Vorrichtung zum Beschichten bandförmiger Schichtträger
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschichten bandförmiger Schichtträger, bestehend aus Elementen zum Auftragen der Giesslösung für die Schicht und Elementen zum Abstreifen des Uberschusses der aufgetragenen Giesslösung.
Die bekannten Verfahren, um bewegte Folien und Papierbahnen oder ähnliche Materialien mit flüssigen Medien zu beschichten, gliedern sich praktisch in zwei Gruppen. Zur ersten gehört die Vielzahl der mechanisch wirkenden Mittel, wie Rakel, Antragswalzen, Druckwalzen, Extruder, usw., bei denen die Schichtdicke zwangsweise durch die Abmessungen der Apparatur festgelegt wird. Diese Vorrichtungen erfordern einen hohen technischen Aufwand und hohe Anforderungen an die Genauigkeit der schichtbildenden Elemente, zumal es sich meist um sehr dünne Aufträge von nur wenigen tausendstel Millimetern handelt.
Zur zweiten Gruppe kann man die Verfahren rech- nen, bei denen die Viscosität der Flüssigkeit mitwirkt und der Einfluss durch die Vorrichtung nicht so kritisch ist, weil die wirksam werdenden Kräfte mehr elastischer Natur sind: Tauchverfahren und Abwandlungen davon, Luftbürsten und elastische Abstreifer. Da die wirksamen Kräfte relativ schwach sind, war es nach diesen Methoden bisher nicht möglich, Flüssigkeiten mit hoher Viscosität und gleichzeitig hoher Geschwindigkeit zu verarbeiten. Teilweise ist die Gleichmässigkeit der Begussdicke mangelhaft, da die Vorrichtungen selbst zu labil sind oder die Gleichmässigkeit der Schichtdicke sehr stark von Fehlstellen im Schichtträger abhängig ist.
Dies gilt z. B. für die in der französischen Patentschrift 1348216 beschriebene Anordnung, wo eine Art Rakel aus elastischem Material benutzt wird. Die mit dieser Anordnung erhaltenen Schichten entsprechen, insbesondere bei hohen Anforderungen an die Gleichmässigkeit der Schichtdicke, nicht den Erfordernissen der Praxis.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Giessanordnung zu entwickeln, die bei hohen Giessgeschwindigkeiten Schichten gleichmässiger Dicke herzustellen erlaubt.
Es wurde nun gefunden, dass eine ausgezeichnete Einheitlichkeit der Schichtdicke bei hoher Giessgeschwindigkeit durch eine Vorrichtung erreicht wird, bei der zunächst die Giessflüssigkeit an den bandförmigen Schichtträger, z. B. durch Tauchen, aufgetragen wird und der Schichtträger dann zweckmässig um eine Umlenkrolle geführt wird, wobei der Schichtträger einen Überschuss an Giessflüssigkeit mitführt, der abgestreift wird. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine starr oder beweglich gelagerte Umlenkrolle mit einer vorteilhaft teilweise gekrümmten, flexiblen Abstreiffolie, die zunächst tangential an der Umlenkrolle anliegt und sich dann der Krümmung der Umlenkrolle entsprechend an diese anlegt, aber noch endet, bevor der beschichtete bandförmige Schichtträger die Umlenkrolle vorzugsweise in gerader, gestreckter Form verlässt.
Die flexible Abstreiffolie wird dabei bei der einfachsten Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung lediglich durch die Adhäsionskräfte der Schicht der Giessflüssigkeit auf dem sich fortbewegenden Schichtträger an diese angedrückt, so dass sich eine bestimmte Schichtdicke einstellt. Diese einfachste Ausführungsform ist brauchbar für Giessflüssigkeiten geringer Viscosität bis zu etwa 10 cp. Die Schichtdicke hängt bei gleicher Viscosität dabei in erster Linie von der Geschwindigkeit des Schichtträgers ab, mit der dieser die Umlenkrolle verlässt.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung sei auf die Figuren 1 bis 6 verwiesen.
In Fig. 1 ist die oben beschriebene einfachste Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Fig. 2 bis 6 betreffen bevorzugte Ausführungsformen, die zusätzliche apparative Elemente enthalten.
In Fig. 1 ist der bandförmige Schichtträger mit 1 bezeichnet. 2 stellt die starr oder beweglich gelagerte Umlenkrolle dar. 3 ist die in einer Giesswanne befindliche Giessflüssigkeit und 4 die flexible Abstreiffolie. Letztere besteht aus dem geraden tangential anliegenden Teil und dem gekrümmten Teil, der endet, bevor der abgehende Schichtträger geradlinig weitergeführt wird.
