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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zum Beschichten von
Trägermaterialien und
zum Verbessern der Gleichmäßigkeit
ungleichmäßiger fehlerhafter
Beschichtungen (siehe beispielsweise DE-A-2.304.987).
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Allgemeiner
Stand der Technik
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Es
gibt viele bekannte Verfahren und Vorrichtungen zum Beschichten
einer sich bewegenden Bahn und anderer fester oder sich bewegender
Trägermaterialien.
Beispielsweise kann eine als "Mayer Bar" (siehe US-Patent
Nr. 1,043,021 (Mayer)) bekannte Beschichtungsvorrichtung mit gewickelten Walzen
zur Herstellung manueller Handüberzüge auf kleinen
Testbögen
verwendet werden. Man hat Papierherstellungs- und Papierbeschichtungsmaschinen gebaut,
in die eine drahtgewickelte Beschichtungswalze (mitunter als "Schabwalze" bezeichnet) auf
einer oder auf beiden Seiten der Papierbahn eingesetzt wurden, wie
zu sehen bei: Booth, G. L., "The Coating
Machine", Pulp and
Paper Manufacture, Vol. 8, Coating, Converting and Processes, Seiten
76-87 (dritte Auflage, 1990; siehe der "Champion Rod Coater" auf Seite 78) ; Booth, G. L., Evolution
of Coating, Vol. 1, (Gorham International Inc.); US-Patent Nr. 1,043,021,
Nr. 2,229,620, Nr. 2,229,621, Nr. 2,237,068 und Nr. 2,245,045; und
unter http://www.ferron-magnetic.co.uk/coatings/meterrod.htm. Manchmal
wird die drahtgewickelte Beschichtungswalze in solchen Maschinen
während des
Beschichtens langsam gedreht, damit der Draht gleichmäßig verschleißt.
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Vorrichtungen
zum Beschichten von Trägermaterialien
von begrenzter Länge
(beispielsweise kleine Bögen)
sind ebenfalls verfügbar
und können dazu
verwendet werden, Versuchs- oder Testbeschichtungen herzustellen,
ohne eine Bahnbeschichtungsvorrichtung einrichten oder betreiben
zu müssen.
Sie bestehen in der Regel aus einer Schneidvorrichtung, in der zwischen
einer Schneidkante und einer Bettplatte ein Spalt eingestellt ist,
und es wird ein Bogen durch den Spalt gezogen, während er mit Beschichtungsflüssigkeit übergossen
wird.
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Eine
weitere Vorrichtung, die eine Beschichtungsvorrichtung mit einer
schraubenartigen Walze umfasst, ist aus EP-A-1.088.595 (Stand der
Technik gemäß Artikel
54(3) EPC) bekannt.
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Kurzdarstellung
der Erfindung
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Die
US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/757,955, eingereicht
am 10. Januar 2001, mit dem Titel "Coating Device and Method" beschreibt Beschichtungsvorrichtungen
und -verfahren, bei denen sich wiederholende und zufällige Beschichtungsfehler
mittels Aufnahme- und Platzierungsvorrichtungen beseitigt oder wenigstens
deutlich verringert werden. Drehende Walzen (und insbesondere antriebslose
Walzen, die sich mit einem beschichteten Trägermaterial mitdrehen können, während es
die Walzen passiert) sind ein bevorzugter Typ von Aufnahme- und
Platzierungsvorrichtungen in der Anmeldung Nr. '955. Besonders bevorzugt sind unterschiedlich
große
Walzen oder Walzen, die mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben
werden, wobei die Größen oder
Drehzahlen (und somit die Kontaktperioden, die als die Zeit zwischen
aufeinanderfolgenden Kontakten durch einen Punkt an der Vorrichtung
mit dem Trägermaterial
definiert ist) periodisch nicht miteinander in Beziehung stehen.
Die Gleichmäßigkeit
einer Beschichtung auf einem Trägermaterial
wird verbessert, indem man die Beschichtung an einer ersten Position
mit den benetzten Oberflächen der
periodischen Aufnahme- und Platzierungsvorrichtungen kontaktiert
und die Beschichtung mit diesen benetzten Oberflächen an Positionen erneut kontaktiert,
bei denen es sich nicht um die erste Position handelt und die bezüglich ihrer
Entfernung von der ersten Position in keiner periodischen Beziehung zueinander
stehen. Die Beschichtungsvorrichtungen und -verfahren der Anmeldung
Nr. '955 können außerordentlich
gleichmäßige Beschichtungen
und außerordentlich
dünne Beschichtungen
bei sehr hohen Drehzahlen hervorbringen.
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Die
anhängige
US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/831,480, eingereicht
am 10. Januar 2002, mit dem Titel "Coating device and method using pick-and-place
devices having equal or substantially equal periods" beschreibt weitere
Beschichtungsvorrichtungen und -verfahren unter Verwendung von Aufnahme-
und Platzierungsvorrichtungen, deren Perioden des Kontakts mit einem
Trägermaterial
einander gleich oder im Wesentlichen gleich sind.
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Diese
beiden anhängigen
Anmeldungen besagen, dass es in Beschichtungssituationen mit größerer Auftragsdicke
nützlich
sein kann, die Oberflächen
von einer oder mehreren (oder sogar allen) Aufnahme- und Platzierungsvorrichtungen
mit Rillen oder Noppen zu versehen, zu ätzen oder anderweitig zu texturieren,
damit sie die größere Nassbeschichtungsdicke
verarbeiten können.
Bei der vorliegenden Erfindung werden eine Mehrzahl von drahtgewickelten
Beschichtungswalzen als Aufnahme- und Platzierungsvorrichtungen
für Beschichtungsvorrichtungen und
-verfahren verwendet, wie beispielsweise jene, die in diesen anhängigen Anmeldungen
beschrieben werden. Drahtgewickelte Beschichtungswalzen sind überall zu
geringen Kosten erhältlich
und führen
zu einer Beschichtungsvorrichtung mit einer sehr guten Leistung.
Die aufgetragene Beschichtung kann sorgfältig ohne Abfall oder Überschuss
zugemessen werden. Das endgültige Beschichtungsgewicht
kann auf einfache Weise feinabgestimmt werden. Der Bildung unkontrollierter
rollender Dämme
aus Beschichtungsflüssigkeit
an den Beschichtungswalzen wird entgegengewirkt.
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Dementsprechend
stellt die vorliegende Erfindung, wie in Anspruch 1 definiert, gemäß einem Aspekt
ein Verfahren zur Verbesserung der Gleichmäßigkeit einer Nassbeschichtung
auf einem Trägermaterial
bereit, wobei das Verfahren das Kontaktieren der Beschichtung an
einer ersten Position mit benetzten Oberflächenabschnitten von mindestens zwei
drehenden drahtgewickelten Beschichtungswalzen sowie das erneute
Berühren
der Beschichtung mit solchen benetzten Oberflächenabschnitten an einer anderen
Position oder an anderen Positionen auf dem Trägermaterial aufweist.
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Die
Erfindung stellt des Weiteren Vorrichtungen zum Ausführen der
erfindungsgemäßen Verfahren
bereit. Insbesondere stellt die Erfindung, wie in Anspruch 11 definiert,
eine Vorrichtung bereit, die zwei oder mehr drehende drahtgewickelte
Aufnahme- und Platzierungsbeschichtungswalzen aufweist, die eine
Nassbeschichtung an unterschiedlichen Positionen auf einem Trägermaterial
periodisch berühren
und erneut berühren,
wobei die Perioden der Vorrichtungen so gewählt sind, dass die Gleichmäßigkeit der
Beschichtung verbessert wird. Gemäß einem anderen Aspekt stellt
die Erfindung, wie in Anspruch 33 definiert, eine Beschichtungsvorrichtung
bereit, die eine Beschichtungsstation, die eine unebene (und vorzugsweise
diskontinuierliche) Beschichtung auf ein Trägermaterial aufträgt, und
eine Verbesserungsstation aufweist, die zwei oder mehr drehende
drahtgewickelte Aufnahme- und Platzierungsbeschichtungswalzen aufweist,
die die Beschichtung an einer anderen Position oder anderen Positionen
auf einem Trägermaterial
berühren
und erneut berühren.
Gemäß einem
weiteren Aspekt stellt die Erfindung, wie in Anspruch 40 definiert,
eine Beschichtungsvorrichtung bereit, die eine Beschichtungsstation
zum Auftragen einer unebenen (und vorzugsweise diskontinuierlichen)
Beschichtung auf ein erstes Trägermaterial,
eine Verbesserungsstation, die zwei oder mehr drehende drahtgewickelte
Beschichtungswalzen aufweist, die die Beschichtung an einer anderen
Position oder anderen Positionen auf dem ersten Trägermaterial
berühren
und erneut berühren,
sowie eine Transferstation zum Transferieren der Beschichtung vom ersten
Trägermaterial
zu einem zweiten Trägermaterial
aufweist.
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Die
Verfahren und Vorrichtungen der Erfindung ermöglichen des Weiteren ein viel
schnelleres Trocknen von Nassbeschichtungen auf einem Trägermaterial.
Gemäß einem
weiteren Aspekt umfassen die erfindungsgemäßen Verfahren daher das Trocknen
der Beschichtung durch Berühren
und erneutes Berühren
der Beschichtung mit einer Mehrzahl von drehenden drahtgewickelten
Beschichtungswalzen, und die erfindungsgemäßen Vorrichtungen enthalten
eine Trocknungsstation mit einer Mehrzahl von drehenden drahtgewickelten
Beschichtungswalzen, die ein Trägermaterial
mit einer Nassbeschichtung berühren
und erneut berühren.
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Die
Verfahren und Vorrichtungen der Erfindung ermöglichen die Herstellung von
kontinuierlichen, lückenfreien,
gleichmäßigen und
außerordentlich
dünnen
Beschichtung unter Verwendung kostengünstiger Maschinen und Anlagen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Seitenansicht von Beschichtungsfehlern auf einer
Bahn.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der eine Beschichtung
auf einer Endlosbahn zwei drahtgewickelte Beschichtungswalzen berührt.
