DE102005027700A1

DE102005027700A1 - Vorhangbeschichter mit Grenzschichtablösevorrichtung

Info

Publication number: DE102005027700A1
Application number: DE200510027700
Authority: DE
Inventors: Frank Reinhard; Harald Horbach
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2005-06-15
Filing date: 2005-06-15
Publication date: 2006-12-21
Also published as: WO2006134052A1; DE112006001484B4; DE112006001484A5

Abstract

Es wird ein Vorhangbeschichter (110) zur Beschichtung einer Substratoberfläche (122) eines bewegten Substrats (116) mittels eines flüssigen Beschichtungsvorhangs (118) vorgeschlagen. Der Vorhangbeschichter (110) weist einen Vorhangerzeuger (164) zur Erzeugung des flüssigen Beschichtungsvorhangs (118) auf, wobei der flüssige Beschichtungsvorhang (118) während des Beschichtungsvorgangs entlang einer Auftrefflinie (120) auf die Substratoberfläche (122) auftrifft. Weiterhin weist der Vorhangbeschichter (110) eine Substratfördervorrichtung (114) und eine in Bewegungsrichtung (124) des Substrats (116) vor der Auftrefflinie (120) angeordnete Grenzschichtablösevorrichtung (114) auf. Die Grenzschichtablösevorrichtung (114) weist eine Unterdruckvorrichtung (132) zur lokalen Beeinflussung einer Gasgrenzschicht (148, 150) an der Substratoberfläche (122) innerhalb eines einflussbereiches sowie mindestens eine Andruckwalze (134) auf. Die mindestens eine Andruckwalze (134) ist ausgestaltet, um in mindestens einer Andruckposition das bewegte Substrat (116) gegen die Substratfördervorrichtung (112) zu pressen. Die Grenzschichtablösevorrichtung (114) ist dabei als integrale Einheit ausgestaltet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung und ein Verfahren zur Vorhangbeschichtung (englisch: Curtain Coating) zum Auftragen dünner Filme auf bewegte Substrate. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Vorhangbeschichter, welcher eine Grenzschichtablösevorrichtung mit einer Anpresswalze aufweist. Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise eingesetzt bei der Beschichtung von Papier, Kunststofffolien (z. B. für Klebebänder) oder auch bei der Beschichtung von photographischen Filmen.
In der fotografischen Industrie wie auch zur Herstellung von beschichteten Papierbahnen oder Klebebändern wird bereits seit längerem ein Verfahren eingesetzt, bei dem ein beispielsweise bahnförmiges Trägermaterial (z. B. Papierbahnen oder Kunststofffolie) sich kontinuierlich durch einen Beschichtungsbereich bewegt, wo es von einem frei fallenden Flüssigkeitsvorhang ganz oder teilweise in einer oder mehreren Lagen beschichtet wird. Dieses Verfahren wird allgemein als Vorhangbeschichtung oder auch Curtain Coating bezeichnet. Im Sprachgebrauch wird dabei bisweilen noch zwischen dem eigentlichen, einschichtigen Vorhangbeschichten und einer Kaskadenbeschichtung, bei der mehrere Schichten gleichzeitig auf das Trägermaterial aufgebracht werden, unterschieden. Diese Unterscheidung ist in der folgenden Beschreibung jedoch von untergeordneter Relevanz, so dass beide Verfahren gleicher Weise als Vorhangbeschichtung bezeichnet werden sollen und gleichermaßen durch die Erfindung betroffen sind.
Bei der Vorhangbeschichtung wird zunächst eine entsprechende Beschichtungsflüssigkeit, beispielsweise eine Dispersion oder Lösung oder auch (beispielsweise zu Reinigungszwecken) ein Lösungsmittel, einem entsprechenden Beschichtungskopf zugeführt. Mittels eines entsprechend gestalteten Gießspaltes, einer Gießlippe oder einer Kaskade wird die Beschichtungsflüssigkeit zu einem frei fallenden Vorhang geformt, welcher auf ein sich quer zur Fallrichtung des Vorhangs bewegendes Substrat auftrifft. Typische Geschwindigkeiten für die Bewegung des Substrates liegen beispielsweise bei der Papierbeschichtung im Bereich von einigen 100 m/min.
Insbesondere bei einer Beschichtung mit großen Substratgeschwindigkeiten ergeben sich eine Vielzahl von Problemen. Diese Probleme hängen insbesondere damit zusammen, dass ein frei fallender Flüssigkeitsvorhang unmittelbar und empfindlich auf kleinste Störungen, wie beispielsweise Luftbewegungen, reagiert. So bildet sich, insbesondere bei schnell bewegten Substratoberflächen, an der Oberfläche eine Grenz schicht, innerhalb derer sich Luft mit der schnell bewegten Oberfläche mitbewegt. Diese Luftgrenzschicht beeinflusst den vom Vorhangbeschichter erzeugten Beschichtungsvorhang an einer Auftrefflinie des Beschichtungsvorhangs auf die Substratoberfläche. Wird die Dynamik dieser Luftgrenzschicht zu groß, so legt sich ein Luftpolster zwischen die Substratoberfläche und den Flüssigkeitsfilm. Dieses Luftpolster führt zu Störungen in der Beschichtungsqualität, insbesondere zu einer Blasenbildung oder anderen Inhomogenitäten.