Für die Einheitlichkeit der Schichtdicke ist der zuletzt genannte Umstand besonders wichtig. Ist die Abstreiffolie so lang, dass sie in den geradlinig verlaufenden Teil des die Umlenkrolle verlassenden beschichteten Schichtträgers hineinragt, so wirken sich Fehlstellen des Schichtträgers, wie Längsfalten oder Staubteilchen zwischen Umlenkrolle und Schichtträger, insbesondere bei Schichtträgern geringer Schichtdicke, wieder ausserordentlich störend aus.
Wie oben bereits angedeutet wurde, stellen dünne Folien, insbesondere bei Dicken unter 50 , in der Giesstechnik ein besonderes Problem dar. Die Schwierigkeiten beim Beguss derartiger Träger beruhen insbesondere darauf, dass durch die Zugspannung an der Begusstelle häufig Falten entstehen, die die Qualität der aufgegossenen Schicht sofort erheblich beeinträchtigen. Gleiches gilt für Unebenheiten der Umlenkrolle, verursacht z. B. durch Staubteilchen.
Diese auch bei der einfachsten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung unter ungünstigen Umständen noch auftretenden Schwierigkeiten werden durch die in Fig. 2 dargestellte Anordnung vermieden. Diese Anordnung unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten Grundanordnung in erster Linie dadurch, dass die Umlenkrolle 2 starr gelagert ist und durch zusätzliche apparative Elemente dafür gesorgt wird, dass zwischen dieser Umlenkrolle und der Rückseite des bandförmigen Schichtträgers 1 ein Flüssigkeitsfilm oder ein Luftpolster angeordnet wird, auf dem der bandförmige Schichtträger gleitet. Hierdurch wirken sich Unebenheiten der Walze oder Falten des Schichtträgers nicht mehr störend aus.
In Fig. 2 ist schematisch gezeigt, wie ein Flüssigkeitsfilm zwischen der Umlenkrolle und dem Schichtträger erzeugt werden kann. Die Wanne 7 enthält eine Flüssigkeit, die mittels eines Tuches, das die Flüssigkeit durch Kapillarkräfte hochsaugt, als dünner Film auf die Rückseite des Schichtträgers getragen wird. Die Führungswalze 6 dient lediglich zur Erleichterung des Antragens dieses Flüssigkeitsfilmes.
Für das Funktionieren der erfindungsgemässen Vorrichtung ist ein einwandfreies Arbeiten der flexiblen Abstreiffolie von entscheidender Bedeutung. Zunächst wird für diese Folie selbstverständlich ein Material verwendet werden, das von der Giessflüssigkeit möglichst wenig angegriffen oder angequollen oder gar gelöst wird.
Bei der Auswahl des Materials für die Abstreiffolie ist ferner darauf zu achten, dass die Neigung der Giessflüssigkeit, besonders an den Kanten der Abstreiffolie anzutrocknen und dabei fest haftende Verkrustungen zu bilden, unterdrückt ist. Durch derartige Abscheidungen können leicht störende Streifen in der Schicht erzeugt werden. Geeignet sind insbesondere Folien aus chemisch inerten Kunststoffen, wie Polymerisate aus halogenierten, vorzugsweise fluorierten und insbesondere perfluorierten Vinylmonomeren, oder Copolymere dieser Produkte, wie vorzugsweise z. B. Copolymere von Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen. Das zuletzt genannte Copolymer hat eine ausreichende Elastizität und eine ausgezeichnete Chemikalienbeständigkeit
Die Schichtdicke der Abstreiffolie kann in weiten Grenzen schwanken.
Sie hängt in erster Linie von den mechanischen Eigenschaften des Materials, insbesondere der Flexibilität, ab. Im allgemeinen haben sich Foliendicken von 100 bis 200 W als geeignet erwiesen.
Insbesondere bei grösseren Breiten des bandförmigen Schichtträgers von etwa mehr als 1 m ist die Qualität der aufgegossenen Schicht in steigendem Masse von der Qualität der Abstreiffolie abhändig. Selbst geringfügige Aufnahme von Lösungsmitteln führt zu Quellungen und störenden Verwerfungen der Abstreiffolie.
Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den auf dem gekrümmten Teil der Umlenkrolle anliegenden Teil der Abstreiffolie einer seitlichen Spannung auszusetzen. Durch diese Spannung werden Verformungen ausgeglichen und eventuellen Quellungen entgegengewirkt. Die Dehnung muss noch im elastischen Bereich der Folie liegen und muss selbstverständlich stärker sein als eine eventuelle Dimensions änderung durch Quellung. Wie stark die Spannung sein kann, hängt selbstverständlich von den diesbezüglichen Eigenschaften der Abstreiffolie ab. Bei geeigneten Copolymeren, z. B. den oben genannten perfluorierten Copolymeren können sogar Spannungen bis etwa 2 % benutzt werden, ohne dass eine plastische Verformung auftritt.