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3 ist
eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
in der eine Gruppe von fünf
antriebslosen mitdrehenden drahtgewickelten Beschichtungswalzen
angeordnet ist.
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4 ist
eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
in der eine Gruppe von sechs angetriebenen drahtgewickelten Beschichtungswalzen
angeordnet ist.
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5 ist
eine schematische teilweise Seitenansicht eines Abschnitts einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung,
in der eine Gruppe von zwanzig antriebslosen mitdrehenden drahtgewickelten
Beschichtungswalzen angeordnet ist.
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6 ist
eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
in der ein Transferband arbeitet.
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7 ist
eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Beschichten von Trägermaterialien
von begrenzter Länge.
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8 ist
eine perspektivische Ansicht eines Bogens von begrenzter Länge, der
auf einer drehbaren Aufspannwalze angeordnet ist.
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9 ist
eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beschichten von
Trägermaterialien
von begrenzter Länge.
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Detaillierte
Beschreibung
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Die
Erfindung eignet sich besonders, aber nicht ausschließlich, zum
Beschichten sich bewegender Endlosbahnen und -bänder bzw. im Wesentlichen endloser
Bahnen und Bänder.
Im Interesse der Kürze,
und sofern der Kontext keine andere Deutung erfordert, wird eine
solche Bahn bzw. ein solches Band im vorliegenden Text gemeinsam
als "Bahn" bezeichnet. Die
Erfindung kann ebenfalls zum Beschichten von Trägermaterialien von begrenzter
Länge verwendet
werden. Im Interesse der Kürze,
und sofern der Kontext keine andere Deutung erfordert, wird ein
solches Trägermaterial
im vorliegenden Text als "Bogen" bezeichnet. Die
Bahn oder der Bogen (die bzw. der gemeinsam als "Trägermaterial" bezeichnet werden
kann) kann ohne Vorbeschichtung sein oder kann eine gehärtete Vorbeschichtung
oder eine nicht-ausgehärtete
nasse Vorbeschichtung aufweisen.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird auf das Trägermaterial eine Nassbeschichtung
aufgetragen oder ist bereits darauf vorhanden, und die Dicke wird durch
die Einwirkung einer Mehrzahl sich drehender drahtgewickelter Beschichtungswalzen,
beispielsweise Mayer Bar-Beschichtungswalzen, gleichmäßiger gemacht.
Die Beschichtungswalzen wirken auf die Nassbeschichtung ein, während das
Trägermaterial
und die Beschichtungswalzen sich relativ zueinander bewegen. Diese
Relativbewegung wird gewöhnlich
dadurch erzeugt, dass eine Bahn über
die Beschichtungswalzen bewegt wird oder dass ein Bogen auf einem
rotierenden Träger
angeordnet wird und die Beschichtungswalzen in Kontakt mit dem Bogen
gebracht werden. Die Beschichtungswalzen können sich mit der gleichen
Umfangsgeschwindigkeit wie das Trägermaterial oder mit einer
geringeren oder höheren
Drehzahl drehen. Die Beschichtungswalzen können sich gewünschtenfalls
in einer Richtung drehen, die der Bewegung des Trägermaterials entgegengesetzt
ist. Bei Anwendungen, bei denen eine Beschichtung auf einem Trägermaterial,
das eine Bewegungsrichtung hat, verbessert werden soll, ist die
Drehrichtung wenigstens einer der Beschichtungswalzen vorzugsweise
die gleiche wie die Richtung, in der sich das Trägermaterial bewegt. Besonders
bevorzugt ist die Drehrichtung wenigstens zweier Beschichtungswalzen
die gleiche wie die Richtung, in der sich das Trägermaterial bewegt. Ganz besonders
bevorzugt drehen sich alle Beschichtungswalzen in der gleichen Richtung,
in der sich das Trägermaterial
bewegt, und im Wesentlichen mit der gleichen Geschwindigkeit, mit
der sich das Trägermaterial
bewegt. Das lässt
sich bequem erreichen, indem man mitdrehende, antriebslose Beschichtungswalzen
verwendet, die an dem Trägermaterial anliegen
und durch die Bewegung des Trägermaterials
mitgezogen werden.
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Wenden
wir uns nun 1 zu. Hier befindet sich eine
Flüssigbeschichtung 11 mit
einer Nenndicke h auf einer Bahn 10. Wenn aus irgend einem Grund
eine zufällige örtliche
Spitze 12 mit einer Höhe H über die
Nenndicke hinaus abgelagert wird, oder wenn aus irgend einem Grund
eine zufällige örtliche Vertiefung
(wie beispielsweise der teilweise Hohlraum 13 mit der Tiefe
H' unterhalb der
Nenndicke oder die Lücke 14 mit
der Tiefe h) entsteht, so ist ein kurzes Stück des beschichteten Trägermaterials
fehlerhaft und kann nicht verwendet werden.
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2 zeigt
eine Beschichtungsflüssigkeit 11 auf
einer sich bewegenden Bahn 10, während sie die mitdrehenden
drahtgewickelten Beschichtungswalzen 15 und 17 berührt. Die
Beschichtungswalze 15 hat eine mittige Welle 16,
um die der Draht 20 spiralförmig herumgewunden ist. Die
Beschichtungswalze 15 erstreckt sich über die gesamte beschichtete
Breite der sich bewegenden Bahn 10. Die Beschichtungswalze 15 ist
antriebslos und dreht sich mit der Bewegung der Bahn 10 um
die Mittelachse 19 mit. Die Beschichtungswalze 17 hat
eine mittige Welle 18, um die der Draht 22 spiralförmig herumgewunden
ist. Wie in 2 gezeigt, hat die Beschichtungswalze 17 einen
kleineren Durchmesser als die Beschichtungswalze 15, doch
sie kann gewünschtenfalls
auch einen größeren oder
einen gleich großen
Durchmesser haben. Wie die Beschichtungswalze 15, erstreckt sich
auch die Beschichtungswalze 17 über die gesamte beschichtete
Breite der sich bewegenden Bahn 10, ist antriebslos und
dreht sich mit der Bewegung der Bahn 10 um die Mittelachse 21 mit.
Nach dem Anlaufen der Anlage und einigen Umdrehungen der Beschichtungswalzen 15 und 17 werden
die drahtgewickelten Oberflächen
der Beschichtungswalzen 15 und 17 mit der Beschichtungsflüssigkeit 11,
die von der Bahn 10 transferiert wird, benetzt. Beschichtungsflüssigkeit 11 füllt die
Beschichtungswalzenkontaktzonen zwischen dem Eintrittspunkt 24 und dem
Flüssigkeitsaufteilungspunkt 25 und
zwischen dem Eintrittspunkt 26 und dem Flüssigkeitsaufteilungspunkt 27.
An den Aufteilungspunkten verbleibt etwas Beschichtungsflüssigkeit
an der Bahn 10, und etwas verbleibt an der Beschichtungswalze 15 oder 17,
während
sich die Beschichtungswalzen weiterdrehen und sich die Bahn 10 an
den Beschichtungswalzen 15 und 17 vorbeibewegt.
Nach Vollendung einer Umdrehung platzieren die Beschichtungswalzen 15 und 17 jeweils
die aufgeteilte Flüssigkeit
an neuen Längspositionen
auf der Bahn 10. Auf diese Weise können Anteile einer Flüssigbeschichtung
von einer Bahnposition aufgenommen werden und an einer anderen Position
und zu einem anderen Zeitpunkt auf der Bahn abgelegt werden. Beide
Beschichtungswalzen 15 und 17 wirken in dieser
Weise.
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Die
Beschichtungswalzen können
gewünschtenfalls
nur dann in Berührung
mit der Beschichtung 11 gebracht werden, wenn ein Fehler
auftritt. Alternativ können
die Beschichtungswalzen die Beschichtung 11 unabhängig davon
berühren,
ob am Kontaktpunkt ein Fehler vorliegt oder nicht. Vorzugsweise
bleiben die sich drehenden Beschichtungswalzen in ständigem Kontakt
mit dem Trägermaterial, wobei
jeder Abschnitt der drahtgewickelten Beschichtungswalzenoberfläche periodisch
das Trägermaterial
berührt
und erneut berührt.
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In 2 sind
nur zwei Beschichtungswalzen gezeigt. Es werden aber vorzugsweise
mehr als zwei Beschichtungswalzen (beispielsweise 3, 4, 5, 10 oder
sogar 20 oder mehr Beschichtungswalzen) verwendet. Wenn
die mit Beschichtungsmaterial benetzten Oberflächen von einer Mehrzahl sich
drehender drahtgewickelter Beschichtungswalzen, wie beispielsweise
der Beschichtungswalzen 15 und 17, mit einer nassen
Flüssigbeschichtung,
wie beispielsweise der Beschichtung 11, in Kontakt gebracht
werden, so wird überschüssige Beschichtung,
wie beispielsweise die Spitze 12 in 1, aufgenommen
und an anderen Stellen auf dem Trägermaterial abgelegt. Zu diesen
anderen Positionen können
Positionen gehören,
an denen Beschichtungsmangel herrscht, wie beispielsweise der Hohlraum 13 oder
die Lücke 14 in 1,
und Positionen mit einer unterdurchschnittlichen Beschichtungsdicke.
Diese Aufnahme- und Platzierungsaktion erzeugt eine gleichmäßigere Beschichtung.
Die Verwendung von drahtgewickelten Aufnahme- und Platzierungsbeschichtungswalzen ermöglicht es,
dass die aufgetragene Beschichtung sorgfältig und ohne Abfall oder Überschuss
vordosiert werden kann. Somit kann das endgültige Beschichtungsgewicht
problemlos feinabgestimmt werden. Der Bildung unkontrollierter rollender
Dämme aus
Beschichtungsflüssigkeit
auf der Eintritts- oder Austrittsseite der Beschichtungswalzen wird
entgegengewirkt, oder sie wird ganz verhindert.
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Die
Drehperioden der Beschichtungswalzen werden vorzugsweise so gewählt, dass
ihre Wirkung nicht Beschichtungsfehler entlang des Trägermaterials
verstärkt.
