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Dokumentenidentifikation DE102006026412A1 13.12.2007
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Entgasen eines flüssigen oder pastösen Mediums zum Auftrag auf eine Faserstoffbahn und Farbbereitstellungssystem
Anmelder Voith Patent GmbH, 89522 Heidenheim, DE
Erfinder Fröhlich, Uwe, 89231 Neu-Ulm, DE;
Kolhagen, Tobias, 86836 Graben, DE
DE-Anmeldedatum 07.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006026412
Offenlegungstag 13.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.12.2007
IPC-Hauptklasse B01D 19/00(2006.01)A, F, I, 20060607, B, H, DE
IPC-Nebenklasse D21H 23/76(2006.01)A, L, I, 20060607, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entgasung eines flüssigen oder pastösen Mediums (2) zum Auftrag auf eine Faserstoffbahn, insbesondere Streichfarbenentgasungsverfahren, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in das zu entgasende Medium (2) ein gasförmiges Medium unter Erzeugung von Blasen (12), die vorzugsweise mindestens eine vordefinierte Mindestgröße aufweisen, als Transportgas (10) durch Anlagerung oder Koaleszenz für ungelöstes gasförmiges Medium (6) im zu entgasenden Medium (2) eingeleitet wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entgasen eines flüssigen oder pastösen Mediums zum Auftrag auf eine Faserstoffbahn, insbesondere eine Papier- oder Kartonbahn, insbesondere Streichmediumentgasungsverfahren, im Einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1; ferner eine Vorrichtung zum Entgasen eines flüssigen oder pastösen Mediums, insbesondere eine Streichmediumentgasungsvorrichtung und ein Farbbereitstellungssystem für ein Auftragswerk.

Bei Veredelungsprozessen von Materialbahnen, insbesondere Faserstoffbahnen in Form von Papier- oder Kartonbahnen durch den Auftrag einer Beschichtung, insbesondere Streichfarbe auf die laufende Materialbahn, kommt der Qualität, insbesondere der Homogenität des aufzutragenden Mediums eine hohe Bedeutung zu. Um eine gleichmäßige Beschichtung der Faserstoffbahn zu gewährleisten, darf die Auftragsschicht dabei keine Fehlstellen aufweisen. Die Streichfarbe wird während und nach dem Mischen in einem dem Auftragswerk vorgeschalteten Farbbereitstellungssystem gelagert und geführt. Um die während der Prozesse im Farbbereitstellungssystem, insbesondere nach Mischung und erfolgter Führung in entsprechenden Vorratsbehältern oder Zwischentanks entstandenen und aus der Streichfarbe nicht entwichenen Gasblasen, insbesondere in Form von Luftblasen, zu eliminieren, wird eine Entgasung des Streichmediums vor dem Auftrag auf die Faserstoffbahn vorgenommen. Erst nach dieser wird das Streichmedium mit an die Faserstoffbahnbreite angepassten Auftragsaggregaten bei hohen Geschwindigkeiten aufgebracht. Zur Entgasung werden beispielsweise Drehteller-Vakuumentgaser eingesetzt. Die ansonsten üblichen Hydrozyklone mit Trenngrenzen von etwa 200 &mgr;m Blasengröße sind für dieses Verfahren nicht ausreichend.

Eine mögliche Verwendung chemischer Entgasungsmittel, mit denen die Wirksamkeit der mechanischen Entgasung verbessert werden kann, beeinflusst jedoch die Oberflächenspannung der Streichfarbe. Da die Oberflächenspannung der Streichfarbe aber der entscheidende Parameter für die Vorhangstabilität beim Vorhangauftragsverfahren ist, ist eine Variation von Tensiden in größerem Umfang ohne Prüfung der Vorhangstabilität nur wenig Erfolg versprechend.

Die gegenwärtig zur Entgasung von flüssigem bis pastösen Medium, insbesondere Streichfarbe, eingesetzten Vorrichtungen, wie beispielsweise Schwerkraftentlüfter oder auch Vakuumentlüfter sind oftmals auch nur bedingt erfolgreich. Insbesondere sind diese nur zur Behandlung von Volumenströmen geringer Größe geeignet, so dass entweder eine Mehrzahl derartiger Vorrichtungen vorzusehen sind oder aber die einzelne Vorrichtung entsprechend groß dimensioniert werden muss. Dies bedeutet neben einem enorm hohen apparativen Aufwand, auch einen entsprechend hohen Reinigungs- und Wartungsaufwand.

Das Funktionsprinzip von Vakuumentlüftungsanlagen beruht auf der Erzeugung von neuen Oberflächen unter einem Vakuum von 1 bis 100 mbar (Absolutdruck). Obwohl der Wirkungsgrad dieser Art von Entlüftern bereits zwischen 95 und 99% beträgt, ist der Abscheidungsgrad an Gas oft nicht ausreichend, um eine defektfreie Beschichtung auf einer Faserstoffbahn zu erzeugen. Vor allem sehr kleine Gasblasen, beispielsweise in der Größenordnung von ≤ 200 &mgr;m, sind aufgrund ihrer Stabilität im Vakuumentlüfter nur schwer zu entfernen, jedoch in der Beschichtung häufig als Fehlstellen erkennbar. Ferner ist die Aufstiegszeit dieser Gasblasen in offenen Behältnissen, wie zum Beispiel einem Arbeitsbehälter für die Streichfarbe im Farbbereitstellungssystem ebenfalls geringer, als die größerer Blasen, so dass die kurze Verweildauer in diesem Behältnis oft nicht ausreicht, um ein Aufsteigen bis zur Streichmediumoberfläche zu ermöglichen.

Die Problematik der Entstehung von Blasen infolge des Ausgasens von ungelöstem Gas in Beschichtungsmedien ist auch aus anderen Bereichen bekannt, beispielsweise bei der Beschichtung von Festkörperoberfächen mit einer Flüssigkeitsmischung in der Halbleitertechnik, wie in US 6,428,852 B1 beschrieben. Bei dieser verursachen die Blasen Volumenabweichungen in den lichtunempfindlichen Beschichtungen, die auf Wafer aufgetragen werden und beeinflussen damit auch die Gleichmäßigkeit der vorliegenden Beschichtung und die Wiederholbarkeit zwischen einzelnen Wafern. Zur Lösung der Problematik werden einen Mehrzahl von Maßnahmen vorgeschlagen, wobei neben einer Entgasung durch Vakuum oder dem Membranverfahren hochviskoses Gas, beispielsweise Helium in die Flüssigkeitsmischung eingedüst wird, bis die hochlöslichen Gase durch Helium ersetzt werden.