Aus dem Stand der Technik sind mehrere Verfahren bekannt, den Einfluss dieser Luftgrenzschicht zu unterbinden oder zu verringern und so die Beschichtungsqualität beim Vorhangbeschichten zu verbessern. So ist beispielsweise aus der EP 0 440 279 A1 ein Vorhangbeschichter für die Beschichtung photographischer Elemente bekannt, bei welchem in Substratbewegungsrichtung vor der Auftrefflinie des flüssigen Beschichtungsvorhangs auf die Substratoberfläche ein „Luftschild" (englisch: Air Shield) und eine Bürstenkonstruktion angeordnet sind. Beide Elemente sollen dazu beitragen, ein Ablösen der Luftgrenzschicht von der Substratoberfläche unmittelbar vor dem Auftreffen des flüssigen Beschichtungsvorhangs zu bewirken. Die dargestellte Konstruktion hat jedoch den Nachteil, dass durch den Luftschild und die Bürstenkonstruktion Luftverwirbelungen an der Substratoberfläche unmittelbar vor der Auftrefflinie des flüssigen Beschichtungsvorhangs entstehen, wodurch zusätzliche Inhomogenitäten in dem beschichteten Film induziert werden können. Weiterhin können Bürsten selbst zu Verunreinigungen auf der Substratoberfläche beitragen, da sich in Bürsten leicht Verunreinigungen ansammeln können, welche sich dann z. T. wieder von der Bürste lösen und zwischen Substrat und Film gelangen können.

Aus der EP 0 489 978 A1 ist ein „Luftschild" bekannt, welches zusätzlich Mittel aufweist, um den Luftdruck zwischen dem Luftschild und der Substratoberfläche zu verringern. Dadurch wird die Luftgrenzschicht von der Substratoberfläche entfernt. Auch aus der EO 0 0704 752 A1 , der EP 0 906 789 B1 und der US 4,842,900 sind entsprechende Vorrichtungen bekannt, bei denen die Luftgrenzschicht auf der Substratoberfläche unmittelbar vor Auftreffen des Beschichtungsvorhangs durch entsprechende Absaugung beeinflusst werden kann.

Die EP 0 704 752 A1 weist zu diesem Zweck eine mit einem Vorhangerzeuger fest verbundene Absaugvorrichtung mit einer Kante auf, welche die Luftgrenzschicht mittels einer Vakuumpumpe unmittelbar vor dem Auftreffen des Beschichtungsvorhangs von der Substratoberfläche entfernt. In der EP 0 906 789 B1 wird darüber hinaus eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei welcher die vom bewegten Träger mitgeführte Luft über zwei Schichten aus porösem Material und einer Zuführ- und einer Absaugvorrichtung derart beeinflusst wird, dass sich über der Substratoberfläche ein parabolisches Geschwindigkeitsprofil der mitgeführten Luftschicht ausbildet.

Die US 4,842,900 weist darüber hinaus eine mit einem Vorhangerzeuger fest verbundene Vorrichtung auf, welche unmittelbar vor der Auftrefflinie des Beschichtungsvorhangs auf die Substratoberfläche die Luftgrenzschicht auf der Substratoberfläche austauscht gegen ein Gas, welches im Vergleich zu Luft eine höhere Löslichkeit in der Seschichtungsflüssigkeit aufweist.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen weisen jedoch in der Praxis einige Nachteile auf. Ein Nachteil besteht darin, dass sich üblicherweise nicht nur eine beschichtungsseitige Grenzschicht auf der Substratoberfläche negativ bemerkbar macht für die Schichtqualität, sondern auch eine auf der entgegengesetzten Seite mitgeführte Grenzschicht. So wird üblicherweise zwischen Substrat und Förder- oder Gießwelle ein Luftpolster mitgeführt, welches dazu führt, dass das Substrat auf der Walze „schwimmt". Auch dieses Schwimmen, welches zu einem undefinierten Abstand zwischen Substrat und Gießwelle führt sowie zu einem möglichen Lateralversatz des Substrats auf der Gießwelle, kann die Schichtqualität beim Vorhangbeschichten beeinflussen.