Die Periode einer sich drehenden Beschichtungswalze kann anhand
der Zeit ausgedrückt werden,
welche die Beschichtungswalze braucht, um einen Anteil einer Nassbeschichtung
von einer Position entlang des Trägermaterials aufzunehmen und ihn
anschließend
an einer anderen Position abzulegen, oder sie kann anhand der Distanz
entlang des Trägermaterials
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kontakten durch einen Oberflächenabschnitt
der Beschichtungswalze ausgedrückt
werden. Wenn beispielsweise die Beschichtungswalze 15 mit
60 U/min gedreht wird und die Relativbewegung des Trägermaterials 10 bezüglich der
Beschichtungswalze 15 konstant bleibt, so ist die Periode
eine Sekunde. Die Erfindung verwendet eine Mehrzahl solcher sich
drehender Beschichtungswalzen, die vorzugsweise zwei oder mehr,
besonders bevorzugt drei oder mehr verschiedene Perioden haben.
Durch Verwenden einer zweckmäßigen Anzahl
von Beschichtungswalzen und durch eine zweckmäßige Auswahl ihrer Perioden des
Kontakts mit dem Trägermaterial
lassen sich außerordentlich
gleichmäßige Beschichtungen
bei außerordentlich
hohen Drehzahlen erreichen. Ganz besonders bevorzugt stehen Paare
solcher Perioden nicht als ganzzahlige Mehrfache von einander in
Beziehung.
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Die
Periode einer sich drehenden Beschichtungswalze kann auf vielfältige Weise
geändert
werden. Beispielsweise kann die Periode geändert werden durch Ändern der
Drehzahl, durch wiederholtes (beispielsweise ständiges) Verschieben der Beschichtungswalze
entlang des Trägermaterials
(beispielsweise bahnaufwärts
oder bahnabwärts)
relativ zu ihrer ursprünglichen
räumlichen
Position vom Standpunkt eines sich nicht bewegenden Betrachters aus
gesehen, oder durch Ändern
der Bewegungsgeschwindigkeit des Trägermaterials relativ zur Drehzahl
einer sich drehenden Beschichtungswalze. Die Periode braucht keine
ruckfrei variierende Funktion zu sein und braucht auch im zeitlichen
Verlauf nicht konstant zu sein.
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Die
Beschichtungswalzen brauchen keine unterschiedlichen Perioden zu
haben. Die Erfindung kann auch eine große Anzahl von Beschichtungswalzen
mit den gleichen oder im Wesentlichen den gleichen Platzierungsperioden
aufweisen, d. h. Beschichtungswalzen, deren Platzierungsperioden
zu einem gewünschten
Präzisionsgrad
die gleichen sind. Der gewünschte
Präzisionsgrad
schwankt je nach der Gesamtzahl solcher Beschichtungswalzen und
je nach der gewünschten
Gleichmäßigkeit
der Beschichtungsdicke. Je mehr Beschichtungswalzen verwendet werden,
desto besser sind im Allgemeinen die Ergebnisse, die mit einem bestimmten
Präzisionsgrad
bei den Platzierungsperioden erreicht werden. Beispielsweise können die
Perioden innerhalb von ±0,01
%, ±0,05
%, ±0,1
%, ±0,5
% oder ±1%
voneinander liegen, wobei eine größere Präzision (beispielsweise ±0,05 %)
in den Perioden einer großen Anzahl
von Beschichtungswalzen zu Ergebnissen führt, die im Allgemeinen denen
entsprechen, die mit geringerer Präzision (beispielsweise ±0,5 %)
in den Perioden einer kleineren Anzahl von Beschichtungswalzen erreicht
werden. Wenn zu Beginn eine diskontinuierliche oder absichtlich
unebene Beschichtung auf das Trägermaterial
aufgetragen wird, so kann eine große Anzahl von Beschichtungswalzen mit
gleichen oder im Wesentlichen gleichen Perioden verwendet werden,
um eine Beschichtung mit gleichmäßiger Dicke
zu erhalten. Die Periode der Diskontinuität oder Unebenheit der Beschichtung
wird vorzugsweise so gewählt
oder gesteuert, dass im Anschluss an den Vorbeilauf an solchen Beschichtungswalzen
eine gleichmäßige Beschichtung
vorliegt. Wenn die anfängliche
Ungleichmäßigkeit
der Beschichtung in Streifenform vorliegt, so wird vorzugsweise
die Streifenbreite oder sowohl die Streifenbreite als auch die Streifenperiode
oder die Streifenbreite und die Streifenperiode und die Walzenperiode
so gesteuert oder gewählt,
dass der gewünschte
Grad an Dickengleichmäßigkeit
in der endgültigen
Beschichtung erreicht wird.
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Weitere
Details bezüglich
der Grundprinzipien der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind
im Detail in den oben erwähnten
Anmeldungen Nr. '955
und Nr. '480 gezeigt.
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3 zeigt
eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 30,
die einen Strang aus fünf
antriebslosen, mitdrehenden drahtgewickelten Beschichtungswalzen
verwendet. Der Beschichtungswalzenstrang kann als eine "Verbesserungsstation" bezeichnet werden.
Die Beschichtungswalzen bewirken eine Verbesserung der Dickengleichmäßigkeit
einer Nassbeschichtung auf der Oberseite der Bahn 31. Die
Beschichtung wurde mittels einer in 3 nicht
gezeigten Beschichtungsvorrichtung auf die Bahn 31 aufgebracht,
bevor die Bahn 31 in die Verbesserungsstation 30 eintritt.
Die Dicke der Flüssigbeschichtung
auf der Bahn 31 variiert räumlich in bahnabwärtiger Richtung
in jedem zeitlichen Moment, da sie sich der drahtgewickelten Beschichtungswalze 32 nähert. Für einen
sich nicht bewegenden Beobachter würde die Beschichtungsdicke
zeitliche Variationen aufweisen. Diese Variation kann Übergangs-,
Zufalls-, Perioden- und Übergangsperiodenkomponenten
in bahnabwärtiger Richtung
enthalten. Die Bahn 31 wird entlang eines Pfades durch
die Station 30 geleitet und dabei durch die Mitläuferwalzen 35 und 38 mit
den drahtgewickelten Beschichtungswalzen 32, 33, 34, 36 und 37 in Kontakt
gebracht. Der Pfad ist so gewählt,
dass die nassbeschichtete Seite der Bahn in körperlichen Kontakt mit den
drahtgewickelten Beschichtungswalzen gelangt. Die drahtgewickelten
Beschichtungswalzen 32 und 34 haben den gleichen
Durchmesser. Die Durchmesser der drahtgewickelten Beschichtungswalzen 34, 36 und 37 sind
alle voneinander sowie von den Durchmessern der Beschichtungswalzen 32 und 34 verschieden.
Jeder der Beschichtungswalzen ist antriebslos und wird durch die
Bewegung der Bahn 31 gedreht.
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Sehen
wir uns für
einen Moment die drahtgewickelte Beschichtungswalze 32 an,
wo sich die Flüssigbeschichtung
am Abhebe- oder Aufteilungspunkt 32a aufteilt. Ein Anteil
der Beschichtung wird mit der Bahn weitertransportiert, und der übrige Teil
wird von der Beschichtungswalze 32 mitgenommen, während sie
sich vom Abhebepunkt 32a wegdreht. Schwankungen der Beschichtungsdicke
kurz vor dem Abhebepunkt 32a werden sowohl in der Flüssigkeitsdicke auf
der Bahn 31 als auch in der Flüssigkeitsdicke auf der Oberfläche der
Beschichtungswalze 32 gespiegelt, während die Bahn 31 und
die Beschichtungswalze 32 den Abhebepunkt 32a verlassen.
Nachdem die Beschichtung auf der Bahn 31 die Beschichtungswalze 32 zum
ersten Mal berührt
und die Beschichtungswalze 32 eine Umdrehung vollführt hat,
treffen die Flüssigkeit
auf der Beschichtungswalze 32 und ankommende Flüssigkeit
auf der Bahn 31 am anfänglichen
Kontaktpunkt 32b aufeinander, wodurch eine mit Flüssigkeit
gefüllte
Auflaufregion 32c zwischen den Punkten 32b und 32a entsteht.
Die Region 32c enthält
keine mitgerissene Luft. Für
einen sich nicht bewegenden Beobachter ist die Strömungsrate der
Flüssigkeit,
welche in diese Auflaufkontaktregion 32c eintritt, die
Summe der Flüssigkeit,
die auf der Bahn 31 herangeführt wird, und der Flüssigkeit,
die auf der Beschichtungswalze 32 herangeführt wird. Die
effektive Wirkung der Beschichtungswalze 32 besteht darin,
Material von der Bahn 31 an einer Position aufzunehmen
und einen Anteil des Materials an einer anderen Position wieder
abzulegen. In ähnlicher
Weise teilt sich die Flüssigbeschichtung
an den Abhebepunkten 33a, 34a, 36a und 37a,
und ein Anteil der Beschichtung berührt erneut die Bahn 31 an den
Kontaktpunkten 33b, 34b, 36b und 37b und
wird dort erneut aufgebracht. Das effektive Ergebnis ist eine gleichmäßigere Beschichtung
auf der Bahn, welche die Verbesserungsstation 30 verlässt.
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Ein
zufälliger
schwerer Anfangsdefekt (beispielsweise eine große Beschichtungsdickenzunahme oder
ein völliges
Fehlen von Beschichtungsmaterial) kann mit einer erfindungsgemäßen Verbesserungsstation
deutlich gemindert werden, und zwar in einem solchen Maß, dass
sie keinen Bemängelungsgrund
mehr darstellen. Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Verfahren
und Vorrichtungen kann ein neues bahnabwärtiges Beschichtungsprofil
am Austrittspunkt der Verbesserungsstation hergestellt werden. Das
heißt,
durch Verwendung mehrerer Beschichtungswalzen werden die Vielzahl
von Fehlerbildern, die durch die erste Beschichtungswalze weitergetragen
werden, durch eine zusätzliche
Vielzahl von Fehlerbildern, die durch die zweite und alle nachfolgenden
Beschichtungswalzen weitergetragen werden, modifiziert. Dies kann
in einer konstruktiven und destruktiven additiven Weise geschehen,
dergestalt, dass das effektive Ergebnis eine einheitlichere Dicke oder
eine kontrollierte Dickenänderung
ist. Es werden praktisch eine Vielzahl von Wellenformen in einer
solchen Weise addiert, dass die konstruktive und destruktive Addition
jeder Wellenform in ihrer Kombination zu einem gewünschten
Gleichmäßigkeitsgrad führt. Oder
anders ausgedrückt:
Wenn ein Beschichtungsfehler die Verbesserungsstation durchläuft, so wird
ein Anteil der Beschichtung von den erhöhten Stellen praktisch aufgenommen
und an den niedrigeren Stellen wieder abgelegt.