Eine andere Möglichkeit zur Entfernung von Gasen, insbesondere Kohlendioxid an einer Membran ist der Druckschrift WO 2006/004400 zu entnehmen. Das dort beschriebene Membranverfahren erfordert jedoch aufgrund der bereitzustellenden Drücke einen höheren Energieeintrag.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entgasung eines flüssigen oder pastösen Mediums, insbesondere Streichfarbe für die Veredelung einer Faserstoffbahn derart weiterzuentwickeln, dass die genannten Nachteile vermieden werden und insbesondere die Streichfarbe in einer Qualität am Auftragswerk zur Verfügung gestellt werden kann, die Fehlstellen im nachfolgenden Auftrag nahezu vermeidet. Im Einzelnen ist der Gasgehalt in der Streichfarbe weiter zu reduzieren, so dass es nicht mehr zu sichtbaren Störungen durch Blasen auf der Faserstoffbahn kommt. Das nach der Entgasung vorliegende Medium soll dabei den Anforderungen an ein Auftragsmedium eines Vorhangauftragswerkes entsprechen. Ferner soll sich die erfindungsgemäße Lösung durch einen geringeren konstruktiven Aufwand sowie erforderlichen Energieeintrag gegenüber den bereits aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen auszeichnen und insgesamt eine effizientere Entgasung gewährleisten, so dass entweder kleinere oder aber eine geringere Anzahl von Vakuumentlüftungsanlagen eingesetzt werden müssen.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1, 10 und 25 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Entgasung eines flüssigen oder pastösen Mediums zum Auftrag auf eine Faserstoffbahn, insbesondere Streichmediumentgasungsverfahren, ist dadurch gekennzeichnet, dass in das zu entgasende Medium ein gasförmiges Medium unter Bildung von Blasen eingeleitet wird. Dieses fungiert als Transportgas für im zu entgasenden Medium enthaltenes, insbesondere ungelöstes Gas. Die vom Transportgas gebildeten Blasen, welche vorzugsweise eine vordefinierte Mindestgröße aufweisen, bilden aufgrund ihrer größeren Oberfläche und des dadurch bedingten größeren Auftriebes beim Aufsteigen im zu entgasenden Medium die Grundlage zur Anlagerung der im zu entgasenden Medium vorhandenen und mit geringerer Aufstiegsgeschwindigkeit aufsteigenden Blasen. Diese werden beim Aufsteigen der Blasen von Transportgas von diesen in Richtung der Oberfläche des zu entgasenden Mediums mitgeschleppt und somit in ihrer Bewegung beschleunigt. Insbesondere erfolgt ein Mitschleppen von Blasen mit geringerer Größe. Die Blasen des Transportgases, insbesondere Luft-/Gasblasen steigen nach oben und sammeln auf dem Weg an die Oberfläche kleine Luft-/Gasblasen, die sich an die aufsteigenden größeren Blasen der Transportgase hängen. Neben dieser Anlagerung spielt bei Kollision auch die Koaleszenz zwischen den Blasen des Transportgases und der im zu entgasenden Medium eingeschlossenen Gasblasen eine große Rolle, d.h. Vereinigung der im zu entgasenden Medium enthaltenen Gasblasen mit den vom Transportgas gebildeten Blasen unter Vergrößerung letzterer, wobei über die dadurch erfolgende Vergrößerung der Blasen des Transportgases eine Verringerung der erforderlichen Aufstiegszeit aufgrund der höheren Aufstiegsgeschwindigkeit erzielt wird. Das Transportgas fungiert in beiden Fällen quasi als Schleppgas.

Die Aufstiegsgeschwindigkeit der einzelnen Blasen ist dabei im Wesentlichen von der Größe der Blasen, welche durch den Eintrag des Transportgases entstehen, abhängig. Entscheidend ist, dass diese groß genug sind, um einen genügend großen Auftrieb zu erfahren und in einer entsprechend endlichen Zeitdauer an die Oberfläche des zu entgasenden Mediums aufzusteigen. Ohne dieses als Schleppgas fungierende Transportgas würden die sehr kleinen Luft- bzw. Gasblasen in der Farbe nur extrem langsam aufsteigen, was zum Teil mehrere Stunden dauern kann und eine entsprechende Prozessverlängerung oder das Vorsehen zusätzlicher Maßnahmen zur Entgasung bedeuten würde. Mit der erfindungsgemäßen Lösung können somit durch Anlagerung und/oder Koaleszenz die Aufstiegszeit für die kleinen Blasen stark verkürzt und damit die im zu entgasenden Medium eingeschlossenen Gasblasen effektiver als bisher mit geringem Energieeintrag entfernt werden. Selbst wenn nicht alle Luft- bzw. Gasblasen vor einer eventuell nachgeordneten Entgasung entweichen können, bringt die Erfindung auch dahingehend Vorteile, dass die dadurch gebildeten größeren Gasblasen aus Transportgas und den in der Streichfarbe eingeschlossenen Gasen in einem Vakuumentlüfter später wesentlich leichter zu entfernen sind als die kleinen Blasen.

Unter Faserstoffbahnen werden aus Fasern gebildete Materialbahnen verstanden, die beispielsweise in Form von Papier- und Kartonbahnen vorliegen können. Bei dem zu entgasenden Medium handelt es sich beim Einsatz in Auftragswerken zur Veredelung einer Faserstoffbahn, insbesondere in Form einer Papier- oder Kartonbahn um Streichmedium, unter welchem insbesondere Streichfarbe, pigmenthaltiger Leim oder Stärke verstanden wird.

Entsprechend der Verweilzeit des zu entgasenden Mediums in einem Entgasungsraum und der damit theoretisch zur Verfügung stehenden Zeitdauer für den Aufstieg möglicher Gaseinschlüsse bestimmt sich die erforderliche Mindestgröße der zu bildenden Blasen des Transportgases als Funktion der Aufstiegszeit bezogen auf die erforderliche Aufstiegshöhe bis zur Oberfläche des zu entgasenden Mediums, insbesondere der Streichfarbe oder einfach gesagt, der Aufstiegsgeschwindigkeit.

Die erforderliche Mindestgröße der zu bildenden und in das zu entgasende Medium einzubringenden Blasen des Transportgases wird, da diese nur in idealisierter Form eine Kugelform aufweisen, über den Durchmesser einer Blase definiert. Dieser beträgt mindestens ≥ 1000 &mgr;m, vorzugsweise ≥ 3000 &mgr;m, besonders bevorzugt ≥ 5000 &mgr;m im Bereich des Austrittes in das zu entgasende Medium. Derartige Blasengrößen werden über Austrittsöffnungen mit einer Breite oder einem Durchmesser zwischen 1 und 10 mm, vorzugsweise 1 bis 5 mm, besonders bevorzugt 2 bis 5 mm erzeugt. Dabei wird die Erkenntnis genutzt, dass die Aufstiegszeit entscheidend von der Blasengröße und ferner der Streichfarbenviskosität, das heißt der Viskosität des zu entgasenden Mediums abhängt, wobei dieses der einzelnen Blase einen entsprechenden Widerstand beim Aufsteigen entgegensetzt. Es gilt allgemein, je größer die Blasengröße, umso geringer ist die Aufstiegszeit. So kann beispielsweise bei einer Blasengröße von 400 &mgr;m und einer Viskosität des zu entgasenden Mediums von 1000 MPa bei einer Aufstiegsstrecke von 1 m mit einer Aufstiegszeit von ca. 100 Sekunden gerechnet werden, während bei einer Blasengröße von 5000 &mgr;m die Aufstiegszeit erheblich minimiert wird und für den gleichen zurückgelegten Weg weniger als 10 Sekunden beträgt. Mit der erfindungsgemäßen Lösung können die Verweilzeiten des Streichmediums in einem Entgasungsraum bei besserem Entgasungsergebnis erheblich reduziert werden, was sich in einer Verringerung der Prozesszeiten niederschlägt.

Das Transportgas wird unter Druck eingebracht, vorzugsweise eingedüst, wobei die Blasenbildung entweder direkt am Austritt in das zu entgasende Medium oder in geringem Abstand von diesem erfolgt. Die Größe der zu bildenden Blasen des Transportgases kann als Funktion der Form und/oder Größe der Austrittsöffnungen für das einzuleitende gasförmige Medium in das zu entgasenden Medium gesteuert werden. Dadurch kann die Entgasung optimal an das zu entgasende Medium und die Umgebungsbedingungen angepasst werden. Die Größe der Austrittsöffnung bestimmt sich dabei aus der erforderlichen Blasengröße des Transportgases und ist in der Regel kleiner als der angestrebte Blasendurchmesser.

