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EP0906789B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Vorhangbeschichtung eines bewegten Trägers - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Vorhangbeschichtung eines bewegten Trägers Download PDF

Info

Publication number
EP0906789B1
EP0906789B1 EP97810732A EP97810732A EP0906789B1 EP 0906789 B1 EP0906789 B1 EP 0906789B1 EP 97810732 A EP97810732 A EP 97810732A EP 97810732 A EP97810732 A EP 97810732A EP 0906789 B1 EP0906789 B1 EP 0906789B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
support
air
gap
cavity
curtain
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP97810732A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0906789A1 (de
Inventor
Peter M. Schweizer
Urs Troller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vestincoat AG
Original Assignee
TSE Troller Schweizer Engineering AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TSE Troller Schweizer Engineering AG filed Critical TSE Troller Schweizer Engineering AG
Priority to EP97810732A priority Critical patent/EP0906789B1/de
Priority to DE59704675T priority patent/DE59704675D1/de
Priority to US09/165,688 priority patent/US6162502A/en
Priority to JP10282504A priority patent/JPH11188298A/ja
Publication of EP0906789A1 publication Critical patent/EP0906789A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0906789B1 publication Critical patent/EP0906789B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/30—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by gravity only, i.e. flow coating
    • B05D1/305—Curtain coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C5/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work
    • B05C5/005—Curtain coaters
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03C—PHOTOSENSITIVE MATERIALS FOR PHOTOGRAPHIC PURPOSES; PHOTOGRAPHIC PROCESSES, e.g. CINE, X-RAY, COLOUR, STEREO-PHOTOGRAPHIC PROCESSES; AUXILIARY PROCESSES IN PHOTOGRAPHY
    • G03C1/00—Photosensitive materials
    • G03C1/74—Applying photosensitive compositions to the base; Drying processes therefor

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device according to the preamble of claim 1 or 3. This can be any coating material.
  • the pour point denotes the place where the liquid to be poured comes into contact with the carrier for the first time.
  • this location is designed as a line and is referred to as a dynamic wetting line.
  • the area near the carrier in which the air moves due to friction is called the boundary layer.
  • Watering means replacing the air on the carrier with a liquid. If this does not succeed, which can be the case especially at higher casting speeds, air is drawn between the carrier and the liquid film, and a coherent coating is then no longer possible.
  • EP-B-0 489 978 also uses a shield arranged concentrically around the casting roll in order to mechanically block the boundary layer. In addition, the air flowing through the concentric gap is drawn off in the middle of the body.
  • the suction device in particular is not designed efficiently due to its slot-like design.
  • EP-B-0 489 978 there is also a relatively large chamber between the suction slot and the concentric gap. The air is strongly swirled in this chamber so that the residual air impinges on the curtain with a non-uniform force in the direction transverse to the carrier movement and can therefore cause losses in quality.
  • the suction device arranged in the middle of the body also causes air to be drawn from the space between the body and the curtain into the concentric gap against the carrier movement. This suction creates an additional air flow in front of the curtain and especially in the vicinity of the dynamic wetting line, which is non-uniform across the carrier movement and can therefore cause a loss of quality on the coated film.
  • the device according to the invention contains a body 1, which is arranged in front of the curtain 2 concentrically around the casting roll 3, and thereby forms a uniform gap 4 between the carrier surface 5 and the body 1 of 0.1-1.0 mm, preferably 0.3-0.6 mm, height H.
  • a first cavity 6 is arranged in the first half of the body and extends over the entire width of the carrier surface and opens into a suction channel 7.
  • a suction device known per se is connected to the suction channel.
  • a first layer 8 of porous material is arranged in the first cavity 6, through which the air is drawn off.
  • the cavity remaining behind the porous layer helps to ensure that the air is sucked off efficiently and uniformly over the entire length L 2 and width of the porous layer.
  • the length L 2 is, for example, 15 mm.
  • a second cavity 9 which likewise has a layer 10 made of porous material on the carrier side and to an air supply duct 11 is connected, whereby air is not drawn off through this second porous layer, but is fed in uniformly.
  • the air feed which is uniform across the carrier movement and has a length L 4 of, for example, 10 mm, is also brought about by the cavity located behind the porous layer.
  • the air supply duct is connected to an air supply device, not shown, so that the pressure and thus the volume flow of the air fed in can be set precisely.
