbreite der Kaskadendüse hinsichtlich des Volumenstroms. Um dies zu erreichen ist es bekannt, die Spaltweite der Auslaufspalte der Auftragsdüsen zu variieren mittels einer Einrichtung zur Querprofilbeeinflussung der Spaltweite.
Für die Querprofilbeeinflussung sind aus EP 0 662 386 B1 und WO 2011/145172 A1 Vorrichtungen bekannt, die mit einer mechanischen Profilkorrektur der Spaltweite arbeiten. EP 0 662 386 B1 beschreibt eine mechanische Spaltjustierung an einer Kaskadendüse durch die Verformung des Düsenkörpers in Form eines mittig gelagerten Biegebalkens über Stellschrauben oder Piezoelemente. Diese Spaltverstellung ist räumlich weit weg vom Düsenspalt angeordnet und arbeitet daher sehr ungenau.
Aus WO 2011/145172 A1 ist bekannt, Düsenlippen über dahinter liegende Stellschrauben direkt zu verformen. Die Verstelleinrichtungen sind dazu unmittelbar an den Düsenspalten angeordnet. Die Verstellung der Auslaufspalte für die einzelnen Schichten ist nur im Stillstand möglich, da die einzelnen Düsenmodule für die Verstellung auseinandergefahren werden müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kaskadendüse mit einem großen Korrekturpotential zu schaffen, um eine hohe Gleichmäßigkeit der Verteilung des Auftragsmediums über die Auslaufbreite zu gewährleisten und dabei kostengünstig in der Herstellung und im Betrieb ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Hierdurch wird eine Kaskadendüse geschaffen, die eine mechanische und volumetrische Querprofilsteuerung kombiniert. Die Querprofilkorrektur an den äußeren Schichten erfolgt mit Hilfe einer mechanischen Spaltverstellung. Die Querprofilkorrektur an den inneren Schichten erfolgt mit Hilfe einer Volumenstrombeeinflussung des zugeführten Volumenstroms an Auftragsmedium, wobei die Einrichtung zur Volumenstrombeeinflussung zonenweise arbeitet unter Einsatz von Ventilen. Bei dieser Einrichtung handelt es sich vorzugsweise um ein Ventil und einen Stellzylinder mit Stellmotor, die jeweils an eine Zuführleitung für Auftragsmedium je Schicht angeschlossen sind. Die Volumenstrombeeinflussung wird dabei über die Bahnlaufbreite zonenweise eingestellt. Die Einstellung ist im Online-Betrieb ohne Unterbrechung der Produktion möglich, wodurch sich erhebliche Kostenvorteile ergeben.
Die bei einer Kaskadendüse oberseitig durch die Stirnflächen der blockartigen Düsenteile gebildete ebene Gleitfläche zur Ausbildung eines Fließbodens für das in Stufen ausströmende Auftragsmedium der einzelnen Schichten ermöglicht mehrschichtige Filmströmungen mit dünnen äußeren Schichten in einem stabilen Vorhang. Bei der Beschichtung einer Bahn kann deshalb eine dünne Benetzungsschicht als untere Schicht und eine dünne Schicht als obere Funktionsschicht aufgetragen werden. Erfindungsgemäß können durch eine mechanische Spaltverstellung die äußeren Schichten, die zudem meist aus einem teuren Auftragsmedium bestehen, mit einer guten Querprofilkorrektur sehr dünn aufgetragen werden. Mittlere dickere Schichten, wo ein hinreichend großer Volumenstrom fließt, können in einfacher und billiger Weise durch eine volumetrische Querprofilkorrektur eingestellt aufgetragen werden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch und teilweise geschnitten ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kaskadendüse,
Fig. 2 zeigt schematisch und teilweise geschnitten ein zweites Ausführungsbeispiel einer Kaskadendüse,
Fig. 3 zeigt schematisch und teilweise geschnitten ein drittes Ausführungsbeispiel einer Kaskadendüse,
Fig. 4 zeigt schematisch einen Schnitt eines Teilbereichs einer Einrichtung zur Volumenstrombeeinflussung für eine Querprofilkorrektur entlang eines Bahnbreitenabschnitts.

Wie Fig. 1 zeigt, betrifft die Erfindung eine Kaskadendüse zum Auftragen mehrerer Schichten von flüssigem oder pastösem Auftragsmedium auf eine bewegte Papier-, Karton- oder andere Faserstoffbahn.