Ein besonders vorteilhaftes Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Einsatz in einem Farbbereitstellungssystem für ein diesem nachgeordnetes Auftragswerk, insbesondere Vorhangauftragswerk. Das zu entgasende Medium ist dabei entweder in einem Entgasungsraum zumindest kurzzeitig zwischengelagert oder durchströmt diesen unter Bildung einer Oberfläche, über die ein Austrag der Gaseinschlüsse erfolgen kann. In beiden Fällen wird der Entgasungsraum vorzugsweise von einem Behälter gebildet, in welchem das zu entgasende Medium in Höhenrichtung eine Oberfläche in Form eines Mediumspiegels ausbildet und die Einleitung des Transportgases in einem Abstand zu dieser Oberfläche erfolgt. Die Wirkung des Transportgases ist dabei abhängig von den nachfolgend genannten Größen:

  • – Abstand des bzw. der Austritte für das Transportgas von der Oberfläche in vertikaler Richtung
  • – Blasengröße des Transportgases
  • – Verweilzeit des Transportgases im zu entgasenden Medium

Bei Ausbildung des Entgasungsraumes als Behälter ist dieser entweder oben offen ausgeführt, so dass das an die Oberfläche gelangende Transportgas und die Einschlüsse, automatisch an die Umgebung abgeschieden werden oder geschlossen, wobei in diesem Fall ein Abzug für das an die Oberfläche transportierte Gas vorzusehen ist. Der Abzug erfolgt vorzugsweise kontinuierlich. Die erstgenannte Möglichkeit bietet den Vorteil, dass keine zusätzlichen Maßnahmen erforderlich sind.

Bezüglich der Richtung der Eintritte des Transportgases in das zu entgasende Medium bestehen keine Beschränkungen. Vorzugsweise wird jedoch zur Erhöhung der Entgasungseftektivität eine Eintrittsrichtung in das zu entgasende Medium gewählt, die durch eine Richtungskomponente entgegen der Aufstiegsrichtung, d.h. im 180° Winkel zur Aufstiegsrichtung der Blasen charakterisiert ist.

Als Transportgase können artgleiche Gase, wie im zu entgasenden Medium enthalten oder artfremde Gase zu den eingeschlossenen Gasen zum Einsatz gelangen. Je nach Art der Gase können diese dabei über eine eigenständige Gasbereitstellung zur Verfügung gestellt werden, oder aber Rest- oder Abgase anderer Systeme genutzt werden. Die erste Möglichkeit bietet den Vorteil einer Unabhängigkeit der Entgasung von anderen Prozessabläufen. Im zweiten Fall können Abfallprodukte ohnehin vorhandener Prozesssysteme einer zusätzlichen Nutzung zugeführt werden.

Als Transportgase finden beispielsweise Sauerstoff, Kohlendioxid oder Luft Verwendung. Vorzugsweise werden jedoch Gase verwendet, die inert, d.h. reaktionsträge sind. Denkbar sind Edelgase, wie beispielsweise Helium oder Argon.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch charakterisiert, dass in einem Entgasungsraum, durch welchen das zu entgasende Medium geführt wird oder aber in welchem das zu entgasende Medium mit einem ruhenden Betriebsmittelspiegel zumindest kurzzeitig verweilt, eine Einrichtung vorgesehen ist, über welche das Transportgas in Blasenform in das Medium, insbesondere in die Streichfarbe einbringbar ist. Die Einrichtung umfasst dabei wenigstens einen im Entgasungsraum angeordneten Austritt, vorzugsweise eine Vielzahl.

Bevorzugt wird das Transportgas im Bereich des Bodens des entsprechenden Entgasungsraumes, insbesondere Behälters, vorzugsweise eines Arbeitsbehälters, der im Farbbereitstellungssystem dem Vakuumentlüfter vorgeschaltet ist, eingeblasen. Wichtig ist, wie bereits ausgeführt, dass der Durchmesser der am Austritt aus der Einrichtung zum Einbringen von Transportgas erzeugten Blasen groß genug ist, damit diese in endlicher Zeit an die Oberfläche des zu entgasenden Mediums aufsteigen. Die Blasengröße kann über die Form und Größe der Austrittsöffnung für die Blasen gesteuert werden. Dies geschieht in der Regel durch Variation beziehungsweise die geometrische Gestaltung der Austrittsöffnungen und/oder die Dimensionierung an den Düsen. Die Erzeugung der Blasen kann dabei über Düsen oder Bohrungen, die in einem rohrförmigen, flächigen oder gewendelten Element, wie Verteilrohr oder Verteilermatte oder einem Element mit beliebiger Geometrie eingebracht sind, erfolgen. Das Austrittselement kann flexibel oder starr ausgeführt sein. Vorzugsweise wird jedoch eine Ausführung gewählt, die einen möglichst großen Flächenbereich parallel zur Bodenfläche gleichmäßig mit Transportgas versorgt, so dass möglichst alle Stellen des Behälters mit den aufsteigenden Blasen erreicht werden können.

Die Steuerung der Größe der Austrittsöffnungen kann verschiedenartig realisiert werden. Je nach Ausführung des Austrittselementes umfasst dieses zwei oder mehrere Teilelemente, die über- oder ineinander angeordnet sind und Öffnungen tragen, wobei eine Austrittsöffnung jeweils von zwei übereinander angeordneten Öffnungen an den Teilelementen gebildet wird. Die Teilelemente sind relativ zueinander verdreh- und/oder verschiebbar ausgeführt, wobei durch diese Bewegbarkeit die Größe der einzelnen Austrittsöffnungen durch die gegenseitige Überdeckung einstellbar ist. Im einfachsten Fall sind zwei Blechelemente vorgesehen, die gegeneinander verschiebbar sind. Die Relativbewegung zueinander kann verschiedenartig erzeugt werden. Denkbar sind insbesondere mechanische und hydraulische Lösungen.

Eine weitere Randbedingung für die Dosierung des Transportgases besteht darin, dass ein übermäßiges Aufschäumen der Streichfarbe an der Behälteroberfläche vermieden wird. Bei hoher Schaumentwicklung müssen Gegenmaßnahmen, wie das Vorsehen von Entschäumern getroffen werden.

Die erfindungsgemäße Lösung ist bei vom zu entgasenden Medium durchströmten Entgasungsräumen in Form von Behältern unabhängig von der Anordnung der Zufuhr und der Austritte des zu entgasenden Mediums am Behälter einsetzbar. Entscheidend ist lediglich, dass der Eintrag des Transportgases in einem Mindestabstand von der Oberfläche des zu entgasenden Mediums erfolgt, so dass eine ausreichend große Verweildauer zwischen dem Zeitpunkt des Eintrittes des Transportgases bis zum Abscheiden des Transportgases und des in der Streichfarbe eingeschlossenen Gases gewährleistet wird. Vorzugsweise werden daher die Austrittsöffnungen für das Transportgas in vertikaler Richtung möglichst unterhalb der Hälfte der Höhenabmessung zwischen Boden und der Oberfläche des Mediumspiegels, vorzugsweise im Bereich des Bodens angeordnet.

Bezüglich der Anordnung der Einrichtung zur Einbringung von Transportgas in einem Farbbereitstellungssystem sind mehrere Möglichkeiten denkbar:

  • a) unmittelbar im Streichfarbenmischer nach der Farbherstellung, wobei hier im wesentlichen die Luft entfernt wird, die bei der Herstellung in der Farbe eingetragen wird
  • b) in einem Zwischenlagertank
  • c) im Arbeitsbehälter des Farbbereitstellungssystems
  • d) im Vakuumentlüfter.