Wie bereits oben dargelegt wurde, ist die in Fig. 1 dargestellte einfachste Form der erfindungsgemässen Vorrichtung bei niedrig viscosen Flüssigkeiten im Prinzip ohne Schwierigkeiten geeignet. Bei hohen Giessgeschwindigkeiten von z. B. mehr als 10 m/Minute, höheren Viscositäten der Giessflüssigkeit, wie z. B. pigmenthaltigen Giessflüssigkeiten, oder bei relativ geringen Schichtdicken befriedigt diese einfache Anordnung jedoch nicht mehr. In diesen Fällen kann die Wirkung der Anordnung erheblich verbessert werden, wenn von oben auf den gekrümmten Teil der Abstreiffolie ein zusätzlicher Druck ausgeübt wird. Dieser Druck soll möglichst gleichmässig nur auf die Teile der Abstreiffolie wirken die auf der Umlenkrolle anliegen.
Eine mögliche Ausführungsform hierfür ist in Fig. 3 dargestellt. Danach wird auf dem gekrümmten Teil der Abstreiffolie mittels einer auf enem Rahmen gespannten weiteren Folie 8 ein gleichmässiger Andruck erreicht Die Andrückvorrichtung ist in Fig. 4 im Querschnitt näher ausgeführt. Sie besteht aus der eigentlichen Andrückfolie 8, den Rahmenteilen 9 und dem aus einem Balken und einer Spannschraube bestehenden Spannelement 10. Die Andruckfolie ist befestigt an dem unteren Teil des linken Rahmens 9 und dem unteren Teil des Spannrahmens 10. Durch Betätigen der Spann hraube des Spannelementes 10 kann die Andruckfolie gestrafft und dadurch der Andruck verändert werden.
Der Flächendruck kann beliebig variert werden. Im allgemeinen reichen Drücke zwischen 5 g und 1 kg/cm2 aus. Durch diese Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, Giessflüssigkeiten mit Viscositäten zwischen 50 und 4000cp bei Giessgeschwindigkeiten zwischen etwa 10 und 50 miMinute zu vergiessen. Dabei kann die Schichtdicke der flüssigen Schicht beliebig eingestellt werden, z. B. im Bereich zwischen 30 und 3000 .
Bei Verwendung des in den Fig. 3 und 4 dargestellten Andrückelementes wird der Andruck gegen die Abstreiffolie durch Bewegung des Rahmens in Richtung Umlenkrolle eingestellt. Selbst bei höheren Begussbreiten lassen sich hiermit ausserordentlich gleichmässige Schichtdicken erreichen, die nicht mehr als + 2 % schwanken.
Als Materialien für die Andrückfolien sind im Prinzip die gleichen wie die für die Abstreiffolien geeignet, z. B. 25 bis 50 tt starke Folien. Da die Andrückfolie je doch nicht mehr in Berührung mit der Giessflüssigkeit kommt, hat man jedoch eine grössere Auswahl geeigneter Materialien. Es können z. B. auch Folien aus Polyestern, insbesondere aus verstrecktem Polyäthylenterephtalat mit Dicken von etwa 6 bis 12 EL oder elastische Textilgewebe verschiedenster Art Elastomergeweben verwendet werden.
Besitzen die Giessflüssigkeiten eine relativ hohe Viskosität, z. B. einige Tausend cp, sind hohe Drücke auf den gekrümmten Teil der Abstreiffolie auszuüben. Diese können 1 kg/cm2 und mehr betragen. Es ist dabei besonders darauf zu achten, dass dieser Druck auf die gesamte Begussbreite möglichst gleichmässig wirkt. Dabei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, für das Andrücken Flächenelemente aus gummiähnlichem Material, insbesondere geschäumten elastischen Stoffen, d. h.
sogenanntem Schaumgummi, zu verwenden.
Eine mögliche Ausführungsform für ein solches Andrückelement ist in Fig. 5 dargestellt. Die Schaumgummifläche ist mit 14 gekennzeichnet. Sie ist auf der Unterlage 15 befestigt Beides ist über die seitlichen Führungen 11, die gleichzeitig als Lager für die Achse der Umlenkrolle 2 dienen können, mittels der Spannschrauben 12 an die Schleppe 4 andrückbar. Die Spannschraube in der Mitte wird durch den Bügel 13 geführt, um ein Durchbiegen der Schaumgummiunterlage 15 in der Mitte zu vermeiden. Bei hohen Anforderungen können zusätzlich kleine Druckschrauben 16 betätigt werden, die in die Schaumgummiunterlage 15 eingelassen sind. Sie dienen der Feinregulierung.