Eine weitere Problematik besteht darin, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zum Entfernen der Luftgrenzschicht üblicherweise entweder in Kontakt mit dem Substrat betrieben werden oder, wie beispielsweise im Falle der EP 0 704 752 A1 , in einer Stellung unmittelbar über der Substratoberfläche. So werden viele der genannten Vorrichtungen in einem Abstand zur Substratoberfläche von circa 0,4 mm betrieben. Derartig geringe Abstände führen jedoch bei der großtechnischen Vorhangbeschichtung zu Sicherheits- und Qualitätsproblemen. So kann es bei kontinuierlichen Substraten, beispielsweise Folien oder Bahnen, dazu kommen, dass das Substrat, welches unter erheblicher Spannung steht, reißt. Tritt ein derartiger Bahnenriss ein, so kann sich das abgerissene Substrat um Walzen der Fördereinrichtung wickeln, anderweitige Verdickungen bilden und schließlich die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zum Entfernen der Luftgrenzschicht zerstören oder stark beschädigen. Dieses Problem ist insbesondere bei hohen Substratgeschwindigkeiten, beispielsweise Substratgeschwindigkeiten oberhalb von 1000 m/min, oft mit einem erheblichen Aufwand und Sicherheitsrisiko verbunden. Substratrisse können oft Produktionsausfälle von mehreren Stunden verursachen.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass die verwendeten Substrate nicht notwendigerweise eine gleichförmige Dicke aufweisen. Neben absichtlich auf der Substratoberfläche aufgebrachten Reliefstrukturen ist hierbei insbesondere der Fall zu nennen, bei welchem zwei Substratbahnen miteinander verbunden werden. Übliche Substrate sind auf Rollen aufgewickelt, wobei, um die Produktion nicht zu unterbrechen, bei Ende einer Rolle unmittelbar die nächste Substratrolle eingesetzt und das nächste Substrat mit dem vorhergehenden Substrat verbunden wird. Beispielsweise werden hierbei Substratbahnen miteinander verklebt. Dieser Vorgang wird auch als „Flying Splice" bezeichnet. An den Klebestellen treten jedoch häufig Substratdicken auf, welche dem Zwei- bis Dreifachen der üblichen Substratdicke entsprechen oder dieses sogar noch überschreiten. Bei Substratdicken von üblicherweise 60 bis 100 μm, zuzüglich Klebstoffdicken von 100 bis 300 μm, sind somit die Spaltabstände zwischen einer Absaugvorrichtung und dem Substrat von 0,4 mm schnell erreicht. Auch durch diesen Vorgang kann somit eine entsprechende aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung zum Entfernen der Grenzschicht an der Substratoberfläche leicht beschädigt werden.

Eine Möglichkeit, dieses Problem zu umgehen, bestünde natürlich darin, die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zum Entfernen der Grenzschicht in einem größeren Abstand vom Substrat anzuordnen. Diese Vorgehensweise ist jedoch in der Praxis kaum realisierbar. Um eine vergleichbare Effizienz der Entfernung einer Grenzschicht auf der Substratoberfläche zu erzielen, müssten beispielsweise Absaugvorrichtungen mit erheblich erhöhter Pumpenleistung eingesetzt werden. In vielen produktionsrelevanten Fällen sind jedoch bereits bei den heute verwendeten Vorrichtungen die Pumpenleistungen der Absaugpumpen am Rande des technisch Machbaren.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung und ein Verfahren zur Vorhangbeschichtung bewegter Substrate anzugeben, welche die genannten Probleme des Standes der Technik vermeiden. Insbesondere soll eine Vorrichtung angegeben werden, welche auch bei unvorhergesehenen Ereignissen wie beispielsweise Substratrissen nicht beschädigt wird und welche auch bei höherem Spaltabstand zum Substrat betrieben werden kann, wobei dennoch eine gute Beschichtungsqualität auch bei hohen Substratgeschwindigkeiten erzielt wird.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt. Sämtliche Ansprüche werden hiermit zum Inhalt der Beschreibung gemacht.

Es wird ein Vorhangbeschichter zur Beschichtung einer Substratoberfläche eines bewegten Substrates mittels eines flüssigen Beschichtungsvorhangs vorgeschlagen. Der Vorhangbeschichter weist einen Vorhangerzeuger zur Erzeugung des flüssigen Beschichtungsvorhangs auf. Wie oben beschrieben, kann es sich bei diesem Vorhangerzeuger beispielsweise um einen einschichtigen Vorhangerzeuger oder auch um einen mehrschichtigen Vorhangerzeuger, beispielsweise mittels einer Kaskadenbeschichtung, handeln. Auch andere Ausgestaltungen sind möglich und beeinflussen den Kern der Erfindung nicht.

Auch bezüglich des flüssigen Materials besteht eine hohe Flexibilität. So lassen sich beispielsweise Dispersionen oder auch verschiedene Lösungen oder andere Flüssigkeiten für die Vorhangbeschichtung einsetzen. Weiterhin lassen sich auch Vorhangbeschichter einsetzen, welche mehrere Vorhangerzeuger aufweisen, welche beispielsweise in Serie geschaltet sind.

Bei den Substraten handelt es sich vorzugsweise um flexible Substrate, wie zum Beispiel bewegte Folienbahnen oder Papierbahnen. Alternativ oder zusätzlich sind jedoch auch starre Substrate einsetzbar. Auch die Beschichtung mehrerer Substrate gleichzeitig ist denkbar. Weiterhin können sowohl Substrate relativ geringer Größe, beispielsweise rechteckige Platten, oder auch „große" Substrate, beispielsweise „Endlossubstrate" (zum Beispiel Folienbahnen oder Papierbahnen) verwendet werden.

Der Beschichtungsvorhang soll entlang einer Auftrefflinie auf die Substratoberfläche des bewegten Substrats auftreffen. Vorzugsweise ist diese Auftrefflinie senkrecht zur Bewegungsrichtung des Substrats angeordnet, wobei jedoch auch Abweichungen von der Senkrechten zulässig sind, beispielsweise Abweichungen von nicht mehr als 20°.