Die einzelnen Möglichkeiten können dabei für sich allein oder aber in Kombination angewandt werden. Der Entgasungsraum wird dann von den jeweiligen Behältern gebildet.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung wird die Entgasung durch optimale Prozessführung gesteuert. Dazu wird vorzugsweise der Gasgehalt, insbesondere Luftgehalt vor und nach der Zuführung des Transportgases in der Streichfarbe ermittelt. Diesbezüglich kann auf bekannte Verfahren aus dem Stand der Technik zurückgegriffen werden. Wird ein vordefinierter Zielluftgehalt nach der Entgasung nicht erreicht, d.h. noch überschritten, kann die Entgasungswirkung durch Änderung wenigstens eines der nachfolgend genannten Prozessparameter geändert werden:

  • – Durchsatz des zu entgasenden Mediums, insbesondere der Streichfarbe
  • – Durchsatz des Transportgases
  • – eine Anpassung des Volumens der Streichfarbe – Vergrößerung oder Verringerung
  • – dynamischer Druck

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung, werden die einzelnen Prozessparameter in Kombination miteinander und Abstimmung aufeinander geändert. Bei Unterschreitung oder Erreichen des Zielgasgehaltes können die Prozessparameter beibehalten werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders zur Aufbereitung von Streichfarbe im kontaktlosen Auftrag, insbesondere mit einem Vorhangauftragswerk, wie beispielsweise in DE 100 123 47 A1, DE 102 32 949 A1 oder Voith-Druck Voith Paper: "DF-Coater- eine Streichtechnik der neuen Generation", p3292 d 1000 2003-03 beschrieben, einsetzbar.

Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:

1 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung den Grundaufbau und das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens;

2a2c verdeutlichen mögliche Einbringungen in die Streichfarbe;

3a3e verdeutlichen in schematisiert vereinfachter Darstellung mögliche Ausführungen Austritte tragendender Einrichtungen;

4 verdeutlicht mögliche Anordnungen der Einrichtung zur Einbringung des Transportgases in einem Farbbereitstellungssystem;

5 verdeutlicht anhand eines Diagramms die Entgasungswirkung über die Zeit;

6 verdeutlicht anhand eines Signalflussbildes eine Möglichkeit zur Prozesssteuerung.

Die 1 verdeutlicht in schematisiert stark vereinfachter Darstellung anhand einer Vorrichtung 1 zum Entgasen eines flüssigen oder pastösen Mediums 2, insbesondere Streichfarbe 3 bei der Veredelung einer Faserstoffbahn, insbesondere in Form einer Papier- oder Kartonbahn den Aufbau und die Funktionsweise dieser und das Grundprinzip eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Entgasung eines derartigen Mediums 2. Die Vorrichtung 1 wird nachfolgend auch als Streichfarbenentgasungsvorrichtung bezeichnet. Die zu entgasende Streichfarbe 3 durchströmt einen Entgasungsraum 4, der vorzugsweise von einem Behälter 5 gebildet wird oder ist in diesem unter Bildung eines zumindest kurzzeitig ruhenden Streichfarbenspiegels 8 angeordnet beziehungsweise zwischengelagert. Die in der Streichfarbe 3 befindlichen und eingeschlossenen Gasblasen 6, bedingt durch den Eintrag der Streichfarbe 3 in den Entgasungsraum 4, insbesondere den Behälter 5 und/oder die Herstellung der Streichfarbe 3 selbst, werden erfindungsgemäß über Blasen 12 eines Transportgases 10 in Richtung der Oberfläche 7 des sich im Entgasungsraum 4 ausbildenden Streichfarbenspiegels 8 transportiert. Die Blasen 6 und 12 sind hier zur Erläuterung übertrieben vergrößert dargestellt. Dazu ist eine entsprechende Einrichtung 9 zur Einbringung des Transportgases in das zu entlüftende bzw. zu entgasende Medium 2, insbesondere die Streichfarbe 3, vorgesehen. Der Eintrag des Transportgases 10 erfolgt derart, dass dieses beim Eintritt in die Streichfarbe 3 und damit unmittelbar an einem Austritt 11, hier beispielhaft einer Vielzahl von Austritten 11.1 bis 11.n aus der Einrichtung 9 oder aber in einem Abstand a zum Austritt 11 in Blasenform vorliegt. Diese weisen vorzugsweise eine bestimmte Mindestgröße auf, die es ermöglicht, dass die Blasen 12 genügend Auftrieb erfahren, um in endlicher Zeit an die Oberfläche 7 des Streichfarbenspiegels 8 zu gelangen. Die vom Transportgas 10 gebildeten Blasen 12 dienen dabei der Anlagerung der in der Streichfarbe prozessbedingt eingeschlossenen Gasblasen 6 und/oder der Koaleszenz, das heißt Vereinigung mit diesen zu Blasen größerer Größe. Dies erfolgt in den Verfahrensschritten Kollision der einzelnen Blasen, Aufhebung der Oberflächenspannung zwischen diesen und Vereinigung zu einer größeren Blase. Dabei ist bei der Aufstiegsgeschwindigkeit der Gasblasen 12 zu beachten, dass diese sich unter. Einwirkung von Kraftfeldern ändert, insbesondere da die Form größerer Blasen 12 sich unter der Wirkung konkurrierender Kräfte verändert und die Relativgeschwindigkeit des Mediums 2, hier der Streichfarbe 3, an der Blasenoberfläche ungleich Null ist. Im Allgemeinen gilt jedoch, dass die Steiggeschwindigkeit zumindest in bestimmten Blasendurchmesserbereichen mit zunehmendem Blasendurchmesser dP zunimmt. Da wie bereits ausgeführt sich die Form der größeren Blasen 12 während des Aufstieges auch ändern kann, ist bei der Berechnung der Aufstiegsgeschwindigkeit auf die entsprechenden Gleichungen und Gesetzmäßigkeiten für die Bewegung von Blasen in Kraftfeldern aus der Strömungstechnik zurückzugreifen, auf die hier im Einzelnen nicht eingegangen wird. Allgemein sinkt jedoch die Steiggeschwindigkeit umgekehrt proportional zum Blasendurchmesser.