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4 ist
eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
in der eine Gruppe von sechs angetriebenen drahtgewickelten Beschichtungswalzen
angeordnet ist. Die Bahn 41 wurde auf beiden Seiten mittels
einer in 4 nicht gezeigten Beschichtungsvorrichtung
beschichtet, bevor die Bahn 41 in die Verbesserungsstation 40 eintritt.
Die beiden beschichteten Seiten sind in 4 als A
und B bezeichnet. Die Bahn 41 wird entlang eines Pfades
durch die Station 40 geleitet und dabei mit den drahtgewickelten
Beschichtungswalzen 42, 43, 44, 45, 46 und 47 in
Kontakt gebracht. Der Pfad ist so gewählt, dass die beschichtete
Seite A in körperlichen
Kontakt mit den Beschichtungswalzen 42, 44, 46 und 47 gelangt
und die beschichtete Seite B in körperlichen Kontakt mit den
Beschichtungswalzen 43 und 45 gelangt. Wie in 4 zu
sehen, haben die Beschichtungswalzen 42, 43, 44, 45, 46 und 47 alle den
gleichen Durchmesser. Auf der beschichteten Seite A werden die Beschichtungswalzen 42, 46 und 47 so
angetrieben, dass sie sich mit der Bahn 41 drehen, aber
mit Drehzahlen, die im Verhältnis
zueinander variieren, und die Beschichtungswalze 44 wird
so angetrieben, dass sie sich in einer Richtung dreht, die der Bewegungsrichtung
der Bahn 41 entgegengesetzt ist. Die Drehzahlen der Beschichtungswalzen 42, 44, 46 und 47 werden
so eingestellt, dass es zu einer Verbesserung der Gleichmäßigkeit
der Beschichtung auf der beschichteten Seite A kommt. Gleichermaßen wird
auf der beschichteten Seite B die Beschichtungswalze 43 so
angetrieben, dass sie sich mit der Bahn 41 dreht, und die
Beschichtungswalze 45 wird so angetrieben, dass sie sich
in einer Richtung dreht, die der Bewegungsrichtung der Bahn 41 entgegengesetzt
ist. Die Drehzahlen der Beschichtungswalzen 43 und 45 werden
so eingestellt, dass es zu einer Verbesserung der Gleichmäßigkeit der
Beschichtung auf der beschichteten Seite B kommt.
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5 ist
eine schematische teilweise Seitenansicht einer Gleichmäßigkeitsverbesserungsstation 50,
in der ein Strang aus zwanzig drahtgewickelten Beschichtungswalzen
angeordnet ist, von denen acht in 5 gezeigt
sind. Die flüssigkeitsbeschichtete
Bahn 51 ist auf ihrer Oberseite mit einem intermittierenden
Muster aus hin- und
hergehenden Streifen beschichtet, das mittels eines oszillierenden
Beschichtungsapplikators 52 über eine flexible Nadel 53 aufgetragen
wird. Das Auslassende der Nadel 53 berührt die Bahn 51 und
wischt über
die gesamte Breite der Bahn 51 hin und her. Die Oszillationsrate
und die Flüssigkeitsströmungsrate durch
die Nadel 53 bestimmen die Dicke und die Beabstandung der
Streifen, die in die Verbesserungsstation 50 eintreten.
Die Oszillationsrate und die Flüssigkeitsströmungsrate bestimmen
auch die endgültige
Beschichtungsdicke auf der Bahn 51 nach dem Verlassen der
Verbesserungsstation 50. Die Dicke der Flüssigbeschichtung auf
der Bahn 51 schwankt in bahnabwärtiger Richtung erheblich in
jedem Augenblick, da sie sich der Mitläuferwalze 56 und der
sich drehenden drahtgewickelten Beschichtungswalze 57 nähert. Für einen sich
nicht bewegenden Beobachter würde
die Beschichtungsdicke zeitliche Variationen und Diskontinuitäten aufweisen.
Die Bahn 51 wird entlang eines Pfades durch die Station 50 geleitet
und dabei über die
Mitläuferwalzen 56, 58, 60, 63, 65, 67, 68, 70 und 72 mit
den drahtgewickelten Beschichtungswalzen 57, 59, 61, 62, 64, 66, 69 und 71 in
Kontakt gebracht. Die drahtgewickelten Beschichtungswalzen 57, 59, 61, 62, 64, 66, 69 und 71 (die,
wie in 5 zu sehen, alle den gleichen Durchmesser haben)
sind antriebslos und drehen sich mit der Bewegung der Bahn 51 mit.
Die Bahn 51 bewegt sich weiter an zusätzlichen 12 Beschichtungswalzen
(und zusätzlichen
Mitläuferwalzen,
sofern erforderlich) vorbei, die in 5 nicht gezeigt
sind. Durch zweckmäßiges Einstellen
oder Auswählen
der Drehperiode der Walzen und der Breite der Streifen kann die
Beschichtung gleichmäßiger gemacht
werden.
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6 ist
eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 78,
in der ein Transferband 80 arbeitet. Das Band 80 läuft um die Steuerungseinheit 81,
die Mitläuferwalzen 83, 85, 87, 89 und 91,
die antriebslosen mitdrehenden drahtgewickelte Beschichtungswalzen 82, 84, 86, 88, 90 und 92 und
die angetriebene Stützwalze 93.
Die Beschichtungswalzen 82, 84, 86, 88, 90 und 92 haben unterschiedliche
Durchmesser und unterschiedliche Drehperioden. Die intermittierende
Beschichtungsstation 94 oszilliert eine flexible Nadel 95 über die Breite
des Bandes 80 in der Streifenbeschichtungsregion 96 hin
und her. Der aufgetragene Streifen bildet einen Zickzackmusterdefekt über die
Breite des Bandes 80 hinweg, wodurch ein intermittierender
Beschichtungsdefekt stromabwärts
der Station 94 erzeugt wird. Nach dem Anlaufen der Anlage
und einigen Umdrehungen des Bandes 80 werden das Band 80 und
die Beschichtungswalzen 82, 84, 86, 88, 90 und 92 an
ihren Oberflächen
benetzt. Die Beschichtung auf dem Band zwischen der Beschichtungswalze 92 und
der Stützwalze 93 wird
sehr gleichmäßig. Die
Ausführungsform
von 6, wie sie bis hierher beschrieben wurde, kann
dazu verwendet werden, eine gleichmäßige Beschichtung auf dem Band selbst
herzustellen oder die Gleichmäßigkeit
der Beschichtung auf einem zuvor beschichteten Band zu verbessern.
Das nasse Band 80 kann auch dazu verwendet werden, die
Beschichtung auf ein Zielbahnträgermaterial 97 zu
transferieren. Beispielsweise kann die Zielbahn 97 durch
die Antriebswalze 98 angetrieben sein und mit dem Band 80 in
Kontakt gebracht werden, während
das Band 80 um die Stützwalze 93 herumläuft. Um
die Bahn 97 zu beschichten, werden die Walzen 93 und 98 gegeneinander
gedrückt,
wodurch das Band 80 in einen Stirnkontakt mit der Bahn 97 gedrängt wird.
Nach dem Vorbeilaufen an diesem Kontaktpunkt teilt sich ein Anteil
der Flüssigbeschichtung
vom Band 80 ab und wird auf die Oberfläche der Bahn 97 transferiert.
Wenn die Vorrichtung zur kontinuierlichen Beschichtung der Zielbahn 97 verwendet
wird, so wird Flüssigkeit
vorzugsweise kontinuierlich dem Band 80 in der Region 96 bei
jeder Bandumdrehung zugeleitet und kontinuierlich an dem Kontaktpunkt
zwischen den Walzen 93 und 98 entfernt. Weil nach
dem Anlaufen der Anlage das Band 80 bereits mit Flüssigkeit
beschichtet ist, gibt es in der Streifenbeschichtungsregion 96 keine Dreiphasenbenetzungsgrenze
(Luft, Beschichtungsflüssigkeit
und Band). Dadurch ist das Aufbringen der Beschichtungsflüssigkeit
viel einfacher als beim direkten Beschichten einer trockenen Bahn.
Da am Kontaktpunkt der Walzen 93 und 98 nur etwa
die Hälfte
der Flüssigkeit
transferiert wird, ist der prozentuale Anteil der Dickenungleichmäßigkeit
stromabwärts
der Region 96 im Allgemeinen viel geringer (beispielsweise
bis zu einer halben Größenordnung), als
wenn eine trockene Bahn ohne Transferband in Streifen beschichtet
wird und die auf diese Weise beschichtete Bahn durch eine erfindungsgemäße Verbesserungsstation
mit der gleichen Anzahl von Beschichtungswalzen geleitet wird.
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Wenn
die Flüssigkeitsmenge,
die für
die gewünschte
durchschnittliche Beschichtungsdicke benötigt wird, intermittierend
auf das nasse Band 80 oder auf ein anderes Zielträgermaterial
aufgetragen wird, so werden die Periode und die Anzahl der drahtgewickelten
Beschichtungswalzen vorzugsweise anhand des größten Abstandes zwischen jeweils
zwei benachbarten bahnabwärtigen
Beschichtungsauftragspunkten gewählt.