  • the lengths L 1 and L 3 of the body before and after the first porous layer 8 are dimensioned such that a fully developed flow occurs in the concentric gap 4.
  • the minimum lengths for L 1 and L 3 depend primarily on the carrier speed and the gap height and are approximately 3 to 15 mm at a speed of 5 m / s and a gap height of 0.5 mm.
  • the air fed in causes a regulated air flow to develop in the gap between the first porous layer and the end of the gap against the curtain, which is characterized by a parabolic velocity profile such that the air in the upper part of the gap along the body from the curtain against the first porous layer and flows in the lower part of the gap along the carrier web in the direction of the curtain, see FIG. 2.
  • the layer thickness of the porous layers depends, among other things, on the porosity and the specific surface of the porous medium.
  • the layer thickness must be dimensioned such that the pressure drop in the air flow through the porous layer is substantially greater, ie, for example by a factor of 100, than the pressure drop in the air flow transverse to the carrier movement in the channel behind the porous layer. at a porosity of 0.4 and a beam width of 1 m results in a layer thickness of approx. 8 mm.
  • the distance d normalized with the gap height H is shown in FIG. 3 as a function of the pressure difference ⁇ p and the location of the zero speed is thus obtained.
  • the two volume flows are shown in FIG. 4 as a function of the pressure difference ⁇ p.
  • the amount of air hitting the curtain and the amount of air that has to be drawn off can be regulated as desired by setting the negative pressure p 0 .
  • it can be set as small as desired, thus minimizing the quality-reducing influences on the curtain. It is important that the amount of air that has to be extracted is not excessively extracted from the space between the curtain and body and thus causes disruptive air flows in front of the curtain, but that the amount of air is fed in through the porous layer at the outlet of the gap in the correct amount , in such a way that there are no disturbing air currents, both in front of the curtain and in the gap. Only the amount of air Q 1 flowing through the gap in the direction of the moving beam and onto the curtain is allowed strikes from the space between the curtain and the body.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder 3. Dabei kann es sich um ein beliebiges Beschichtungsmaterial handeln.
  • Bei allen Giessverfahren, speziell aber beim Vorhang-Giessverfahren, bereitet die Luft, die infolge Reibung vom unbegossenen Träger gegen den Giesspunkt geführt wird, Probleme. Der Giesspunkt bezeichnet denjenigen Ort, wo die zu begiessende Flüssigkeit erstmals mit dem Träger in Berührung kommt. Bei vielen Beschichtungsverfahren, so auch beim Vorhangguss, ist dieser Ort als Linie ausgebildet und wird als dynamische Benetzungslinie bezeichnet. Das Gebiet in Trägernähe, in dem die Luft infolge Reibung in Bewegung ist, wird als Grenzschicht bezeichnet.
  • Beim Vorhangguss sind folgende Probleme im Zusammenhang mit der Luftgrenzschicht bekannt:
  • Begiessen heisst, die Luft auf dem Träger durch eine Flüssigkeit zu ersetzen. Falls das nicht gelingt, was vor allem bei höheren Giessgeschwindigkeiten der Fall sein kann, wird Luft zwischen den Träger und den Flüssigkeitsfilm gezogen, und eine kohärente Beschichtung ist dann nicht mehr möglich.
  • Auch wenn die Luft nicht zwischen den Träger und den Flüssigkeitsfilm eingezogen wird, trifft sie, in Bewegungsrichtung des Trägers gesehen, vor allem bei hohen Giessgeschwindigkeiten, mit erheblicher Kraft auf die Rückseite des Vorhangs auf. Dies führt, vor allem im Bereich der dynamischen Benetzungslinie, zu Störungen, welche sich als diffuse Ungleichförmigkeiten im beschichteten Film bemerkbar machen.
  • Die Luft, die durch den Träger gegen die Vorhangvorderseite geführt wird, muss irgendwie abgeführt werden. Und zwar seitlich, aufwärts, rückwärts, aber nicht in Richtung der Trägerbewegung. Diese Abführung der Luft bereitet vor allem bei breiten Trägern Schwierigkeiten, was dazu führt, dass der Vorhang in Richtung Trägerbewegung wie ein Ballon aufgeblasen wird. Dies bewirkt einerseits eine Deformation des Vorhangs, was eine Qualitätsverminderung des begossenen Films zur Folge haben kann, und andererseits eine Deformation der dynamischen Benetzungslinie. Dadurch wird das Giessverhalten des Vorhangs quer zur Giessrichtung ungleichförmig, was wiederum zu Qualitätseinbussen im beschichteten Film führen kann, z.B. in Form von Lufteinschlüssen in den Vorhangrandzonen.