Der Transport der eingeschlossenen Gasblasen 6 beziehungsweise die Vereinigung mit dem Transportgas 10 zu größeren Blasen erfolgt dabei im Gleichstromprinzip, d.h. Transportgas 10 bzw. 12 und eingeschlossene Blasen 6 im Medium steigen in gleicher Richtung, hier durch Pfeile verdeutlicht, auf. Der Eintrag des Transportgases 10 in die Streichfarbe 3 erfolgt vorzugsweise derart, dass die aus dem Austritt 11 austretenden Blasen 12 in Auftriebsrichtung der Gasblasen 6 gerichtet sind. Die Einrichtung 9 zum Einbringen des Transportgases 10 umfasst dabei wenigstens einen, eine oder eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 11.1 bis 11.n tragenden Bereich 13, welcher sich in den Behälter 5 hineinerstreckt, insbesondere in die Streichfarbe 3. Dieser ist mit einer entsprechenden Transportgasbereitstellungseinrichtung 14 gekoppelt, welche vorzugsweise außerhalb des Behälters 5 angeordnet ist und verschiedenartig ausgeführt sein kann. Dabei kann es sich um eine separat für die Funktion der Bereitstellung des Transportgases 10 vorgesehene Einrichtung oder aber durch entsprechende Anbindung an andere Systeme um Abluft- oder ein anderes Prozessrestgas bereitstellende Einrichtungen dieser Systeme handeln. Zur Erhöhung der Kontaktfläche erfolgt die Einbringung des Transportgases 10 in Blasenform durch Düsen 15 oder Lochplatten, Lochsiebe oder Matten. Der den Austritt 11 charakterisierende Düsendurchmesser ist dabei stets kleiner als der Durchmesser der entstehenden Blasen 12. Der Austrittsdurchmesser beträgt vorzugsweise zwischen 2 und 5 mm. Dieser wird in Abhängigkeit der konkreten gewünschten zu realisierenden Größe der Blasen 12 am Austritt 11 beziehungsweise unmittelbar hinter dem Austritt 11, die mindestens durch einen Durchmesser größer als 1000 &mgr;m, vorzugsweise größer 3000 &mgr;m, besonders bevorzugt größer 5000 &mgr;m charakterisiert ist, damit eine entsprechende Aufstiegsgeschwindigkeit realisiert werden kann, um die in der Streichfarbe eingeschlossenen Gasblasen 6 auch in endlicher Zeit an die Oberfläche 7 mit aufsteigen zu lassen, festgelegt bzw. gewählt. Die Größe der einzelnen Blasen, welche vorzugsweise in idealisierter Form kugelförmig vorliegen, jedoch ihre Form in Abhängigkeit der Konsistenz der Streichfarbe 3 und mit zunehmender Größe ändern können, kann am Austritt 11 über die gewählte Form und Größe der Austrittsöffnung geändert werden. Dazu können idealisierte Berechnungsgleichungen für die Bewegung von Blasen gasförmiger Medien in Flüssigkeiten herangezogen werden, um in Abhängigkeit des gewünschten Durchmessers der zu erzeugenden Blasen 12 des Transportgases 10 im Bereich des Austrittes 11 den entsprechenden erforderlichen Düsendurchmesser zu bestimmen.

Die Einleitung des Transportgases 10 erfolgt derart, dass möglichst alle Bereiche im Behälter 5 mit den aufsteigenden Blasen 12 des Transportgases 10 erreicht werden können. Andererseits ist die Zufuhr derart zu dosieren, dass es an der Behälteroberfläche nicht zu einem übermäßigen Aufschäumen von Streichfarbe kommt. Sollte dennoch eine starke Schaumentwicklung erfolgen, sind Mittel zur Reduzierung oder Vermeidung des Aufschäumens 17 vorgesehen, welche beispielhaft mechanische oder chemische Zerstörungsmechanismen nutzen und nur schematisiert angedeutet sind. Denkbar sind mechanische Schaumzerstörer oder aber chemische Entschäumer.

Zur Steuerung des Eintrages des Transportgases 10, insbesondere des Volumenstromes und des Durchsatzes sowie der Geschwindigkeit sind ferner entsprechende Mittel 18 vorgesehen. Diese sind zwischen der Transportgasbereitstellungseinrichtung 14 und dem oder den Austritten 11 angeordnet. Bei diesen Mitteln kann es sich im einfachsten Fall um eine entsprechende Ventileinrichtung oder Drossel handeln. Denkbar sind jedoch auch andere Maßnahmen.

Um möglichst eine gleichmäßige Erzeugung von Blasen 12 aus Transportgas 10 über die gesamte Breite des Entgasungsraumes 4 zu realisieren, erfolgt der Eintrag des Transportgases 10 nicht örtlich begrenzt, d.h. punktförmig, sondern vorzugsweise, wie in 1 dargestellt über eine möglichst große Fläche des Behälters 5.

Der Entgasungsraum 4, welcher hier von einem oben offenen Behälter 5 gebildet wird, ist mit wenigstens einem Zulauf 38 und einem Ablauf 39 für das zu entgasende Medium 2 gekoppelt. Bezüglich der Anordnung von Zu- und Ablauf bestehen keine Restriktionen. Vorzugsweise ist der Zulauf 38 jedoch im Bereich des Behälterbodens 19 angeordnet. Der Ablauf 39 ist im dargestellten Fall beispielhaft ebenfalls im Bereich des Behälterbodens 19 angeordnet.

Der Behälter 5 in 1 ist als offener Behälter ausgeführt, wodurch ein automatischer Abtrag des sich an der Oberfläche 7 ansammelnden Gases erfolgt.

Um eine möglichst lange Verweildauer des Transportgases 10 im zu entgasenden Medium 2 zu gewährleisten, erfolgt die Anordnung der Einrichtung 9, insbesondere des Austritte 11 tragenden Bereiches 13 vorzugsweise im Bereich des Behälterbodens 19, zumindest jedoch in einem Mindestabstand Im zur Oberfläche 7. Dieser ist vorzugsweise größer oder gleich der Hälfte der Abmessung H zwischen Oberfläche 7 und Behälterboden 19. Im dargestellten Fall ist der Abstand größer und mit I bezeichnet.

Der Eintrag des Transportgases kann dabei beispielhaft entsprechend den in der 2 dargestellten Möglichkeiten erfolgen. Die 2a verdeutlicht dabei schematisiert stark vereinfacht den Eintrag des Transportgases 10 über einen in horizontaler Richtung, d.h. senkrecht zur Schwerkraftrichtung ausgerichteten Austritt 11. Das Transportgas 10 wird in 90° Richtung zur Auftriebsrichtung in das Streichmedium 3 eingeblasen.

Die 2b verdeutlicht demgegenüber eine Ausführung mit senkrechtem Eintrag und in Aufstiegsrichtung weisenden Austritt 11, das heißt parallel zur gewünschten Aufstiegsrichtung. Dementsprechend sind auch die einzelnen Austritte 11.1 bis 11.n angeordnet, im Einzelnen weisen diese in Richtung zur Oberfläche 7 des zu entgasenden Mediums.

Demgegenüber verdeutlicht 2c eine Ausführung mit beliebig angeordnetem Eintragswinkel, welcher hier beispielsweise mit &agr; bezeichnet ist.

Bei den in den 2a bis 2c dargestellten Möglichkeiten erfolgt der Eintrag jeweils vorzugsweise im Bereich der in vertikaler Richtung am tiefsten liegenden Begrenzungswände des Entgasungsraumes 4, insbesondere im Bereich des Behälterbodens 19. Dabei kann der Eintritt unmittelbar am Behälterboden 19 oder aber in einem Abstand zu diesem erfolgen. Vorzugsweise wird jedoch immer ein Eintrag in einem Mindestabstand Im zur Oberfläche 7 des Streichfarbenspiegels 8 gewählt, der eine entsprechende Verweildauer des Transportgases 10 in der Streichfarbe 3 ermöglicht und somit eine optimale Anlagerung der Gasblasen 6 beziehungsweise Koaleszenz zwischen diesen und dem Transportgas 10. Vorzugsweise wird dazu immer ein bestimmter Mindestabstand Im festgelegt, der für die einzelnen Behältertypen und Betriebsmittelspiegelhöhen unterschiedlich definiert sein kann oder aber als für eine Vielzahl von Behältertypen vorgegebenes Festmaß vordefiniert ist.

Wie bereits ausgeführt kann die Einbringung punktuell über einen Austritt 11, vorzugsweise jedoch über eine Vielzahl von Austritten 11.1 bis 11.n, erfolgen. Dazu können die einzelnen Austritte hinsichtlich ihrer Ausrichtung entsprechend den in den 2 dargestellten Möglichkeiten oder in Kombination dieser angeordnet sein. Um eine möglichst großflächige Überdeckung zu gewährleisten, sind immer eine Mehrzahl von Austritten 11.1 bis 11.n vorgesehen, die an entsprechenden Austrittsöffnungen tragenden Bereichen 13, welche vorzugsweise als einzeln montierbare Austrittselemente 20 ausgeführt sind, angeordnet sind. Diese Austrittselemente 20 können verschiedenartig ausgeführt sein, wie beispielhaft in den 3a bis 3e dargelegt.