Die Kaskadendüse weist mindestens drei einzelne sich über die Maschinenbreite erstreckende, hintereinander angeordnete und jeweils einen Auslaufspalt 1, 2, 3 aufweisende Auftragsdüsen 4, 5, 6 zur Abgabe von Schichten an Auftragsmedium auf. Dazu sind die Auftragsdüsen 4, 5, 6 zwischen jeweils zwei Düsenteilen 7 ausgebildet und an jeweils eine Zuführleitung 8 für Auftragsmedium angeschlossen. Die Düsenteile 7 sind zu einer baulichen Einheit zusammengefasst unter Ausbildung einer Oberseite 9, entlang der das von den Auftragsdüsen 4, 5, 6 abgegebene Auftragsmedium sich überlagernd zu einer Düsenlippe 10 gleitet und dort als mehrschichtiger Beschichtungsvorhang abfließt. Die Düsenteile 7 können beispielsweise unter Verwendung von Bolzen 11 zu einer Düseneinheit miteinander verspannt sein.
Die Auslaufbreite des jeweiligen Auslaufspaltes 1, 3 von äußeren Auftragsdüsen 4, 6 ist über eine mechanische Spaltverstellung 12 verstellbar. Der dazwischen angeordneten inneren Auftragsdüse 5 ist eine Einrichtung 13 zur Volumenstrombeeinflussung zugeordnet. Sind mehrere innere Auftragsdüsen 5 vorgesehen, beispielsweise für die Ausbildung eines vier-, fünf- oder sechsschichtigen Vorhangs, dann ist jeder dieser inneren Auftragsdüsen 5 vorzugsweise eine solche Einrichtung 13 zur Volumenstrombeeinflussung zugeordnet.
Die Spaltweite des jeweiligen Auslaufspaltes 1, 3 der äußeren Auftragsdüsen 4, 6 ist durch einen Abstandshalter 14 kleiner eingestellt als die Spaltweite der Auslaufspalte 2 von inneren Auftragsdüsen 5.
Die Spaltweiten der Auslaufspalte 1, 3 der äußeren Auftragsdüsen 4, 6 sind kleiner 400 µm, vorzugsweise kleiner 300 µm, eingestellt. Die Spaltweite des Auslaufspaltes 2 der jeweiligen inneren Auftragsdüse 5 ist auf 400 bis 700 µm, bevorzugt größer 500 µm, eingestellt.
Der Auslaufspalt 1, 3 der jeweiligen äußeren Auftragsdüse 4, 6 ist außenseitig begrenzt durch eine Düsenwand 15, die mittels einer Reihe von Stellelementen 16 in ihrem Abstand zu einer gegenüberliegenden Auslaufspaltwand 17 zonenweise unterschiedlich einstellbar ist für eine Querprofileinstellung längs einer Bahnbreite. Die einstellbare Düsenwand 15 ist vorzugsweise lippenförmig ausgebildet. Der Abstandshalter 14 wird beispielsweise bei Schrauben als Stellelemente 16 vom jeweiligen Schraubbolzen gebildet.
Die Einrichtung 13 zur Volumenstrombeeinflussung arbeitet zonenweise unter Einsatz von Ventilen 18. Fig. 4 zeigt für eine Strömungsrichtung F beispielhaft den Aufbau einer Zuführleitung 8 zwischen zwei Düsenteilen 7 unter einer konstruktiven Gestaltung dieser Düsenteile 7. Danach wird das Auftragsmedium einer Schicht über eine Verteilerkammer 19 zugeführt. Zwischen der Verteilerkammer 19 und dem Auslaufspalt 2 ist die Einrichtung 13 zur Volumenstrombeeinflussung vorgesehen. Bei dieser Einrichtung handelt es sich jeweils um ein Ventil 18 und einen Stellzylinder mit Stellmotor 20, die den Volumenstrom einstellen. In der Zuführleitung 8 kann vor dem jeweiligen Auslaufspalt 2 noch eine Ausgleichskammer 21 nach einem maschinenbreiten Strömungsspalt 22 und vor dem Auslaufspalt 2 ausgebildet sein. Verwiesen wird insoweit auf DE 10 2009 048 820 A1 .
Die Kaskadendüse gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten und beschriebenen dadurch, dass die Verteilerkammer 19 in dem Düsenteil 7 ausgebildet ist, an dem auch die übrigen Kanalelemente der Zuführleitung 8 zum Auslaufspalt 2 der mittleren Auftragsdüse 5 ausgebildet sind.