Weiterhin weist der Vorhangbeschichter eine Substratfördervorrichtung auf, welche das Substrat relativ zu dem Vorhangerzeuger beziehungsweise relativ zur Auftrefflinie in Bewegung setzen kann. Die Substratfördervorrichtung ist dabei jedoch vorteilhafterweise während des Beschichtungsvorgangs raumfest zu dem Vorhangerzeuger beziehungsweise zu der Auftrefflinie angeordnet. Bei der Substratfördervorrichtung kann es sich beispielsweise um ein Förderband, ein Rollensystem oder um andere Systeme handeln, welche insbesondere in vorteilhafter Weise auf die Art des Substrats angepasst sein können. Vorteilhafterweise weist die Substratfördervorrichtung eine Gießwelle auf, wobei vorteilhafterweise die Auftrefflinie derart angeordnet ist, dass diese auf der Substratoberfläche an einer Stelle des Substrats liegt, an der das Substrat in Kontakt mit der Gießwelle steht.

Weiterhin weist der erfindungsgemäße Vorhangbeschichter eine in Bewegungsrichtung des Substrates vor der Auftrefflinie angeordnete Grenzschichtablösevorrichtung auf. Diese Grenzschichtablösevorrichtung weist ihrerseits eine Unterdruckvorrichtung und mindestens eine Andruckwalze auf, welche zusammen als integrale Einheit ausgestal tet sind. Insbesondere können die Bestandteile der Grenzschichtablösevorrichtung integral miteinander mechanisch als Einheit verbunden sein.

Die Unterdruckvorrichtung dient zur lokalen Beeinflussung einer Gasgrenzschicht über der Substratoberfläche. Diese Beeinflussung soll innerhalb eines Einflussbereiches (wobei es sich sinngemäß auch um mehrere zusammenhängende oder separierte Einflussbereiche handeln kann) erfolgen. Dabei ist die Unterdruckvorrichtung in Bewegungsrichtung des Substrates vor der Auftrefflinie des flüssigen Beschichtungsvorhangs angeordnet. Bei der Unterdruckvorrichtung kann es sich beispielsweise um eine der erwähnten Vorrichtungen des Standes der Technik handeln. Dabei kann sinngemäß nicht nur ein Anlegen eines einfachen Unterdrucks erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann auch beispielsweise ein gezieltes Austauschen von Luft gegen ein anderes gasförmiges Medium oder eine gezielte Einstellung eines Strömungsprofils eines gasförmigen Mediums über der Substratoberfläche erfolgen. Grundsätzlich lassen sich alle der oben beschriebenen Vorrichtungen einsetzen.

Die mindestens eine Andruckwalze ist ausgestaltet, um in mindestens einer Andruckposition das bewegte Substrat gegen die Substratfördervorrichtung zu pressen. Beispielsweise kann die mindestens eine Andruckwalze als Walze kleinen Durchmessers ausgestaltet sein, welche das Substrat gegen eine vom Umfang her größere Gießwelle presst. Die Andruckwalze kann gleichzeitig auch als Umlenkwalze ausgestaltet sein, welche die Bewegungsrichtung des Substrats ändert. In diesem Fall werden vorzugsweise flexible Substrate eingesetzt.

Die integrale Einheit der Grenzschichtablösevorrichtung kann auf verschiedene Weisen ausgebildet sein. So können beispielsweise die Unterdruckvorrichtung und die mindestens eine Andruckwalze eine gemeinsame, im Wesentlichen gasdichte Abdeckung aufweisen. Diese Abdeckung kann die Grenzschichtablösevorrichtung auf der von der Substratoberfläche abgewandten Seite der Grenzschichtablösevorrichtung abschließen. Alternativ oder zusätzlich kann die integrale Einheit auch dadurch ausgebildet sein, dass die Grenzschichtablösevorrichtung einen zumindest abschnittsweise massiven Block aufweist, in welchen beispielsweise ein oder mehrere Hohlräume der Unterdruckvorrichtung eingelassen sind und welcher auch die mindestens eine Andruckwalze ganz oder teilweise umschließt oder an diese angrenzt.

So kann beispielsweise die mindestens eine Andruckwalze auf der der Auftrefflinie abgewandten Seite der Unterdruckvorrichtung angeordnet sein. Auf dieser Seite bildet dann die Grenzschichtablösevorrichtung mit der Substratfördervorrichtung einen Einlaufspalt zum Einführen des Substrats. Wird die Ardruckwalze in die mindestens eine Andruckposition bewegt, so wird vorteilhafterweise dieser Einlaufspalt durch die Andruckwalze im Wesentlichen abgedichtet.