Die 3a verdeutlicht dabei beispielhaft anhand einer Perspektivansicht auf ein Austrittselement 20 die Anordnung der einzelnen Austritte 11.1 bis 11.n. Das Austrittselement 20 ist hier mattenförmig ausgestaltet und besteht aus einem flächigen Grundkörper 21, der starr oder flexibel ausgeführt sein kann und die entsprechenden Austritte 11.1 bis 11.n aufweist, die im dargestellten Fall in Richtung zur Oberfläche 7 des Streichmediums 3 in Funktionslage weisen und beliebig angeordnet sein können. Denkbar sind auch winklige Ausrichtungen der Austritte, je nach Ausführung des Grundkörpers 21.

Gemäß 3b ist ebenfalls ein Grundkörper 21 vorgesehen. Dieser umfasst jedoch zur Ausbildung der einzelnen Austritte 11.1 bis 11.n eine Siebstruktur 22, im dargestellten Fall ein Lochsieb, das den vom Grundkörper 21 gebildeten Versorgungsraum 23, welcher wiederum an die Bereitstellungseinrichtung 14 für Transportgas angeschlossen ist, verschließt.

Demgegenüber verdeutlicht 3c beispielhaft eine Ausführung des Austrittselementes 20 als Rohrelement 24. Die einzelnen Austritte 11.1 bis 11.n sind hier beispielhaft am Umfang 25 angeordnet. Die Anordnung erfolgt dabei vorzugsweise in Umfangsrichtung um das Rohrelement 24 und in axialer Richtung gleichmäßig. Denkbar sind jedoch auch in Abhängigkeit des gewünschten Ergebnisses andere Anordnungen. Das Rohrelement 24 kann beliebig im Entgasungsraum 4 angeordnet werden.

3d verdeutlicht eine weitere vorteilhafte Ausführung des Austrittselementes 20 als rohr- oder schlauchartiges Element, welches in gewendelter Form 26 im Behälter angeordnet wird und sich beispielsweise mäanderförmig über den Boden 19 beziehungsweise die Erstreckung des Entgasungsraumes 4 in horizontaler Richtung erstrecken kann und als Hohlkörper ausgeführt ist, wobei dieser an seinem Außenumfang die Austrittsöffnungen 11.1 bis 11.n trägt.

Die in den 3a bis 3d dargestellten Ausführungen stellen Beispiele dar, welche vorteilhafterweise zur Anwendung gelangen können, wobei die Anwendung je nach Ausführung der Behältergeometrie und/oder Dimensionierung gewählt wird. Andere Ausführungen sind denkbar. Entscheidend ist lediglich, dass ein Großteil des Streichfarbevolumens mit dem Transportgas beaufschlagt werden kann.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind die Austrittsöffnungen 11.1 bis 11.n in ihrer Größe variabel einstellbar. 3e verdeutlicht eine konstruktiv einfache Möglichkeit der Realisierung der Verstellbarkeit der Austrittsöffnungen 11.1 bis 11.n. Das Austrittselement 20 umfasst zwei Teilelemente 42 und 43, welche Öffnungen 44 und 45 tragen, die übereinander liegend die einzelnen Austrittsöffnungen 11.1 bis 11.n bilden. Die Größe der Austrittsöffnungen 11.1 bis 11.n wird durch den Überdeckungsgrad der Öffnungen 45 und 44 an den Teilelementen 42 und 43 gebildet. Die Teilelemente 42 und 43 sind im einfachsten Fall als Blechelemente ausgeführt. Diese sind relativ zueinander verschiebbar. Im einfachsten Fall bildet das eine Teilelement 42 eine ortsfeste Wandung an der Austrittseinrichtung 20, während das zweite Teilelement 43 gegenüber Teilelement 42 verschiebbar ist. Die Verschiebbarkeit wird im einfachsten Fall mechanisch realisiert. Andere Möglichkeiten sind denkbar.

Die 4 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung anhand eines üblicherweise vorgesehenen Prozessablaufes für die Entgasung von Streichfarbe mögliche Anordnungen der Vorrichtung 1 zur Entgasung, insbesondere der Einrichtung 9 zum Einbringen des Transportgases 10 in das zu entgasende Medium in einem Farbbereitstellungssystem 40 für Auftragswerke 41. Die einzelnen dargestellten Anordnungsmöglichkeiten können dabei einzeln oder in Kombination miteinander zum Einsatz gelangen.

Das Farbbereitstellungssystem 40 umfasst eine Streichfarbenbereitstellungseinheit in Form eines Mischbehälters 27. In den Mischbehälter 27 werden die einzelnen Komponenten des Streichmediums 3 eingespeist. Nach erfolgtem Mischvorgang, das heißt nach Farbherstellung, kann hier bereits die Luft entfernt werden, die bei der Herstellung, insbesondere beim Mischen der einzelnen Komponente, in die Streichfarbe 3 eingetragen wurde. Die Anordnungsmöglichkeit ist hier mit I bezeichnet, wobei die Anordnung im Behälter in vertikaler Richtung in Abhängigkeit der Höhe des Streichfarbenspiegels 8 erfolgt. Aus dem Mischbehälter 27 gelangt nach Abschluss des Mischvorganges die Streichfarbe 3 entweder direkt in einen Arbeitsbehälter 28 oder wird vor Eintrag in den Arbeitsbehälter 28 noch in mindestens einem Zwischenlagertank 29 zwischengelagert. Aus dem Arbeitsbehälter 28 erfolgt der Austrag in einen Vakuumentlüfter 30. Eine weitere oder zusätzliche Möglichkeit der Anordnung der Einrichtung 9 zum Einbringen des Transportgases 10 in Blasenform besteht in der Anordnung II im Zwischenlagertank 29 und/oder III dem Arbeitsbehälter 28. Der Transport zwischen diesen erfolgt im einfachsten Fall mittels entsprechender, hier nicht dargestellter Pumpen. Dies gilt auch für die mögliche zusätzliche Anordnung IV im Vakuumentlüfter 30. In diesem wird das in den Anordnungsmöglichkeiten I bis III bereits vorentgaste Medium 2 in Form von Streichfarbe 3 mittels einer Fördereinrichtung, vorzugsweise einer Pumpe 31, dem Vakuumentlüfter 30 zugeführt. Dieser ist als geschlossener Behälter 32 ausgeführt und weist zumindest im Auslassbereich eine kegelförmige Gestalt auf. Dem Behälter 32 ist ein Zulauf 33 zugeordnet, welcher in Einbaulage betrachtet in den oberen Bereich des Behälters mündet. Das zugeführte Medium, welches über den Zulauf 33 dem Vakuumentlüfter zugeführt wird, trifft dabei zunächst auf einen über eine Antriebsmaschine, insbesondere Motor 34 angetriebenen Drehteller 35, von dem aus die Streichfarbe 3 nach unten in die Kegelspitze 36 läuft beziehungsweise gesteuert wird, wobei in diesem Bereich die Einrichtung zum Einbringen von Transportgas angeordnet ist. Beim Auftreffen der Streichfarbe auf den Drehteller 35 wird das Medium 2, insbesondere die Streichfarbe 3, teilentlüftet. Das Vakuum in diesem Behälter 32 wird von einer entsprechenden Vakuumpumpe 37 erzeugt. Das über die Einrichtung eingebrachte Transportgas 10 wird über entsprechende Vakuumpumpen wieder abgezogen. Dies muss bei der Auslegung der Vakuumpumpe 37 mit berücksichtigt werden.