Die Kaskadendüse gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von der in Fig. 2 dargestellten dadurch, dass zwei innere Auftragsdüsen 5 vorgesehen sind. Jede dieser inneren Auftragsdüsen 5 ist einer Einrichtung 13 zur Volumensteuerung zugeordnet, wobei diese vorzugsweise zonenweise einstellbar ist. Im Übrigen gilt das vorstehend Gesagte entsprechend.
Für alle Ausführungsbeispiele gilt, dass die Düsenteile 7, ausgenommen die endseitigen, jeweils beidseitig Auftragsdüsen 4, 5, 6 ausbilden. Alle inneren Düsenteile 7 sind vorder- und rückseitig für die Bildung der Auftragsdüsen 4, 5, 6 mit zugehörigen Zuführleitungen 8 konstruktiv ausgelegt. Hierdurch wird eine kompakte Bauweise aus miteinander verklemmten Düsenteilen 7 erreicht, wobei vorzugsweise alle Düsenteile 7 zu einer Düseneinheit fixiert sind. Dies kann über die durchgehende Klemmung mittels des Bolzens 11 erfolgen. Zwischen endseitigen Düsenteilen 7 angeordnete Düsenteile 7 bilden dann vorder- und rückseitig eine Auftragsdüse 4, 5, 6 mit jeweils einem benachbart anschließenden Düsenteil 7 aus.

Claims

Kaskadendüse zum Auftragen mehrerer Schichten von flüssigem oder pastösem Auftragsmedium auf eine bewegte Papier-, Karton- oder andere Faserstoffbahn mit mindestens drei einzelnen sich über die Maschinenbreite erstreckenden, hintereinander angeordneten und jeweils einen Auslaufspalt (1, 2, 3) aufweisenden Auftragsdüsen (4, 5, 6) zur Abgabe von Schichten an Auftragsmedium, wozu die Auftragsdüsen (4, 5, 6) zwischen jeweils zwei Düsenteilen (7) ausgebildet und an jeweils eine Zuführleitung (8) für Auftragsmedium angeschlossen sind, die Düsenteile (7) zu einer baulichen Einheit zusammengefasst sind unter Ausbildung einer Oberseite (9), entlang der das von den Auftragsdüsen (4, 5, 6) abgegebene Auftragsmedium sich überlagernd zu einer Düsenlippe (10) gleitet und dort als mehrschichtiger Beschichtungsvorhang abfließt, die Auslaufbreite des jeweiligen Auslaufspaltes (1, 3) von äußeren Auftragsdüsen (4, 6) über eine mechanische Spaltverstellung (12) verstellbar ist und der oder den dazwischen angeordneten inneren Auftragsdüsen (5) jeweils eine Einrichtung (13) zur Volumenstrombeeinflussung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltweite des Auslaufspaltes (2) einer inneren Auftragsdüse (5) auf 400 bis 700 µm, vorzugsweise größer 500 µm, eingestellt ist, und die Querprofilkorrektur an den inneren Schichten mit Hilfe einer Volumenstrombeeinflussung des zugeführten Volumenstroms an Auftragsmedium erfolgt, wobei die Einrichtung (13) zur Volumenstrombeeinflussung zonenweise arbeitet unter Einsatz von Ventilen (18).
Kaskadendüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltweite des jeweiligen Auslaufspaltes (1, 3) der äußeren Auftragsdüsen (4, 6) durch einen Abstandshalter (14) kleiner eingestellt ist als die Spaltweite der Auslaufspalte (2) von inneren Auftragsdüsen (5).
Kaskadendüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltweiten der Auslaufspalte (1, 3) der äußeren Auftragsdüsen (4, 6) kleiner 400 µm, vorzugsweise kleiner 300 µm, gewählt sind.
Kaskadendüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslaufspalt (1, 3) der jeweiligen äußeren Auftragsdüse (4, 6) außenseitig begrenzt ist durch eine Düsenwand (15), die mittels einer Reihe von Stellelementen (16) in ihrem Abstand zu einer gegenüberliegenden Auslaufspaltwand (17) zonenweise unterschiedlich einstellbar ist.
Kaskadendüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einstellbare Düsenwand (15) lippenförmig ausgebildet ist.
Kaskadendüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen endseitigen Düsenteilen (7) angeordnete Düsenteile (7) vorder-und rückseitig eine Auftragsdüse (4, 5, 6) mit jeweils einem benachbart anschließenden Düsenteil (7) ausbilden.