Der erfindungsgemäße Vorhangbeschichter weist gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Vorhangbeschichtern zahlreiche Vorteile auf. So wirken die Unterdruckvorrichtung und die Andruckwalze zusammen, um die Gasgrenzschicht von der Substratoberfläche zu entfernen. Die Verwendung der Andruckwalze garantiert gleichzeitig jedoch auch, dass auch eine Gasgrenzschicht auf der der zu beschichtenden Substratoberfläche gegenüberliegenden, d. h. der Substratfördervorrichtung zugewandten Substratoberfläche wirksam entfernt werden kann. Mittels einer entsprechend angeordneten Andruckwalze kann somit beidseitig eine Gasgrenzschicht von der Substratoberfläche entfernt werden, bevor das Substrat überhaupt den Einflussbereich der Unterdruckvorrichtung passiert.

Die Tatsache, dass Unterdruckvorrichtung und die mindestens eine Andruckwalze als integrale Einheit ausgebildet sind, gewährleistet, dass die relative Position zwischen beiden Vorrichtungen konstant gehalten werden kann. Dies macht sich beispielsweise in einer Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft bemerkbar, bei welcher die gesamte Grenzschichtablösevorrichtung entlang einer Bewegungsrichtung des Substrats bewegbar gelagert ist. Die Grenzschichtablösevorrichtung kann so ausgestaltet sein, dass die mindestens eine Andruckwalze und die Unterdruckvorrichtung dabei ihren relativen Abstand nicht verändern, sondern gemeinsam bewegt werden. Beispielsweise kann die Substratfördervorrichtung eine Gießwelle mit einer Drehachse aufweisen, wobei die Grenzschichtablösevorrichtung um die Drehachse drehbar gelagert ist. Auf diese Weise kann die Beeinflussung der Gasgrenzschicht auf der Substratoberfläche optimal an die Substratgeschwindigkeit und die Lage der Auftrefflinie angepasst werden. Wird beispielsweise die Lage der Auftrefflinie relativ zur Substratfördervorrichtung verändert, so kann die Grenzschichtablösevorrichtung entsprechend nachgeführt werden. Derartige Veränderungen sind von Vorteil, um beispielsweise einen so genannten „Fersenbildungseffekt" („Heeling") zu verhindern. Dieser Fersenbildungseffekt bewirkt, dass sich eine Flüssigkeitswulst an der Auftrefflinie entgegen der Substratbewegung ausbildet. Durch geeignete Wahl eines Winkels zwischen Beschichtungsvorhang und Substrat sowie durch geeignete Wahl der Lage der Auftrefflinie kann, in Abhängigkeit von der Substratgeschwindigkeit, dieser Effekt minimiert werden. Die Grenzschichtablösevorrichtung kann entsprechend nachgeführt werden.

Die integrale Ausgestaltung der Grenzschichtablösevorrichtung gewährleistet auch, dass zwischen der mindestens einen Andruckwalze und dem Einwirkungsbereich der Unterdruckvorrichtung sich nicht wieder eine Gasgrenzschicht auf der Substratoberfläche anlegen kann. Auf diese Weise lässt sich die Effizienz der Grenzschichtablösevor richtung gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen stark erhöhen. Beispielsweise lässt sich, im Falle der Verwendung einer Gießwelle, die Grenzschichtablösevorrichtung so kompakt gestalten, dass ein Segment von nicht mehr als 90° des Walzenumfangs, vorzugsweise von nicht mehr als 80°, erfasst wird. Diese kompaktere Gestaltung, welche durch das Zusammenwirken der mindestens einen Andruckwalze und der Unterdruckvorrichtung ermöglicht wird, ist gleichzeitig mit einer nicht verringerten oder sogar erhöhten Effizienz der Ablösung der Gasgrenzschicht auf der Substratoberfläche verbunden.

Weiterhin lassen sich durch die erhöhte Effizienz der Grenzschichtablösevorrichtung auch erheblich höhere Substratgeschwindigkeiten einsetzen. So können die Substratgeschwindigkeiten oberhalb von 1000 m/min liegen, teilweise sogar oberhalb von 1500 m/min und in vielen Fällen sogar bei 1800 m/min und mehr. Die oben genannten Produktionsprobleme, welche durch Substratrisse oder Unregelmäßigkeiten in der Substratdicke verursacht werden, lassen sich auch bei hohen Substratgeschwindigkeiten effektiv vermindern bzw. ganz vermeiden. Insbesondere in dem Fall, wo die mindestens eine Andruckwalze den Einlaufspalt der Grenzschichtablösevorrichtung verschließt, also einlaufseitig zur Unterdruckvorrichtung angeordnet ist, kann nunmehr die Unterdruckvorrichtung in einem höheren Abstand zur Substratoberfläche betrieben werden, ohne dass die Effizienz der Grenzschichtablösevorrichtung vermindert wird. Somit sind auch Abstände zwischen Unterdruckvorrichtung und Substratoberfläche von mehr als 0,4 mm möglich, teilweise sogar bis in den Bereich von einem bis mehreren Millimetern. Typische Abstände liegen im Bereich von 1 bis 2 mm. Dadurch ist gewährleistet, dass auch Klebestellen mit kurzfristig erhöhter Substratdicke die Grenzschichtablösevorrichtung und insbesondere die Unterdruckvorrichtung nicht beschädigen können. So kann beispielsweise die mindestens eine Andruckwalze in der mindestens einen Andruckposition derart gegen das Substrat gepresst werden, dass auch eine kurzfristige Erhöhung der Substratdicke, beispielsweise durch eine Klebestelle, nicht zu einem Ausfall des Vorhangbeschichters führt. In diesem Fall wird einfach die mindestens eine Andruckwalze von der Substratfördervorrichtung weggedrückt. Dafür kann beispielsweise die mindestens eine Andruckwalze federnd gelagert sein, beispielsweise mittels eines Federelements oder mittels einer entsprechenden Hydraulik- oder vorzugsweise Pneumatikvorrichtung, welche zwar einen konstanten Druck gegen das Substrat gewährleisten, jedoch auch Substratunbenheiten ausgleichen können. Da gleichzeitig die Unterdruckvorrichtung in einer größeren Entfernung zur Substratoberfläche angeordnet werden kann, ist gewährleistet, dass auch diese nicht beschädigt wird.