  • Es wurden verschiedene Verfahren und Vorrichtungen entwickelt, um die oben beschriebenen nachteiligen Effekte zu beseitigen oder mindestens zu vermindern. Beim Verfahren und der Vorrichtung nach Oberbegriff der Ansprüche 1 und 3, gemäss US-A-5 624 715, wird die Grenzschicht einerseits durch einen Körper, der in Bewegungsrichtung des Trägers vor dem Vorhang konzentrisch und in kleinem Abstand gegen die Giesswalze angeordnet ist, gesperrt und andererseits wird die Luft, die durch den so entstehenden Spalt zwischen Körper und Träger strömt, durch eine Schlitzdüse abgesogen und es wird diesem Ort Luft kontrolliert zugeführt.
  • In EP-B-0 489 978 wird ebenfalls ein konzentrisch um die Giesswalze angeordnetes Schild verwendet, um die Grenzschicht mechanisch zu sperren. Zusätzlich wird hier die Luft, die durch den konzentrischen Spalt fliesst, in der Mitte des Körpers abgesogen.
  • Die Hauptwirkung beider oben beschriebenen Verfahren beruht auf der mechanischen Absperrung der Luftgrenzschicht. Obwohl bei beiden Vorrichtungen zusätzlich Luft abgesogen wird, trifft trotzdem noch eine beträchtliche Menge Luft auf die Rückseite des Vorhangs, so dass Qualitätseinbussen, wie sie oben beschrieben sind, immer noch auftreten können.
  • Bei beiden Apparaturen ist insbesondere die Absaug-Vorrichtung infolge ihrer schlitzförmigen Ausführung nicht effizient gestaltet. In EP-B-0 489 978 ist zudem noch eine relativ grosse Kammer zwischen Saugschlitz und konzentrischem Spalt angeordnet. In dieser Kammer wird die Luft stark verwirbelt, so dass die Restluft mit in Richtung quer zur Trägerbewegung ungleichförmiger Kraft auf den Vorhang auftrifft, und deshalb Qualitätseinbussen verursachen kann. Die in der Mitte des Körpers angeordnete Absaug-Vorrichtung bewirkt zudem, dass Luft vom Raum zwischen Körper und Vorhang in den konzentrischen Spalt entgegen der Trägerbewegung gesogen wird. Dieser Sog erzeugt vor dem Vorhang und vor allem in der Nähe der dynamischen Benetzungslinie eine zusätzliche Luftströmung, die quer zur Trägerbewegung ungleichförmig ist, und deshalb eine Qualitätseinbusse auf dem beschichteten Film bewirken kann.
  • Es ist von diesem Stand der Technik ausgehend Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die eine verbesserte Gleichförmigkeit des beschichteten Filmes erzeugen. Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäss den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere Verbesserungen und Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
    • Figur 1
    zeigt im Schnitt einen Teil der erfindungsgemässen Vorrichtung,
    Figur 2
    zeigt das Geschwindigkeitsprofil im Spalt,
    Figur 3
    zeigt den Ort der Nullgeschwindigkeit der Spaltströmung, und
    Figur 4
    zeigt die Volumenströme für die Spaltströmung.
  • Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf eine Betrachtung in Richtung der Trägerbewegung, die in Figur 1 mit einem Pfeil U angedeutet ist. Die erfindungsgemässe Vorrichtung enthält einen Körper 1, der vor dem Vorhang 2 konzentrisch um die Giesswalze 3 angeordnet ist, und dadurch einen gleichförmigen Spalt 4 zwischen der Trägeroberfläche 5 und dem Körper 1 von 0.1 - 1.0 mm, vorzugsweise 0.3 - 0.6 mm Höhe H bildet. In der ersten Hälfte des Körpers ist ein erster Hohlraum 6 angeordnet, der sich über die ganze Breite der Trägeroberfläche hinzieht und in einen Absaugkanal 7 mündet. Am Absaugkanal ist eine an sich bekannte Absaugeinrichtung angeschlossen.