Ein wesentlicher Vorteil eines solchen Verfahrens besteht darin,
dass es oft einfach ist, kräftige,
quer zur Bahn verlaufende Streifen oder Beschichtungszonen auf einem
Band oder einem anderen Zielträgermaterial
herzustellen, aber schwierig ist, dünne, gleichmäßige und
kontinuierliche Beschichtungen herzustellen. Ein weiteres wichtiges
Attribut eines solchen Verfahrens ist, dass es Vordosierungsmerkmale
aufweist, insofern, als die Beschichtungsdicke durch Einstellen
der Menge an Flüssigkeit,
die auf die Bahn oder ein anderes Zielträgermaterial aufgetragen wird,
kontrolliert werden kann.
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Obgleich
eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Band 80 und
den Beschichtungswalzen, die in 6 gezeigt
sind, oder zwischen dem Band 80 und der Bahn 97 verwendet
werden kann, wird vorzugsweise keine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen
dem Band 80 und den Beschichtungswalzen 82, 84, 86, 88, 90 und 92 oder
zwischen dem Band 80 und der Bahn 97 verwendet.
Dies vereinfacht die Mechanik der Vorrichtung. Die Bahn 97 kann
auch (beispielsweise durch die Walze 98) in Gegenrotation
zum Band 80 angetrieben sein.
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7 zeigt
eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zum
Beschichten von Trägermaterialien
von begrenzter Länge.
Die drahtgewickelten Beschichtungswalzen 112 und 114 sind
in (in 7 nicht gezeigten) reibungsarmen Lagern, die in
Lagerböcken 115 und 116 auf
einer Grundplatte 118 untergebracht sind, gelagert. Die
Beschichtungswalzen 112 und 114 sind horizontal
parallel voneinander beabstandet. Bei der in 7 gezeigten
Ausführungsform
sind die Beschichtungswalzen 112 und 114 gleich
groß. Die
Beschichtungswalzen können
gewünschtenfalls auch
unterschiedlich groß sein.
Des Weiteren können
auch mehr als zwei Beschichtungswalzen verwendet werden. Die Beschichtungswalze 112 und/oder
die Beschichtungswalze 114 können durch eine in 7 nicht
gezeigte drehzahlvariable Antriebsvorrichtung mit Drehzahlen von
beispielsweise 1 bis 1.000 Umdrehungen in der Minute angetrieben werden.
Die sich drehende Stütz-
oder Aufspannwalze 120 ist mit einem Gummiüberzug 122 und
einem Bogen 124 versehen. Der Bogen 124 hat eine
begrenzte Länge,
und Enden 126, 128 des Bogens 124 überlappen
sich geringfügig
in der Region 130. Die Walze 120 ruht in dem Spalt
zwischen – und
wird getragen durch – die
Beschichtungswalzen 112 und 114. Die Durchmesser
und Achsen der Beschichtungswalzen 112 und 114 und
der Aufspannwalze 120 sind vorzugsweise sorgfältig eingestellt
und aufeinander ausgerichtet, wobei Durchmesser und Geradheit vorzugsweise
Toleranzen von ±10
Mikrometern aufweisen. Das Gewicht der Walze 120 erzeugt eine
Quetschkraft, die einen engen Kontakt zwischen dem Bogen 124 und
den Beschichtungswalzen 112 und 114 an den Kontaktpunkten 132 und 134 fördert. Ein
Anschlag 136 und ein weiterer (in 7 nicht
gezeigter) Anschlag am anderen Ende der Walze 120 verhindern
eine seitliche Axialbewegung der Walze 120. Wenn sich die
angetriebene Beschichtungswalze 112 dreht, so werden die
Beschichtungswalze 114 und die Walze 120 durch
Oberflächentraktion
mit fast der gleichen Oberflächengeschwindigkeit
wie die Beschichtungswalze 112 angetrieben.
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Beschichtungsflüssigkeit
von der Spritzpumpe 138 wird über die Leitung 140 und
den Zufuhrblock 142 zur Nadel 144 geleitet. Der
oszillierende Mechanismus 146 bewegt die Nadel 144 über der Oberfläche der
Walze 120 hin und her. An jedem Ende des Oszillationshubes
ist eine Ruheposition vorgesehen. Eine Ablenkplatte 148 und
eine weitere (in 7 nicht gezeigte) Ablenkplatte
am anderen Ende der Walze 120 fangen den Strom der Beschichtungsflüssigkeit
an jedem Ende des Hubes des Mechanismus' 146 ab. Der Spalt zwischen
den Ablenkplatten steuert die Beschichtungsbreite auf der Walze 120,
und die Platten führen überschüssige Beschichtungsflüssigkeit
in eine Auffangschale 150 ab.
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8 ist
eine perspektivische Ansicht eines Bogens 124 von begrenzter
Länge,
der auf einer drehbaren Aufspannwalze 120 angeordnet ist.
Wie in 8 zu sehen, stoßen die Enden 126, 128 des
Bogens 124 aneinander. Die Enden 126, 128 können aber
auch einander überlappen,
wie in 7 gezeigt, oder können einen schmalen Spalt zwischen
sich aufwiesen, sofern das gewünscht
ist. Die Tragachse 167 trägt die Walze 120.
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9 ist
eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 170.
Die Vorrichtung 170 gleicht der Vorrichtung 110 von 7,
ist aber so konstruiert, dass die Beschichtungsflüssigkeit
auf einen erhöhten
Abschnitt 168 auf der Beschichtungswalze 112 anstatt
auf den Bogen 124 auf der Walze 120 aufgetragen
wird. Die Vorrichtung 170 ist portabel und kann beispielsweise
auf einer Werkbank verwendet werden. Die Walze 120 liegt
zwischen den Beschichtungswalzen 112 und 114 und wird
von diesen getragen. Die Beschichtungswalzen 112 und 114 sind
in reibungsarmen Lagern 162, die in Lagerböcken 115 bzw. 116 auf
einer Grundplatte 118 untergebracht sind, gelagert. Ein
sich drehender Anschlag 135 auf einem Stützpfosten 137 begrenzt eine
Seitwärtsbewegung
der Walze 120. Die Rotationskraft wird der Beschichtungswalze 112 durch
den drehzahlvariablen Antriebsmotor 172 über eine Kupplung 174 zugeführt. Die
Drehzahl des Motors 172 (und daraus resultierend die Drehzahl
der Beschichtungswalze 112) wird über den Stromschalter 175 und
ein Potenziometer 176 in dem Gehäuse 178 gesteuert.
Eine Signallampe 177 zeigt an, dass am Motor 172 Strom
anliegt. Ein oszillierender Mechanismus 146 bewegt die
Zufuhrleitung 140 und die Nadel 144 entlang Schienen 180 infolge
der Wirkung der sich drehenden, schraubenförmig gewundenen Antriebsspindel 182 hin
und her. Der Stromschalter 184 und eine (in 9 nicht
gezeigte) herkömmliche Drehzahlregulierungsvorrichtung
regeln die Drehzahl der Antriebsspindel 182 und die Oszillationsrate
des Mechanismus' 146.
Wasserwaagenlibellen 186 und Nivellierungsschrauben 188 unterstützen die
Nivellierung der Vorrichtung 170. Ein Griff 190 ermöglicht es,
die Vorrichtung 170 von einem Ort zum andern zu bewegen.
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Die
Grundprinzipien der Arbeitsweise der in den 7 bis 9 gezeigten
Vorrichtungen sind in der anhängigen
US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 10/044,276, eingereicht
am 10. Januar 2002, mit dem Titel "Sheet Coater" näher
beschrieben. Das Beschichten eines Musterbogens ist mittels solcher
Vorrichtungen möglich,
indem man zunächst den
Bogen 124 mittels einer zweckmäßigen Aufspanntechnik auf der
Walze 120 anordnet. Wenn der Bogen 124 geeignete
dielektrische Eigenschaften aufweist, so reichen die elektrostatischen
Kräfte
in der Regel aus, den Bogen 124 an seinem Platz zu halten,
ohne dass weitere Befestigungstechniken nötig wären. Als nächstes wird die Walze 120 neben den
Beschichtungswalzen 112 und 114 (und weiteren Beschichtungswalzen,
sofern vorhanden) dergestalt angeordnet, dass der Bogen 124 zwischen
der Walze 120 und den Beschichtungswalzen eingequetscht wird.
Das Gesamtvolumen an Beschichtungsflüssigkeit, das benötigt wird,
um die gewünschte
Beschichtungsdicke zu erreichen, kann im Voraus berechnet werden.
Unter der Maßgabe
gleicher Filmaufteilungen an den Kontaktpunkten, beispielsweise
den Kontaktpunkten 132 und 134 in 7,
ist das Gesamtvolumen an Beschichtungsflüssigkeit gleich der gewünschten
Dicke mal der benetzten Oberfläche.
Diese benetzte Oberfläche
ist gleich der benetzten Oberfläche
aller Beschichtungswalzen, beispielsweise der Beschichtungswalzen 112 und 114,
plus der benetzten Oberfläche
auf der Walze 120. Als nächstes wird das gewünschte Volumen
an Beschichtungsflüssigkeit
in Form eines einzigen oder einer Mehrzahl von Flüssigkeitsstreifen über die
gesamte Länge
wenigstens einer der Beschichtungswalzen, beispielsweise Beschichtungswalze 112 oder 114,
oder über
die Vorderseite des Bogens 124 auf der Walze 120 aufgetragen.