Dieser Gedanke der Erfindung kann dahingehend weitergebildet werden, dass der Vorhangbeschichter mindestens einen (d. h. gegebenenfalls auch mehrere) Anpress aktor aufweist. Der Anpressaktor soll ausgestaltet sein, um einen Abstand der Andruckwalze relativ zur Substratoberfläche einstellen zu können oder alternativ eine Anpresskraft der Andruckwalze auf die Substratoberfläche einzustellen oder zu verändern. So kann der Anpressaktor beispielsweise genutzt werden, um die Andruckwalze zwischen einer Ruheposition und der Andruckposition hin- und herzufahren. Gleichzeitig kann der Anpressaktor zum Einstellen einer definierten Anpresskraft genutzt werden oder einfach die Andruckwalze mit vorgegebener Kraft gegen das Substrat drücken. Beispielsweise kann dieser Anpressaktor einen pneumatischen oder hydraulischen Aktor aufweisen. Auch andere Arten von Aktoren sind denkbar oder Kombinationen mehrerer Aktoren. So können beispielsweise sehr schnell ansprechende Aktoren mit Aktoren hoher Anpresskraft gekoppelt werden. Andere in Frage kommende Aktoren sind beispielsweise Gewindeaktoren oder andere Arten von Stellern.

Der Vorhangbeschichter in einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen weist eine hohe Robustheit gegenüber variablen Substratdicken und auch gegenüber Ereignissen wie beispielsweise Substratrissen auf. Bereits mit den oben dargestellten Ausführungsformen ist auf Grund der Kombination der mindestens einen Andruckwalze mit der Unterdruckvorrichtung auch im Falle eines Substratrisses eine Beschädigung der Grenzschichtablösevorrichtung nur selten gegeben.

Zusätzlich kann der Vorhangbeschichter weiter vorteilhaft ausgestaltet sein, um auch unerwarteten Ereignissen wie beispielsweise Substratrissen wirkungsvoll zu begegnen und um die allgemeine Handhabungssicherheit des Vorhangbeschichters zu verbessern.

So kann der Vorhangbeschichter einen Hauptaktor aufweisen, welcher ausgestaltet ist, um einen Abstand der Grenzschichtablösevorrichtung relativ zur Substratoberfläche zu verändern. Im Gegensatz zum Anpressaktor, welcher Bestandteil des Hauptaktors sein kann, bewirkt somit der Hauptaktor nicht nur eine Bewegung der mindestens einen Andruckwalze, sondern der gesamten Einheit der Grenzschichtablösevorrichtung. Beispielsweise kann der Hauptaktor eine Beschichtungsposition und eine Wartungsposition aufweisen, wobei in der Beschichtungsposition die Grenzschichtablösevorrichtung mittels des Hauptaktors dicht über die Substratoberfläche gefahren wird. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise einfach ein Substrat einlegen, während die Grenzschichtablösevorrichtung in der Wartungsposition steht. Auch Wartungsarbeiten, wie beispielsweise eine Reinigung der Grenzschichtablösevorrichtung, können in dieser Position vorgenommen werden.

Auch in diesem Fall kann der Hauptaktor vorzugsweise wieder einen pneumatischen Aktor aufweisen. Wie auch im Falle des Anpressaktors lassen sich jedoch auch hier verschiedene Arten von Aktoren oder Kombinationen von Aktoren einsetzen, beispielsweise hydraulische Aktoren oder andere Aktoren. Sowohl im Falle des Anpressaktors wie auch im Falle des Hauptaktors ist es von Vorteil, wenn die Aktoren in einer Position verriegelbar sind. Beispielsweise kann der Hauptaktor in einer Beschichtungsposition verriegelt werden, so dass ein unbeabsichtigtes Verändern der Position verhindert wird. Diese Verriegelung kann analog auch für den Anpressaktor erfolgen. Auch in anderen Positionen kann eine Verriegelung eingesetzt werden. Weiterhin kann eine Verriegelung auch automatisiert werden, so dass beispielsweise ab einer bestimmten Substratgeschwindigkeit automatisch eine Verriegelung des Hauptaktors und/oder des Anpressaktors durchgeführt wird.