  • Trägerseitig ist im ersten Hohlraum 6 eine erste Schicht 8 aus porösem Material angeordnet, durch die hindurch die Luft abgesogen wird. Der hinter der porösen Schicht verbleibende Hohlraum hilft mit, dass die Luft auf der ganzen Länge L2 und Breite der porösen Schicht effizient und gleichförmig abgesogen wird. Die Länge L2 beträgt beispielsweise 15 mm.
  • Im zweiten Abschnitt des Körpers befindet sich ein zweiter Hohlraum 9, der trägerseitig ebenfalls eine Schicht 10 aus porösem Material aufweist und an einen Luftzuführkanal 11 angeschlossen ist, wobei durch diese zweite poröse Schicht nicht Luft abgesogen, sondern gleichförmig eingespeist wird. Die quer zur Trägerbewegung gleichförmige Luft-Einspeisung über die Länge L4 von beispielsweise 10 mm wird auch durch den sich hinter der porösen Schicht befindenden Hohlraum bewirkt. Der Luftzuführkanal ist mit einer nicht dargestellten Luftspeisevorrichtung verbunden, damit der Druck und dadurch der Volumenstrom der eingespiesenen Luft genau eingestellt werden kann.
  • Die Längen L1 und L3 des Körpers vor und nach der ersten porösen Schicht 8 sind so dimensioniert, dass im konzentrischen Spalt 4 eine voll ausgebildete Strömung entsteht. Die Mindestlängen für L1 und L3 hängen vor allem von der Trägergeschwindigkeit und der Spalthöhe ab und betragen bei einer Geschwindigkeit von 5 m/s und einer Spalthöhe von 0.5 mm etwa 3 bis 15 mm.
  • Die eingespeist Luft bewirkt, dass sich im Spalt zwischen der ersten porösen Schicht und dem Spaltende gegen den Vorhang hin eine geregelte Luftströmung entwickelt, die durch ein parabolisches Geschwindigkeitsprofil derart gekennzeichnet ist, dass die Luft im oberen Teil des Spaltes entlang des Körpers vom Vorhang gegen die erste poröse Schicht und im unteren Teil des Spaltes entlang der Trägerbahn in Richtung Vorhang strömt, siehe Figur 2.
  • Die Schichtdicke der porösen Schichten hängt unter anderem von der Porosität und der spezifischen Oberfläche des porösen Mediums ab. Die Schichtdicke muss so dimensioniert sein, dass der Druckabfall der Luftströmung durch die poröse Schicht wesentlich, d.h. beispielsweise um einen Faktor 100, grösser ist als der Druckabfall der Luftströmung quer zur Trägerbewegung im Kanal hinter der porösen Schicht. Bei einer Porosität von 0,4 und einer Trägerbreite von 1 m ergibt sich eine Schichtdicke von ca. 8 mm.
  • Das Geschwindigkeitsprofil im konzentrischen Spalt zwischen den porösen Schichten, entlang L3, ist durch den Punkt P ausgezeichnet, der sich im Abstand d von der Trägeroberfläche befindet. Die Luftgeschwindigkeit im Punkt P ist null, d.h. der Punkt P trennt die Vorwärtsströmung, in Richtung Trägerbewegung, von der Rückwärtsströmung. Das Geschwindigkeitsprofil u(y) für eine so ausgebildete Strömung berechnet sich gemäss der Hagen-Poiseuille-Formel zu
    • u(y) =
    Geschwindigkeit der Luft im Spalt
    p1 =
    Umgebungsdruck hinter dem Vorhang
    p0 =
    Unterdruck bei der Saugvorrichtung
    Δp =
    Druckdifferenz = (p1-p0)
    µ =
    Viskosität der Luft
    L =
    Länge des Spaltes
    H =
    Höhe des Spaltes
    U =
    Geschwindigkeit des Trägers
    y =
    Koordinate senkrecht zur Trägeroberfläche
  • Der Abstand d berechnet sich gemäss d = - a 2 - a 2 2 - b wobei und b = 2µ LU Δ p Der mit der Spalthöhe H normalisierte Abstand d ist in Figur 3 als Funktion der Druckdifferenz Δp dargestellt und man erhält so den Ort der Null-Geschwindigkeit.
  • Durch Integration des Geschwindigkeitsprofils über die Spalthöhe H erhält man den Luftvolumenstrom pro Spaltbreite Q1, welcher auf den Vorhang auftrifft, und den Luftvolumenstrom pro Spaltbreite Q2, welcher abgesogen werden muss:
  • Die beiden Volumenströme sind in Figur 4 als Funktion der Druckdifferenz Δp dargestellt.