Die 5 verdeutlicht beispielhaft anhand eines Diagramms die Entwicklung des Gasgehaltes in der Streichfarbe 3 über die Zeitdauer. Dabei wurde der Luftgehalt über die Verweildauer aufgetragen. Zum Zeitpunkt t1 wurde mit der Luftblaseninjektion, das heißt die Einbringung von Transportgas 10 in den Behälter begonnen. Der Gasgehalt konnte von 0,6 Vol.-% auf 0,2 Vol.-% innerhalb einer Zeitdauer von etwa 70 Minuten, d.h. bis zum Zeitpunkt t2 reduziert werden.

Der Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens hängt wesentlich von der ausreichenden Verweilzeit der Schleppluft vom Zeitpunkt des Einleitens in die Streichfarbe 3 bis zum Zeitpunkt der Abtrennung der Schleppluft, das heißt des Transportgases 10 zusammen mit Luftblasen 6 aus der Streichfarbe 3 ab. Die Verweilzeit kann dabei durch die Ausgestaltung der Streichfarbenführung bestimmt beziehungsweise beeinflusst werden. Um eine optimale Prozessführung zu gewährleisten, ist es dabei zweckmäßig, den Luftgehalt vor und nach der Zuführung zu messen. Je nachdem ob der Zielluftgehalt erreicht ist, wird die Verweilzeit zum Beispiel durch nachfolgend genannte Maßnahmen, insbesondere durch Durchsatzänderung der Streichfarbe 3 und/oder Schleppluft 10 und/oder Anpassung des Volumens in den einzelnen Behältern 5, in denen die Separation stattfindet, entsprechend angepasst. Bezüglich der Messverfahren bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten. Stellvertretend wird nachfolgend beschriebene Methode verwendet: Denkbar ist dabei die Verwendung von so genannten Messgeräten in Form von Sonartrackmessgeräten. Mit diesen ist es möglich, sehr niedrige Gasgehalte in der Streichfarbe mit guter Auflösung zu messen. Das Messgerät misst die durch Schallwellen verursachte Ausdehnung von mit Streichfarbe 3 durchströmten Rohrleitungen. Hierzu genügt der Schall, der im Farbbereitstellungssystem durch die Pumpen zwischen den einzelnen Behältern entsteht, aus. Das noch in der Streichfarbe vorhandene Gas verändert die Schallgeschwindigkeit. Das kommerziell erhältliche Messgerät wird dazu nur außen an die Rohrleitung geklemmt und lässt sich einfach ein- und abbauen beziehungsweise auch an andere Stellen verlegen. Das Messgerät misst nur freies Gas. Gelöstes Gas kann ebenfalls erfasst werden, indem mit zwei Geräten an zwei unterschiedlichen Stellen mit unterschiedlichem Druckniveau gemessen wird. Das Messgerät kann an unterschiedlichen Stellen im Farbbereitstellungssystem integriert werden. So kann eine Messstelle unmittelbar vor dem Entgaser, eine zweite Messstelle nach dem Entgasen beziehungsweise dem Vakuumentlüfter sowie eine dritte Messstelle unmittelbar vor einem Vorhangauftragswerk vorgesehen werden.

Die gemessen Werte können in vorteilhafter Weise zur Prozessoptimierung genutzt werden. 6 verdeutlicht beispielhaft anhand eines Signalflussbildes die Prozessführung für die Entlüftung. Demnach wird der Luft- beziehungsweise Gasgehalt vor der Zuführung von Transportgas 10 und nach der Zuführung ermittelt. Wird der Zielluftgehalt erreicht oder unterschritten, können die Prozessparameter beibehalten werden, wird dieser jedoch nicht erreicht, insbesondere ist der entsprechende Luftgehalt nach der Zuführung noch erheblich zu groß, werden die einzelnen Parameter Durchsatzänderung der Streichfarbe und/oder Schleppluft und/oder Anpassung des Volumens angepasst, bis der Zielluftgehalt erzielt wird.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, die in der Streichfarbe enthaltenen Mikroblasen, deren einzelner Durchmesser kleiner 200 &mgr;m sein kann, zu vergrößern und effektiv aus der Streichfarbe auszutragen. Die erfindungsgemäße Lösung enthält nach Anwendung der Erfindung am Beispiel der Beschichtung einer Auftragsschicht auf einer Faserbahnoberfläche keine unbedeckten Stellen mehr. Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich daher besonders für die Entgasung von Streichfarbe in so genannten Auftragsbeschichtungseinrichtungen, insbesondere Vorhangauftragswerke. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass das Streichmedium gegenüber anderen Beschichtungsverfahren eingespart wird, weil in der Regel ohne Überschuss gearbeitet wird. Dabei wird nur so viel an Auftrags- beziehungsweise Streichmedium aufgebracht, wie im Endeffekt auf der Faserstoffbahn auch verbleiben soll. Außerdem können dadurch sonst übliche Rakelelemente, die selbst einem hohen Verschleiß unterliegen, eingespart werden.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung sind damit Papiere herstellbar, die besonders gute Bedruckeigenschaften aufweisen. Die Beschichtung von Faserstoffbahnen, insbesondere solchen aus Papier oder Karton unter Einsatz eines Vorhangauftragswerkes, welches auch als Curtain Coater bezeichnet wird, ist aus der Patentliteratur, beispielsweise der DE 100 123 47 A1, vorbekannt. Das Auftragsmedium wird von oben nach unten laufend und im Wesentlichen dem Schwerkraftprinzip folgend auf die laufende Faserstoffbahn aufgetragen. Das Auftragswerk befindet sich dabei in einem vorbestimmten Abstand zur laufenden Oberfläche der Faserstoffbahn, so dass der Vorhang aus einer Düse, die durchgehend ausgebildet ist und sich über die gesamte Länge des maschinenbreiten Auftragswerkes erstreckt, frei und ungestützt herab auf die zu beschichtende oder zu imprägnierende Oberfläche herabfallen kann und sich dort in der Menge, die zugeführt wird, als Konturstrich auf der Bahnoberfläche ablegt. Damit das Streichmedium absolut gasfrei dem Auftragswerk zugeführt werden kann, ist wenigstens eine Einrichtung zur Einbringung von gasförmigem Medium zur Erzeugung von Blasen aus dem Transportgas in das Farbsystem eingebaut.

1
Vorrichtung
2
Medium
3
Streichfarbe
4
Entgasungsraum
5
Behälter
6
Gasblase
7
Oberfläche
8
Streichfarbenspiegel
9
Einrichtung
10
Transportgas
11,
11.1, 11.n
Austritt
12
Blase
13
den oder die Austritte tragender Bereich
14
Transportgasbereitstellungseinrichtung
15
Düse
16
Lochsieb
17
Mittel zur Reduzierung beziehungsweise Vermeidung des Aufschäumens
18
Mittel zur Steuerung der Zufuhr des Transportgases
19
Behälterboden
20
Austrittseinrichtung
21
Grundkörper
22
Siebstruktur
23
Versorgungsraum
24
Rohrelement
25
Umfang
26
Wendel
27
Mischeinrichtung
28
Arbeitsbehälter
29
Zwischenlagertank
30
Vakuumentlüfter
31
Pumpe
32
geschlossener Behälter
33
Zulauf
34
Motor
35
Drehteller
36
Kegel
37
Vakuumpumpe
38
Zulauf
39
Ablauf
40
Farbbereitstellungssystem
41
Auftragswerk
42
Teilelement
43
Teilelement
44
Öffnung
45
Öffnung
a
Abstand
H
Höhe Mediumspiegel
I
Abstand
dp
Blasendurchmesser