Weiterhin kann der Vorhangbeschichter auch eine Notautomatik aufweisen. Diese Notautomatik kann insbesondere dem Zwecke dienen, Unregelmäßigkeiten im Beschichtungsvorgang, insbesondere einen Substratriss, zu erkennen. Im Falle der Erkennung einer Unregelmäßigkeit steuert die Notautomatik den Hauptaktor derart an, dass die Grenzschichtablösevorrichtung in eine Sicherheitsposition gefahren wird. Beispielsweise kann die Sicherheitsposition einen ausreichenden Abstand zwischen Substratoberfläche bzw. Substratfördervorrichtung gewährleisten, der Gestalt, dass auch lose Substratenden sich nicht um die Grenzschichtablösevorrichtung oder Bestandteile derselben wickeln können. Insbesondere kann der Abstand zwischen Grenzschichtablösevorrichtung und Substratoberfläche bzw. Substratofördervorrichtung mehrere Millimeter bis Zentimeter betragen. Beispielsweise kann die Sicherheitsposition mit der Wartungsposition identisch sein, so dass der Hauptaktor im Wesentlichen eine Beschichtungsposition und eine Wartungs- und Sicherungsposition aufweist. Dieses „digitale" Umschalten zwischen beiden Positionen ermöglicht eine einfache Ausgestaltung des Hauptaktors, wodurch sich auch sehr schnelle Aktoren einsetzen lassen. Insbesondere ist zum Zweck des schnellen Überführens der Grenzschichtablösevorrichtung von einer Beschichtungsposition in eine Sicherheitsposition wiederum ein pneumatischer Aktor von Vorteil.

Zum Detektieren einer Unregelmäßigkeit im Beschichtungsvorgang, insbesondere eines Substratrisses, können der Vorhangbeschichter und insbesondere die Notautomatik auch einen Substratspannungsmesser aufweisen. Der Substratspannungsmesser soll ausgestaltet sein, um mechanische Spannungen des Substrates zu messen. Derartige Substratspannungsmesser sind aus der Drucktechnologie bekannt. So kann die Notautomatik insbesondere so ausgestaltet sein, dass eine Unregelmäßigkeit im Beschichtungsvorgang detektiert wird, wenn eine durch den Substratspannungsmesser gemessene Substratspannung für mindestens eine vorgegebene Zeit einen vorgegebenen Mindestwert unterschreitet.

Durch diese Weiterbildung der Ausgestaltung des Vorhangbeschichters lassen sich größere Produktionsausfälle durch Bahnrisse vermeiden. Dadurch wird die Betriebssicherheit des Vorhangbeschichters erheblich erhöht und Stillstandzeiten der Maschinen verringert.

Zum Betrieb des Vorhangbeschichters gemäß einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen hat sich ein erfindungsgemäßes Verfahren bewährt, bei welchem zunächst bis zu einer vorgegebenen Grenzgeschwindigkeit des Substrats lediglich die mindestens eine Andruckwalze der Grenzschichtablösevorrichtung zum Einsatz kommt. Dementsprechend wird der Vorhangbeschichter so angesteuert, dass bei geringen Geschwindigkeiten, beispielsweise Geschwindigkeiten unterhalb von 100 bis 300 m/min nur die Andruckwalze gegen die Substratfördervorrichtung bzw. gegen die Substratoberfläche gepresst wird, wohingegen eine Vakuumpumpe der Unterdruckvorrichtung nicht betrieben wird. Die Andruckwalze allein reicht aus, um bei diesen geringen Geschwindigkeiten Gasgrenzschichten von der Substratoberfläche (beidseitig) abzulösen bzw. fernzuhalten. Erst ab der vorgegebenen Grenzgeschwindigkeit wird zusätzlich die Unterdruckvorrichtung eingeschaltet, um zusätzlich Gasgrenzschichten, welche sich trotz Einsatzes der Andruckwalze wieder auf der Substratoberfläche anlegen, zu entfernen. Dieses Zuschalten der Unterdruckvorrichtung kann beispielsweise automatisch durch eine elektronische Steuervorrichtung erfolgen.