  • Für eine gegebene Spalthöhe kann die Luftmenge, die auf den Vorhang auftrifft und die Luftmenge, die entsprechend abgesogen werden muss, durch Einstellen des Unterdruckes p0 beliebig geregelt werden. Insbesondere kann sie beliebig klein eingestellt werden, womit die qualitätsvermindernden Einflüsse auf den Vorhang minimiert werden. Wichtig ist dabei, dass die Luftmenge, die abgesaugt werden muss, nicht übermässig dem Raum zwischen Vorhang und Körper entzogen wird und dadurch störende Luftströmungen vor dem Vorhang bewirkt, sondern dass die Luftmenge durch die poröse Schicht am Austritt des Spaltes in der richtigen Menge eingespeist wird, und zwar derart, dass keine störenden Luftströmungen, sowohl vor dem Vorhang als auch im Spalt entstehen. Dabei darf nur gerade die Luftmenge Q1, die durch den Spalt in Richtung des bewegten Trägers fliesst und auf den Vorhang auftrifft, aus dem Raum zwischen Vorhang und Körper abgesogen werden.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Vorhangbeschichtung eines bewegten Trägers mit einem Beschichtungsmaterial, wobei in einem parallel, bzw. konzentrisch zum Träger ausgebildeten Spalt, in Laufrichtung des Trägers gesehen, die vom bewegten Träger mitgeführte Luft vor dem Vorhang abgesaugt wird und kontrolliert Luft stetig zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zugeführte Luft in Funktion der abgesaugten Luft über einen Körper (1), der in der Laufrichtung (U) des Trägers gesehen einen mit anschliessendem Luftabsaugkanal (7) versehenen ersten Hohlraum (6) und vor dem Körperende einen zweiten Hohlraum (9) mit sich daran anschliessendem Luftzuführkanal (11) aufweist, wobei sich beide Hohlräume (6, 9) über die ganze Breite des Trägers erstrecken und trägerseitig mit einer Schicht (8, 10) aus porösem Material versehen sind, derart eingestellt wird, dass sich ein parabolisches Geschwindigkeitsprofil entwickelt mit einem Punkt (P) in einem Abstand (d) vom Träger, in dem die Luftgeschwindigkeit gleich Null ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Geschwindigkeitsprofil u(y) gemäss der Hagen-Poiseuille-Formel (F1) berechnet wird.
    u(y) =   Geschwindigkeit der Luft im Spalt
    p1 =   Umgebungsdruck hinter dem Vorhang
    p0 =   Unterdruck bei der Saugvorrichtung
    Δp =   Druckdifferenz = (p1-p0)
    µ =   Viskosität der Luft
    L =   Länge des Spaltes
    H =   Höhe des Spaltes
    U =   Geschwindigkeit des Trägers
    y =   Koordinate senkrecht zur Trägeroberfläche
  3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Giesswalze (3) zur Führung eines Trägers (5) und einer in Bewegungsrichtung des Trägers vor dem Vorhang (2) angeordneten Absaug- (7) und Luftzuführ-Einrichtung (11), die an einem, einen Spalt (4) bildenden und parallel oder konzentrisch zum Träger angeordneten Körper (1) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (1), in der Laufrichtung (U) des Trägers gesehen, einen mit anschliessendem Luftabsaugkanal (7) versehenen ersten Hohlraum (6) und vor dem Körper-Ende einen zweiten Hohlraum (9) mit sich daran anschliessendem Luftzuführkanal (11) aufweist, wobei sich beide Hohlräume (6, 9) über die ganze Breite des Trägers erstrecken und trägerseitig mit einer Schicht (8, 10) aus porösem Material versehen sind derart, dass sich ein gleichförmiger, konzentrischer oder paralleler, Spalt (4) zwischen dem Träger (5) und dem Körper (1) erstreckt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hohlraum (6) trägerseitig mit einer Schicht (8) aus porösem Material versehen ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (H) des Spaltes 0.1 - 1.0 mm, insbesondere 0.3 - 0.6 mm beträgt.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mindestlänge (L1) zwischen Körperanfang und Anfang des ersten Hohlraums (6) und (L3) zwischen Ende des ersten Hohlraums und Anfang des zweiten Hohlraums (9) 3 - 15 mm betragen.
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