Bei hohen Giessgeschwindigkeiten und gleichzeitiger hoher Viscosität der Giessflüssigkeit entstehen in der erfindungsgemässen Vorrichtung relativ hohe Staudrücke in dem Raum, der von dem geraden Teil der Abstreiffolie und der Umlenkrolle gebildet wird. Dieser Raum ist in Fig. 6 mit 17 bezeichnet. Der Staudruck wirkt auf diesen Teil der Abstreiffolie und führt zu Deformationen der Folie. Hierdurch entstehen Dickeschwankungen der aufgetragenen Schicht. Diese Stauung kann in einfacher Weise dadurch unterbunden werden, dass der geradlinige Teil der Abstreiffolie von hinten gestützt wird, so dass die durch den Staudruck auftretende Kraft durch den Gegendruck auf der anderen Seite der Abstreiffolie kompensiert wird.
Eine mögliche Ausführungsform ist in Fig. 6 dargestellt, wo hinter der Abstreiffolie 4 eine weitere elastische Folie oder ein elastisches Tuch 18 die Abstreiffolie stützt. Selbstverständlich können die Abstreiffolie und das Stützelement 17 zu einer einzigen Einheit verbunden werden. Ebenso kann das in Fig. 3 dargestellte Andrückelement so ausgeführt sein, dass dadurch gleichzeitig die Funktion des Stützelementes von Fig. 6 mit übernommen wird.
Durch die mechanischen Eigenschaften, wie Elastizität, Stärke und Dehnung des Stützelementes 17 wird die Schichtdicke beeinflusst. Dies kann in bekannter Weise auch kontinuierlich während des Begiessvorgangs geregelt werden, etwa durch ein Dickermessgerät, das die Begussdicke kontrolliert und gleichzeitig die Spannung bzw. den Andruck korrigiert. Für das Stützelement 17 eignen sich hochelastische Materialien, wie Folien aus elastischen Kunststoffgeweben oder Platten aus Gummi oder den weiter oben für das Andrückelement 8 oder die Abstreiffolie angebenen Kunststoffen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist vorzugsweise für die Herstellung pigmenthaltiger Schichten geeignet.
Sie hat sich besonders bewährt für die Herstellung magnetisierbarer Schichten, die in einem Bindemittel dispergiert ferromagnetische Partikel, z. B. ferromagnetische Eisenoxyde oder Chromoxyd, enthalten.
Die erheblichen Vorteile der erfindungsgemässen Vorrichtung sind im folgenden noch einmal zusammen gestellt
Es können Flüssigkeiten in einem weiten Viskositätsbereich von 50 bis 4000 cp verarbeitet werden.
Die Begiessgeschwindigkeit kann bis 50 m/Minute und höher ohne Einfluss auf die Qualität verändert werden.
Die Begussbreite kann iiber 100 cm betragen. Auch bei noch grösseren Breiten treten keine Schwierigkeiten auf.
Bei piginentierten Begiessflüssigkeiten, z. B. pigmentierten Lacken, wird das Pigment in dem engen Spalt, der zwischen bewegter Folie und Schleppe gebildet wird, noch einmal intensiv dispergiert. so dass die Schicht sehr homogen wird.
Die Begussdicke kann unabhängig von der Viscosität der Flüssigkeit und der Begiessgeschwindigkeit in weitem Bereich geändert werden. Es können flüssige Aufträge zwischen 30 bis 30001l erhalten werden. Die Dicke kann während des Begusses insgesamt und auch automatisch nachreguliert werden.
Die Gleichmässigkeit über die Begussbreite kann örtlich oder auch in grösseren Bezirken nachreguliert werden. Es werden Gleichmässigkeiten mit einer Toleranz von mindestens + 2% erhalten.
Es können Folienstärken sehr unterschiedlicher Dicke, zwischen z. B. 8 bis 175 sl, beschichtet werden.
Da die Abstreiffolie elastisch angedrückt wird, hat die Stärke des Schichtträgers praktisch keinen Einfluss auf die Begussdicke. Allein die Einstellung des Andruckes ist massgebend für die Dicke.
Verformungen des Schichtträgers haben praktisch keinen Einfluss auf die Qualität und Gleichmässigkeit.
Verdickte Stellen der Folie, z. B. Klebestellen, laufen ohne Störung und ohne Wartung durch die Vorrichtung.
Der elastische Andruck gibt vorübergehend entsprechend nach.
Die Schichtträger werden bis zu ihrem äussersten Rand begossen und ausgenutzt.