Der Auftrag der Beschichtungsflüssigkeit
kann bequem in der Weise ausgeführt
werden, dass man die Beschichtungsflüssigkeit durch die Nadel 144 ausfließen lässt, während die
Nadel 144 sich hin und her bewegt. Durch Variieren der
Anzahl der Streifen und der Strömungsrate
aus der Nadel 144 lässt
sich die gewünschte
endgültige
Dicke auf dem Bogen 124 sehr genau steuern. Die aufgetragenen
Beschichtungsflüssigkeitsstreifen
können
an zufälligen
oder an bestimmten Stellen auf einer oder mehreren Beschichtungswalzen
oder auf dem Bogen 124 angeordnet werden. Eine verbesserte
Gleichmäßigkeit
für eine
bestimmte Anzahl an Umdrehungen lässt sich erreichen, wenn die
Streifenbreite und -anordnung zweckmäßig optimiert werden. Es ist
bevorzugt, eine Beschichtungswalze oder den Bogen 124 streifenweise
zu beschichten, anstatt eine gleichmäßige Beschichtung der Beschichtungswalze
oder des Bogens 124 zu versuchen, weil es viel einfacher
ist, eine ungleichmäßige Beschichtung
aus dickeren Streifen aufzutragen, als eine gleichmäßige dünne Beschichtung
aufzutragen. Die Strömungsrate
der Flüssigkeit wird
während
des Auftragens vorzugsweise konstant gehalten, um eine gute Gleichmäßigkeit
der Endbeschichtung über
die Bahnbreite hinweg zu fördern. Die
anfängliche
in Längsrichtung
verlaufende ungleichmäßige Beschichtung
auf der Beschichtungswalze oder dem Bogen 124 wird in eine
gleichmäßige Beschichtung
umgewandelt, indem man die Walze 120 eine Mehrzahl an Umdrehungen
drehen lässt, woraufhin
benetzte und zu benetzende Oberflächenabschnitte des Bogens 124 und
der Beschichtungswalzen einander an aufeinanderfolgend unterschiedlichen
Positionen berühren
und erneut berühren.
Dadurch wird die Beschichtungsflüssigkeit
vom Bogen 124 aufgenommen und wieder auf dem Bogen 124 abgelegt.
Die Beschichtung wird rasch viel gleichmäßiger. Wenn beispielsweise
bei der in 9 gezeigten Vorrichtung der
drehzahlvariable Antriebsmotor 172 in Betrieb gesetzt wird,
so drehen sich die Beschichtungswalzen 112 und 114 und
die Aufspannwalze 120 alle mit ungefähr der gleichen Oberflächengeschwindigkeit.
Eine Beschichtung mit sehr gleichmäßiger Dicke erhält man,
indem man die Walze 120 eine geeignete Anzahl von Umdrehungen dreht
(beispielsweise 10 oder mehr, 20 oder mehr oder sogar 100 oder mehr
Umdrehungen) und indem man die Breite der aufgetragenen Streifen
und die Drehperioden der Beschichtungswalzen richtig steuert. Nach
Vollendung der gewünschten
Anzahl von Umdrehungen wird der Bogen 124 von der Walze 120 abgenommen
trocknen oder aushärten
gelassen, sofern gewünscht.
Zur Vereinfachung der Herunternahme des Bogens 124 kann
die Walze 120 von der erfindungsgemäßen Vorrichtung heruntergehoben
und auf einem geeigneten Ständer
oder einer Werkbank abgelegt werden. Aufgrund des Gewichts der Walze 120 kann
es jedoch etwas schwierig sein, die Walze 120 von Hand
aufzunehmen. Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen
können
mit einer geeigneten Hebevorrichtung versehen sein (beispielsweise
mit druckluftbetriebenen Hubvorrichtungen, mit denen die Walze 120 angehoben
werden kann), um das Herunternehmen des Bogens 124 zu unterstützen.
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Bei
jeder der erfindungsgemäßen Vorrichtungen
kann ein bestimmtes Verhalten der Beschichtungsflüssigkeit,
wie beispielsweise Trocknen, Aushärten, Gelieren, Kristallisation
oder Phasenänderung
im Lauf der Zeit Beschränkungen
auferlegen. Wenn die Beschichtungsflüssigkeit eine flüchtige Komponente
enthält,
so kann in der Zeit, die erforderlich ist, um Hunderte oder Tausende
Umdrehungen der Beschichtungswalzen auszuführen, eine Trocknung in einem
Ausmaß stattfinden,
das zum Verfestigen der Flüssigkeit
führen
kann. Eine Phasenänderung,
die aus irgend einem Grund stattfindet, während die Beschichtungswalzen
mit dem Trägermaterial
in Kontakt stehen, führt
in der Regel zu Unterbrechungen und Mustern in der aufgetragenen
Beschichtung. Daher ist es im Allgemeinen vorzuziehen, den gewünschten
Grad an Beschichtungsgleichmäßigkeit
mit möglichst
wenig Umdrehungen herzustellen.
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Für die erfindungsgemäßen Vorrichtungen lassen
sich weitere Leistungsverbesserungen erreichen, indem man die Beschichtungswalzen
unter Nutzung eines periodischen oder zufälligen Drehzahlunterschieds
mit variablen Drehzahlen betreibt. Eine Geschwindigkeitsvariation
kann beispielsweise erreicht werden, indem man die Walzen unabhängig voneinander
mit separaten Motoren antreibt und die Motordrehzahlen elektrisch
variiert. Dem Fachmann ist klar, dass auch eine Vielzahl von mechanischen Drehzahlveränderungsvorrichtungen
verwendet werden können,
beispielsweise Variogetriebe, Riementrieb- oder Getriebeketten-und-Kettenrad-Systeme, bei
denen der Durchmesser einer Antriebsscheibe oder eines Kettenrades
geändert
wird, oder schlupfbegrenzte Kupplungen oder Abbremsen zum Zweck der
Verlangsamung der Drehperiode. Zu weiteren Techniken zum Variieren
der Drehperiode der Oberfläche
eines sich drehenden Körpers
relativ zu einem anderen sich drehenden Körper gehört das Variieren der Größe des ersten
Körpers,
während
seine Oberflächengeschwindigkeit
konstant gehalten wird (beispielsweise durch Volumenvergrößerung oder
-verkleinerung oder anderweitiges Ausdehnen oder Schrumpfen der
Aufspannrolle 120 bei der in 9 gezeigten
Vorrichtung). Wenn die drahtgewickelten Beschichtungswalzen aus
einem Wärmeausdehnungsmaterial
bestehen, so können
die Größen der Beschichtungswalzen
(und die Perioden der Beschichtungswalzen) ebenfalls verändert werden,
indem man die Beschichtungswalzen bei unterschiedlichen Temperaturen
betreibt. Des Weiteren kann die Position einer Beschichtungswalze
während
des Betriebes verändert
werden. Beispielsweise kann man an das Ende – und parallel zu – einer
Welle 16 der Beschichtungswalze 15 eine Kraft
anlegen, um zu bewirken, dass die Beschichtungswalze 15 relativ
zur Bahn 10 von 1 hin und her oszilliert. Diese
Bewegung induziert eine seitwärtige
Querbewegung der Flüssigkeit
und verbessert die Gleichmäßigkeit der
Beschichtung insgesamt, besonders wenn die Bahn anfangs mit einem
Streifen beschichtet wurde, der über
die Breite der Bahn nicht genügend
einheitlich war. Alle oben genannten Variationen sind nützlich,
und alle können
dazu verwendet werden, die Leistung der erfindungsgemäßen Vorrichtungen
und Verfahren sowie die Gleichmäßigkeit
der Dicke der fertigen Beschichtung zu beeinflussen und zu verbessern.
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Es
können
eine Vielzahl von Geschwindigkeitsänderungsfunktionen verwendet
werden, beispielsweise zufällige
oder kontrollierte Änderungen, beispielsweise
periodische und nicht-periodische Änderungen, Zufallsverläufe, zeitliche
Linearanstiegsfunktionen und intermittierende Änderungen. Alle können dazu
dienen, die Anzahl der Beschichtungswalzen oder die Anzahl der Beschichtungswalzenumdrehungen
zu verringern, die nötig
sind, um gleichmäßige Beschichtungen
auf Trägermaterialien herzustellen.
Es wurde festgestellt, dass sehr kleine Variationen bei den Drehperioden
oder Oberflächengeschwindigkeiten
der Beschichtungswalzen besonders nützlich sind. Bei den in den 7 bis 9 gezeigten
Vorrichtungen zum Beispiel besteht ein bevorzugter Modus der Geschwindigkeitsänderung
darin, den Oberflächengeschwindigkeitsunterschied zwischen
einer Beschichtungswalze 112 oder 114 und einer
Aufspannwalze 120 sinusförmig zu variieren, während sich
die Walze 120 dreht. Verbesserte Ergebnisse erhält man mit
kleinen Geschwindigkeitsänderungen
mit Amplituden von gerade einmal 0,5 Prozent des Durchschnitts.
Oft ist es zweckmäßig, Änderungen
mit größeren Amplituden
zu vermeiden, besonders wenn große Umdrehungszahlen der Walze 120 verwendet
werden, um die Entstehung von Wärme
infolge übermäßig hoher
Geschwindigkeitsunterschiede zu vermeiden.
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Die
Beschichtungsflüssigkeit
kann anfänglich
in einer Vielzahl von unebenen Mustern, die keine Streifen sind,
und mittels anderer Verfahren als mit den oben besprochenen Oszillationsnadelapplikatoren
aufgetragen werden. Beispielsweise kann auf das Trägermaterial
oder auf eine Beschichtungswalze mittels eines geeigneten kontaktfreien
Sprühkopfes
oder einer anderen tropfenerzeugenden Vorrichtung ein Tropfenmuster
aufgesprüht
werden. Als Beispiele für
geeignete tropfenerzeugende Vorrichtungen seien Punktquellendüsen wie
beispielsweise luftlose, elektrostatische, Schleuderscheiben- und Druckluftsprühdüsen genannt.
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Linienstrahlzerstäubungsvorrichtungen
sind ebenso bekannt und zweckmäßig. Die
Tröpfchengröße kann
von sehr groß (beispielsweise
größer als
1 Millimeter) bis sehr klein reichen. Die Düse(n) können hin und her oszillieren,
beispielsweise in einer Weise, die dem oben angesprochenen Nadelapplikator ähnelt. Besonders
bevorzugte tropfenerzeugende Vorrichtungen sind in den anhängigen US-Patentanmeldungen
mit den Seriennummern 09/841,380 mit dem Titel "Electrostatic spray coating apparatus
and method" und
09/841,381 mit dem Titel "Variable
electrostatic spray coating apparatus and method", beide eingereicht am 24. April 2001
beschrieben.