Anspruch[de]
Verfahren zur Entgasung eines flüssigen oder pastösen Mediums (2) zum Auftrag auf eine Faserstoffbahn, insbesondere eine Papier- oder Kartonbahn, insbesondere Streichmediumentgasungsverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass in das zu entgasende Medium (2) ein gasförmiges Medium unter Erzeugung von Blasen (12) als Transportgas (10) durch Anlagerung oder Koaleszenz für im zu entgasenden Medium (2) enthaltenes gasförmiges Medium (6) eingeleitet wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blasen (12) des Transportgases (10) mit mindestens einer vordefinierten Mindestgröße erzeugt werden, wobei die Mindestgröße als Funktion der Aufstiegzeit bezogen auf den erforderlichen Aufstiegsweg von der Einleitung des Transportgases (10) bis zur Oberfläche (7) des zu entgasenden Mediums (2) bestimmt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der zu bildenden Blasen (12) des Transportgases (10) als Funktion der Geometrie und/oder Abmessungen der Austrittsöffnungen (11, 11.1, 11.n) für das einzuleitende gasförmige Medium (10) im zu entgasenden Medium (2) eingestellt oder gesteuert wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zu entgasende Medium (2) in einem, einen Entgasungsraum (4) bildenden Behälter (5) unter Ausbildung eines Mediumspiegels (8) zwischengelagert oder diesen durchströmend geführt wird und das als Transportgas (10) fungierende gasförmige Medium im Bereich des Behälterbodens (19) eingeleitet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportgas (10) parallel oder in einem Winkel zur Aufstiegsrichtung der im zu entgasenden Medium (2) eingeschlossenen Gasblasen (6) eingeleitet wird. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportgas (10) entgegen der Aufstiegsrichtung der im zu entgasenden Medium (2) eingeschlossenen Gasblasen (6) eingeleitet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

7.1 der Gasgehalt im zu entgasenden Medium (2) wird vor und nach einer vordefinierten Zeitdauer nach der Einleitung des Transportgases (10) an zumindest einer Position gemessen und mit einem vordefinierten Zielgasgehalt verglichen;

7.2 nur bei Überschreitung des Zielgasgehaltes nach der vordefinierten Zeitdauer wird wenigstens einer der nachfolgenden Prozessparameter geändert:

– Durchsatz des zu entgasenden Mediums im Entgasungsraum

– Durchsatz des Transportgases (10)

– Größe der erzeugten Blasen (12) des Transportgases (10)

– Einbringgeschwindigkeit des Transportgases (10)

– Druck
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieses in einem Farbbereitstellungssystem (40) für ein Vorhangauftragswerk (41) eingesetzt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Transportgas (10) eines der nachfolgend genannten Gase eingesetzt wird:

– Kohlendioxid

– Sauerstoff

– Luft

– ein Edelgas, wie Helium, Argon.
Vorrichtung (1) zur Entgasung eines flüssigen oder pastösen Mediums (2) zum Auftrag auf eine Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn, insbesondere Streichmediumsentgasungsvorrichtung in einem, einem Auftragswerk (41) vorgeschalteten Farbbereitstellungssystem (40);

10.1 mit mindestens einem Entgasungsraum (4), welcher vom zu entgasenden Medium (2) unter Bildung eines Mediumspiegels (8) durchströmt wird oder in welchem das zu entgasende Medium (2) zumindest kurzzeitig zwischengelagert wird;

10.2 mit mindestens einer Einrichtung (9) zur Einbringung eines gasförmigen Mediums unter Erzeugung von Blasen (12) als Transportgas (10) in das zu entgasende Medium (2) durch Anlagerung und/oder Koaleszenz.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (9) zur Einbringung eines gasförmigen Mediums als Transportgas (10) wenigstens einen, vorzugsweise eine Mehrzahl von Austritten (11, 11.1, 11.n) umfasst, die im Entgasungsraum (4) angeordnet sind. Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie und/oder Dimensionierung der einzelnen Austritte (11, 11.1, 11.n) als Funktion der gewünschten Blasengröße (12) für das Transportgas (10) gewählt wird. Vorrichtung (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der einzelne Austritt (11, 11.1, 11.2) einen Austrittsdurchmesser oder eine Breite im Bereich von 1 bis 10 mm, vorzugsweise 1 bis 5 mm, besonders bevorzugt 2 bis 5 mm aufweist. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Austritte (11, 11.1, 11.2) parallel oder in einem Winkel zur Aufstiegsrichtung der Blasen (12) des Transportgases (10) ausgerichtet sind. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Austritte (11, 11.1, 11.n) in Form von Düsen (15) oder Öffnungen an einem wenigstens in einem Teilbereich flexiblen Austrittselement (20) oder einem starren Austrittselement (20) angeordnet sind. Vorrichtung (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Austritte (11, 11.1, 11.n) an wenigstens einem der nachfolgenden Austrittselemente (20) oder einer Kombination aus diesen angeordnet sind:

– einem plattenförmigen Element

– einem rohrförmigen Element

– einem mattenförmigen Element

– einem schlauchartigen Element

– einem Siebelement

– einem Element beliebiger Geometrie

– einem gewendelten schlauch- oder rohrförmigen Element.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Einstellung der Größe der einzelnen Austrittsöffnung vorgesehen sind. Vorrichtung (1) nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

18.1 das Austrittselement (20) umfasst zwei übereinander oder ineinander angeordnete, Öffnungen (43, 44) tragende Teilelemente (41, 42), wobei der Querschnitt einer Austrittsöffnung am Austrittselement (20) von den jeweils übereinander angeordneten Öffnungen (44, 43) an den einzelnen Teilelementen (41, 42) gebildet wird;

18.2 die Teilelemente (41, 42) sind relativ zueinander verschiebbar und/oder verdrehbar.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Entgasungsraum einen Bodenbereich aufweist und die Austritte (11, 11.1, 11.n) in Bodennähe angeordnet sind. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (9) zum Einbringen gasförmigen Mediums eine Transportgasbereitstellungseinheit (14) umfasst, die über Mittel (18) zur Steuerung des Durchsatzes und/oder der Volumenstromgröße des gasförmigen Mediums mit den Austritten (11, 11.1, 11.n) im Entgasungsraum (4) gekoppelt ist. Vorrichtung (1) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportgasbereitstellungseinheit (14) von einem Abluft- oder Restgassammelbehälter eines anderen Systems gebildet wird. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Entgasungsraum (4) von einem geschlossenen Behälter (5) gebildet wird, welchem Mittel (17) zum Abzug des an der Oberfläche des zu entgasenden Mediums angesammelten Gases zugeordnet sind. Vorrichtung (1) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Entgasungsraum (4) von einem Filter oder einem Vakuumentlüfter gebildet wird. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Entgasungsraum (4) von einem offenen Behälter (5) gebildet wird. Farbbereitstellungssystem (40) für ein Auftragswerk (41) zur Veredelung von laufenden Faserstoffbahnen, insbesondere ein Vorhangsauftragswerk, umfassend mindestens einen Mischbehälter (27), der mit einem Arbeitsbehälter (28) wenigstens mittelbar verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Vorrichtung (1) zur Entgasung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 24 vorgesehen ist. Farbbereitstellungssystem (40) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass dieses einen Vakuumentlüfter (30) umfasst der mit einem Ausgang aus dem Arbeitsbehälter (28) verbunden ist. Farbbereitstellungssystem (40) nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (9) zum Einbringen des Transportgases (10) im Mischbehälter (27) und/oder im Arbeitsbehälter (28) und/oder dem Vakuumentlüfter (30) angeordnet ist.






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