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Die
Nutzeffekte der vorliegenden Erfindung lassen sich für jede konkrete
Anwendung experimentell austesten oder simulieren. Es können zahlreiche Kriterien
angelegt werden, um die Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Beschichtung zu
messen. Beispiele sind Dickenstandardabweichung, das Verhältnis von
Mindest- oder Höchstdicke
zur durchschnittlichen Dicke, Bereich (definiert als Höchstdicke
minus Mindestdicke im zeitlichen Verlauf an einem festen Beobachtungspunkt)
und Verkleinerung der Lückenfläche. Beispielsweise
lassen sich mittels der vorliegenden Erfindung Bereichsverkleinerungen
von mehr als 75 %, mehr als 80 %, mehr als 85 % oder sogar mehr
als 90% erreichen. Bei diskontinuierlichen Beschichtungen (oder
anders ausgedrückt:
Beschichtungen, die anfänglich
Lücken
aufweisen) ermöglicht
die Erfindung Verkleinerungen der Gesamtlückenfläche von mehr als 50 %, mehr
als 75 %, mehr als 90 % oder sogar mehr als 99 %. Mit diesem Verfahren
lassen sich lückenfreie
Beschichtungen herstellen. Dem Fachmann leuchtet ein, dass der gewünschte Verbesserungsgrad
der Beschichtungsgleichmäßigkeit
von vielen Faktoren abhängt,
einschließlich
der Art der Beschichtung, der Beschichtungsanlagen und der Beschichtungsbedingungen und
der vorgesehenen Nutzung des beschichteten Trägermaterials.
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Mittels
der Erfindung kann man 100 %-ige Feststoffbeschichtungszusammensetzungen
zu lückenfreien
oder im Wesentlichen lückenfreien
ausgehärteten
Beschichtungen mit sehr geringen durchschnittlichen Dicken umwandeln.
Es lassen sich beispielsweise problemlos Beschichtungen mit Dicken von
weniger als 5 Mikrometern herstellen. Beschichtungen mit Dicken
von mehr als 5 Mikrometern lassen sich ebenso herstellen. In solchen
Fällen
eignen sich die drahtgewickelten Oberflächen der Beschichtungswalzen
besonders zur Verarbeitung der größeren Nassbeschichtungsdicke.
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Eine
Beschichtung, die zufällige
oder periodische Bereiche mit zu wenig Beschichtungsmaterial aufweist,
kann analysiert werden, indem man die Beschichtung betrachtet, die
aus einer gleichmäßigen Grundbeschichtung
unter einer lückenhaltigen
Beschichtung von gleicher Zusammensetzung besteht. Die im vorliegenden
Text beschriebenen Vorrichtungen nehmen die oberste lückenhaltige
Beschichtung in ähnlicher
Weise auf und legen sie an anderer Stelle wieder ab, wie sie es
im Fall einer alleinigen lückenhaltigen
Beschichtung tun. Die im vorliegenden Text offenbarten Lehren für eine lückenhaltige
Beschichtung gelten somit ebenso für eine lückenfreie, aber ungleichmäßige Beschichtung,
die Beschichtungsvertiefungen enthält. In ähnlicher Weise können periodische
oder zufällige Überschüsse in einer
Beschichtung analysiert werden, indem man die Beschichtung betrachtet,
die aus einer gleichmäßigen Grundbeschichtung
unter einer diskontinuierlichen Deckbeschichtung besteht. Die im
vorliegenden Text offenbarten Lehren für eine lückenhaltige Beschichtung gelten
somit ebenso für
eine lückenfreie,
aber ungleichmäßige Beschichtung,
die Beschichtungsüberhöhungen enthält.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die erfindungsgemäßen Vorrichtungen
und Verfahren die Trocknungsrate flüchtiger Flüssigkeiten auf dem Trägermaterial
erhöhen.
Das Trocknen erfolgt oft, nachdem ein Trägermaterial gewaschen oder
durch eine Behandlungsflüssigkeit
geleitet wurde. Das vorrangige Verfahrensziel besteht hier nicht darin,
eine Flüssigbeschichtung
aufzutragen, sondern Flüssigkeit
zu entfernen. Beispielsweise findet man gewöhnlich Flüssigkeitstropfen, -pfützen oder -filme
bei Verfahrensschritten wie Plattieren, Beschichten, Ätzen, chemische
Behandlung, Bedrucken und Längsschlitzen
sowie Waschen und Reinigen in der Elektronikindustrie. Wenn eine
Flüssigkeit in
Form von Tropfen, Pfützen
oder Beschichtungen von unterschiedlicher Gleichmäßigkeit
auf ein Trägermaterial
aufgebracht wird oder darauf vorhanden ist und ein trockenes Trägermaterial
gewünscht
wird, so muss die Flüssigkeit
entfernt werden. Dieses Entfernen kann beispielsweise durch Verdampfen
oder durch Umwandeln der Flüssigkeit
in einen festen Rückstand
oder Film erfolgen. In industriellen Umfeldern erfolgt das Trocknen
in der Regel in einem Ofen. Die Zeit, die zum Herstellen eines trockenen
Trägermaterials
benötigt
wird, ist durch die Zeit beschränkt, die
zum Trocknen der größten vorhandenen
Dicke benötigt
wird. Herkömmliche
Umluftöfen
erzeugen einen gleichmäßigen Wärmetransfer
und bewirken keine höhere
Trocknungsrate an Stellen von größerer Dicke.
Dementsprechend muss der Ofen in Konstruktion und Größe auf die
höchste
zu erwartende Trocknungslast ausgelegt sein.
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Die
erfindungsgemäßen Vorrichtungen
und Verfahren erhöhen
die Trocknungsrate des Trägermaterials
deutlich und verkürzen
beträchtlich
die zur Herstellung eines trockenen Trägermaterials benötigte Zeit.
Ohne an Theorie gebunden sein zu wollen, wird davon ausgegangen,
dass der wiederholte Kontakt der Nassbeschichtung mit den Beschichtungswalzen
die dem Trocknungseinfluss unterliegende Flüssigkeitsoberfläche vergrößert, wodurch
die Rate des Wärme-
und Massentransfers erhöht
wird. Das wiederholte Aufteilen, Entfernen und erneute Ablagern
von Flüssigkeit
auf dem Trägermaterial
kann ebenfalls die Trocknungsrate erhöhen, indem Temperatur- und Konzentrationsgradienten
sowie die Wärme-
und Massentransferrate erhöht
werden. Des Weiteren können
die Nähe
der Beschichtungswalzen zum benetzten Trägermaterial sowie die Bewegung der
Beschichtungswalzen am benetzten Trägermaterial helfen, ratenbegrenzende
Grenzschichten nahe der Oberfläche
der Nassbeschichtung aufzubrechen. Es hat den Anschein, dass alle
diese Faktoren den Trocknungsvorgang unterstützen.
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Die
erfindungsgemäßen Vorrichtungen
und Verfahren können
dafür verwendet
werden, Beschichtungen auf einer Vielzahl flexibler oder starrer Trägermaterialien,
beispielsweise Papier, Kunststoffen, Glas, Metallen und Verbundmaterialien,
aufzubringen, gleichmäßiger zu
machen oder zu trocknen. Die Trägermaterialien
können
eine Vielzahl von Oberflächentopografien
aufweisen, beispielsweise glatte, texturierte, gemusterte, mikrostrukturierte
und poröse
Oberflächen
(beispielsweise glatte Filme, wellige Filme, prismatisch-optische
Filme, elektronische Schaltkreise und Vliesbahnen). Die Trägermaterialien
können
eine Vielzahl von Einsatzzwecken haben, beispielsweise als Bänder, Membranen
(beispielsweise Brennstoffzellenmembranen), Isolierungen, optische
Filme oder Komponenten, elektronische Filme, Komponenten oder Vorläufermaterialien davon
und dergleichen. Die Trägermaterialien
können
eine oder viele Schichten unter der Deckschicht aufweisen. Die verschiedenen
Ausführungsformen der
Erfindung eignen sich besonders zum Herstellen von 100 %-igen Feststoffbeschichtungen,
Präzisionsbeschichtungen
und extrem dünnen
Beschichtungen. Die in den 7 bis 9 gezeigten Ausführungsformen
der Erfindung eignen sich besonders zum raschen Auswerten einer
Reihe von beschichteten Trägermaterialien
vor dem Übergang
zur Massenproduktion von Bahnen, zum Erarbeiten von Kalibrierungsstandards
und zum Modifizieren der optischen, chemischen, mechanischen oder
elektrischen Eigenschaften der Bogenoberfläche, ohne auf Handüberzüge oder
auf eine starke Verdünnung
einer Beschichtungsrezeptur mit Lösemitteln oder Wasser zurückgreifen
zu müssen.
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Die
Erfindung kann auch dafür
benutzt werden, eine oder mehrere voneinander unterscheidbare Beschichtungsspuren
auf einem Trägermaterial herzustellen.
Die Erfindung kann somit beispielsweise eine einzelne Beschichtungsspur
auf dem Trägermaterial
herstellen, die auf einer oder auf beiden Seiten durch eine oder
mehrere Spuren ohne Beschichtung begrenzt ist. Die Erfindung kann
ebenso zwei oder mehr Spuren herstellen, welche dieselbe Rezeptur
oder zwei oder mehr unterschiedliche Rezepturen enthalten und durch
eine oder mehrere Spuren ohne Beschichtung voneinander getrennt
sind. Die Erfindung kann ebenso zwei oder mehr benachbarte Spuren
herstellen, welche zwei oder mehr unterschiedliche Rezepturen enthalten.
Weil die Menge an aufgetragener Beschichtungsflüssigkeit so vordosiert werden
kann, dass der Entstehung rollender Flüssigkeitsdämme hinter den Beschichtungswalzen
entgegengewirkt oder eine solche Entstehung gänzlich verhindert wird, wird
einem Vermischen quer zur Bahn und einem Verschwimmen der Spurkanten
entgegengewirkt oder ein solches Vermischen bzw. Verschwimmen gänzlich verhindert.
Im Gegensatz dazu wird bei der herkömmlichen Mayerwalzenbeschichtung
in der Regel ein Überschuss
an Beschichtungsflüssigkeit
aufgetragen, und es ist schwierig, voneinander unterscheidbare Beschichtungsspuren
herzustellen. Statt dessen kommt es in dem Flüssigkeitsdamm bzw. den Flüssigkeitsdämmen hinter
der Beschichtungswalze zu einem Verschwimmen der Spurkanten oder
einem Vermischen quer zur Bahn.
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Obgleich
die Erfindung unter Bezug auf drahtgewickelte Beschichtungswalzen
beschrieben wurde, können
auch andere geeignete unebene Beschichtungswalzenstrukturen verwendet
werden, um vergleichbare Ergebnisse zu erhalten. Beispielsweise
kann eine Reihe paralleler radialer Einschnitte oder eine einzelne
spiralförmige
Rille in eine zylindrische Beschichtungswalze eingearbeitet sein.
Die damit erzielten Ergebnisse kommen im Allgemeinen ungefähr denen
gleich, die mit einer drahtgewickelten Beschichtungswalze mit dem
gleichen Volumenfaktor erhalten werden. Bei einer drahtgewickelten
Beschichtungswalze ist der Volumenfaktor das Flüssigkeitsvolumen je Flächeneinheit,
das zwischen der Kontakt habenden Drahtoberfläche auf der Beschichtungswalze
und einer glatten zylindrischen gegenüberliegenden Oberfläche, die
gerade die Außenseite der
Drahtwicklung berührt,
eingeschlossen ist. Bei einer mit Rillen versehenen Walze ist der
Volumenfaktor das Flüssigkeitsvolumen
je Flächeneinheit,
das in den Rillen eingeschlossen ist, wenn eine glatte zylindrische
gegenüberliegende
Oberfläche
gerade die Walze berührt.
Andere unebene Walzenstrukturen können ähnlich entsprechend ihren Oberflächenvolumenfaktoren
charakterisiert und anstelle von drahtgewickelten Beschichtungswalzen
verwendet werden. Jedoch sind im Hinblick auf die geringen Kosten und
die problemlose Verfügbarkeit
drahtgewickelter Beschichtungswalzen andere unebene Walzenstrukturen
eindeutig weniger bevorzugt.
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Die
Erfindung wird im folgenden Beispiel weiter veranschaulicht. Sofern
nicht anders angegeben, sind alle Teile und Prozentangaben dabei
als Gewichtsteile bzw. Prozentanteile angegeben.
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Beispiel
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Unter
Verwendung einer modifizierten Beschichtungsmaschine, die mit einer
erfindungsgemäßen Verbesserungsstation
ausgestattet war, wurde eine Kunststoffbahn mit intermittierenden,
periodischen und sparsam aufgetragenen Querstreifen aus einer Beschichtungsflüssigkeit
beschichtet und dann zu einer Bahn mit einer kontinuierlichen gleichmäßigen Beschichtung
umgewandelt. Bei der Bahn handelte es sich um einen 0,05 mm dicken
und 153 mm breiten biaxial ausgerichteten Polyesterfilm. Die Beschichtungsflüssigkeit
enthielt 2.600 Volumenteile Glycerin, 260 Volumenteile Isopropylalkohol
und 1 Volumenteil eines fluorchemischen Benetzungsmittels (oberflächenaktive
Substanz 3MTM FLUORADTM FC-129
von der Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota).
Die Beschichtungsflüssigkeit
wurde direkt auf die Bahn aufgetragen. Die Beschichtungsstation
arbeitete mit einem luftbetriebenen Oszillationsmechanismus, der
eine flexible Polypropylennadel quer über die Transferwalze hin und
her strich. Bei dem Oszillationsmechanismus handelte es sich um
einen Druckluftbandzylinder des Modells BC406SK13.00 TOLOMATICTM mit einer linearen Betätigungsvorrichtung (Tol-O-Matic,
Inc., Hamel, Minnesota). Die Beschichtungsflüssigkeit wurde mittels einer
Zahnradpumpe mit einer Förderleistung
von 2,92 cm3/U vordosiert. Die Polypropylennadel
hatte eine 0,48 mm messende Spitze und wurde unter der Artikelnummer
560105 von der I & J
Fisnar Inc. aus Fair Lawn, New Jersey, bezogen. Die Verbindung zwischen
der Spritzpumpe und der Nadel wurde mittels eines flexiblen Kunststoffschlauches mit
einem Außendurchmesser
von 4 mm hergestellt. Die Nadel wurde so angeordnet, dass die Nadelspitze
die Bahn berührte.
Bei einer Bahngeschwindigkeit von 3,5 m/min, einer durch die Dosierpumpenrate
gesteuerten Flüssigkeitsströmungsrate,
einer Hubrate von 40 Hüben/min
und einer Hublänge
von 127 mm wurde ein Muster aus schmalen Streifen auf die Bahn vordosiert.
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Die
beschichtete Bahn wurde dann mit einer Verbesserungsstation in Kontakt
gebracht, die vier drahtgewickelte Beschichtungswalzen, zwei die Rückseite
berührende
Mitläuferwalzen
und dann drei weitere drahtgewickelte Beschichtungswalzen enthielt.
Die Beschichtungswalzen berührten
die mit den Streifen beschichtete Seite der Bahn. Die Beschichtungswalzen
wurden bei der Specialty Coating Company aus Rochester, New York,
bezogen. Die Wellen der Beschichtungswalzen hatten einen Durchmesser von
12,7 mm. Weil die Streifen, die sich der ersten Beschichtungswalze
nähern,
sehr dick sind und ihre Dicke beim Vorbeilaufen an jeder nachfolgenden
Beschichtungswalze verringert wird, ist eine fortlaufende Verringerung
der Drahtdurchmesser oder Walzengrößen bevorzugt, wenigstens bis
eine kontinuierliche Beschichtung erreicht ist. Dementsprechend
waren die Beschichtungswalzen eins bis sieben mit Draht der Größen 75, 50, 36, 34, 30, 24 bzw. 22 gewickelt.
Jedes Ende der Beschichtungswalzen war in einem freilaufenden Kugellager
gelagert, dergestalt, dass sich die Beschichtungswalze durch die
Bahntraktion mit der Bahn drehen konnte. Der Bahnweg war so eingestellt,
dass die erste, die vierte, die fünfte und die siebente Beschichtungswalze
die Bahn in einem Umlaufwinkel von 30° berührten und die zweite, die dritte
und die sechste Beschichtungswalze die Bahn in einem Umlaufwinkel
von 90° berührten.
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Dem
Oszillationsnadelapplikator wurden kontinuierlich Strömungsraten
von 38 bis 73 Millilitern/min zugeführt. Die Beschichtungsflüssigkeit floss
weiter, wenn die Nadel sich bei jedem Hub über die Bahnkanten hinaus bewegte. Überschüssige Beschichtungsflüssigkeit
wurde in einer Auffangschale aufgefangen, die sich über die
Bahnkanten an der Position des Nadelapplikators hinaus erstreckte.
Bei Strömungsraten
von mehr als 41 Millilitern/min sammelten sich rollende Flüssigkeitsdämme hinter
einigen der Beschichtungswalzen an und tropften von der Kante der
Bahn herab. Durch Senken der Strömungsrate
auf etwa 38 bis 41 Milliliter/min wurde eine stabile Beschichtung
erreicht, und die aufgetragene Flüssigkeit blieb auf der Bahn,
während
sie an den Beschichtungswalzen vorbeilief. Bei diesen Strömungsraten
wurde die Hälfte
der Pumpströmungsrate
auf der Bahn abgelagert, und die andere Hälfte wurde in der Auffangschale
aufgefangen.
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Nach
dem Durchlaufen der Verbesserungsstation wurde die sehr diskontinuierliche,
anfänglich aufgetragene
Beschichtung zu einer kontinuierlichen, lückenfreien kontinuierlichen
Beschichtung umgewandelt. Die Verbesserung war durch Sichtinspektion
der Bahn vor und nach jeder Beschichtungswalze festzustellen. An
der ersten Beschichtungswalze näherte
sich ein diagonal über
die Bahn verlaufender Streifen der mitdrehenden Beschichtungswalze
und lief dann unter der mitdrehenden Beschichtungswalze hindurch.
Nach dem Verlassen der Kontaktzone zwischen Bahn und Walze verblieb
ein Anteil der Flüssigkeit
auf der Oberfläche
der ersten Beschichtungswalze, und ein Anteil verblieb auf der Bahn.
Der Flüssigkeitsstreifen
wurde zu zwei separaten Mustern umgewandelt: eines auf der ersten
Beschichtungswalze und eines auf der Bahn. Das Muster auf der ersten
Beschichtungswalze berührte
anschließend
die Bahn erneut an einer neuen Position, während die erste Beschichtungswalze
eine Umdrehung vollführte,
wodurch auf der Bahn ein zweites Muster mit einer verringerten Dicke
entstand. In ähnlicher Weise
wurden der Beschichtungsflüssigkeitsstreifen und
seine anschließenden
Muster zwischen der Bahn und den übrigen Beschichtungswalzen
aufgeteilt, berührten
die Bahn an neuen Stellen und erzeugten weitere Muster mit weiter
verringerten Dicken. Dieses wiederholte Berühren, Aufteilen und erneute
Berühren
erzeugte eine kontinuierliche lückenfreie
Beschichtung mit einer ausgezeichneten Dickengleichmäßigkeit.
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Wie
bei der herkömmlichen
Mayerwalzenbeschichtung kann eine Tendenz zur Entstehung bahnabwärtiger Linien
in der Beschichtung infolge des Vorhandenseins der Drähte bestehen.
Bei Beschichtungen mit einer entsprechenden Viskosität gleichen sich
diese Linien selbst aus. Wenn sie sich nicht selbst ausgleichen,
so weiß der
Beschichtungsfachmann, dass eine Nachbehandlung mit Glättungsklingen
oder anderen Vorrichtungen zur Verringerung oder Beseitigung der
Linien nützlich
sein kann.
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Dem
Fachmann fallen verschiedene Modifikationen und Änderungen an der vorliegenden
Erfindung ein, ohne dass der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung
verlassen wird. Die vorliegende Erfindung darf nicht auf das beschränkt werden,
was im vorliegenden Text lediglich zu veranschaulichenden Zwecken
dargelegt wurde.