Neben dem beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren kann der Vorhangbeschichter jedoch auch anderweitig eingesetzt werden, beispielsweise indem von Anfang an sowohl Unterdruckvorrichtung als auch die mindestens eine Anpresswalze eingesetzt werden.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt.
Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente.
Im Einzelnen zeigt:
1 einen Querschnitt durch eine Gießwelle und eine Grenzschichtablösevorrichtung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Vorhangbeschichters;
2 die Anordnung gemäß 1 mit veränderter Winkelstellung der Grenzschichtablösevorrichtung;
3 die Vorrichtung gemäß 1 mit angehobener Andruckwalze;
4 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung gemäß 1;
5 die Vorrichtung gemäß 1 mit Grenzschichtablösevorrichtung in Sicherheitsposition; und
6 ein Ausführungsbeispiel eines Vorhangbeschichters mit Notautomatik.
In 1 ist ein Querschnitt durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Vorhangbeschichters 110 mit einer Gießwelle 112 und einer Grenzschichtablösevorrichtung 114 dargestellt. Die Gießwelle 112 hat in diesem Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von ca. 350 mm. Der Vorhangbeschichter 110 ist ausgestattet zur Beschichtung eines Substrates 116, welches in diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise eine Papierbahn ist. Die Beschichtung erfolgt mittels eines flüssigen Beschichtungsvorhangs 118, welcher von einem (in 1 nicht dargestellten) Vorhangerzeuger erzeugt wird. Der Beschichtungsvorhang 118 trifft an einer Auftrefflinie 120 auf die zu beschichtende Oberfläche 122 des Substrats 116, welches sich mit einer Substratgeschwindigkeit (in 1 mit Bezugsziffer 124 bezeichnet, wobei Bezugsziffer 124 sowohl die Substratgeschwindigkeit als auch die Bewegungsrichtung des Substrates bezeichnen soll) über die Gießwelle 112 bewegt.
Die Gießwelle 112 ist um eine Drehachse 126 rotierbar und dreht sich in diesem Ausführungsbeispiel im Gegenuhrzeigersinn 128. Die Gießwelle 112 wird durch einen in 1 nicht dargestellten Antriebsmechanismus des Vorhangbeschichters 110 angetrieben und mit übrigen Bestandteilen einer Substratfördervorrichtung, deren Bestandteil auch die Gießwelle 112 ist, synchronisiert. Die Gießwelle ist jeweils endseitig an Seitenteilen 130 drehbar gelagert.
Die Grenzschichtablösevorrichtung 114 weist in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Unterdruckvorrichtung 132 und eine Andruckwalze 134 auf. Die Andruckwal ze 134 hat in diesem Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von ca. 120 mm. Unterdruckvorrichtung 132 und Andruckwalze 134 sind mittels eines Metallblocks 135 zu einer integralen Einheit zusammengefasst. In den Metallblock 135 ist ein Hohlraum 137 eingelassen, welcher durch einen Vakuumdeckel 152 abgeschlossen ist und zur Gießwelle 112 hin einen ca. 0,4 mm breiten Vakuumspalt 139 aufweist. Der Hohlraum 137, der Vakuumdeckel 152 und der Vakuumspalt 139 bilden somit in diesem Ausführungsbeispiel zentrale Komponenten der Unterdruckvorrichtung 132. Auch andere Ausgestaltungen der Unterdruckvorrichtung 132 sind jedoch denkbar.
Der Metallblock 135 umschließt somit die Unterdruckvorrichtung 132 vollständig und endet auf Seiten der Andruckwalze 134 unmittelbar vor der Andruckwalze 134. Somit ist die Andruckwalze 134 einlaufseitig, d. h. in Bewegungsrichtung 124 des Substrats vor der Unterdruckvorrichtung 132 gelagert und verschließt in der in 1 dargestellten Andruckposition einen Einlaufspalt 136 der Grenzschichtablösevorrichtung 114, welcher zwischen Metallblock 135 und Gießwelle 112 bzw. Substrat 116 ausgebildet ist.
Der Metallblock 135 mit der Unterdruckvorrichtung 132 und die Andruckwalze 134 sind über eine gemeinsame Seitenhalterung 138 miteinander verbunden. An jedem Ende der Gießwelle 112 ist jeweils eine dieser Seitenhalterungen 138 angeordnet. Auf jeder Seitenhalterung 138 ist ein Anpressaktor 140 befestigt. Bei diesem Anpressaktor 140 handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um einen pneumatischen Zylinder, mittels dessen die Anpresswalze 134 in einer radial zur Drehachse 126 der Gießwelle 112 verlaufenden Anpressrichtung 142 bewegt werden kann. Auf diese Weise kann die Andruckwalze 134 in die in 1 dargestellte Andruckposition bewegt werden, in welcher die Andruckwalze 134 gegen die zu beschichtende Substratoberfläche 122 des Substrats 116 gepresst wird. Gleichzeitig wird dadurch das Substrat 116 gegen die Gießwelle 112 gedrückt. Die Anpresskraft, welche vom Anpressaktor 140 ausgeübt wird, kann definiert eingestellt werden. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass auch kurzfristige Verdickungen des Substrats 116 ausgeglichen werden können.
Die Andruckwalze 134 ist um eine Achse 144, welche parallel zur Drehachse 126 verläuft drehbar gelagert. Die Andruckwalze 134 wirkt in diesem Ausführungsbeispiel als Umlenkwalze und lenkt am Andruckpunkt 146 das Substrat 116 auf die Gießwelle 112 um. Es sind jedoch auch Ausführungsformen möglich, bei denen die Andruckwalze 134 nicht umlenkend wirkt.
Die Grenzschichtablösevorrichtung 114 Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel in 1 entfernt Gasgrenzschichten 148, 150 auf dem Substrat 116 wirkungsvoll in doppelter Weise. Die Gasgrenzschichten 148, 150 werden von dem sich mit der Sub stratgeschwindigkeit 124 bewegenden Substrat an den jeweiligen Oberflächen mitgerissen. Durch Anpressen der Andruckwalze 134 am Andruckpunkt 146 auf das Substrat 116 werden sowohl die beschichtungsseitige Gasgrenzschicht 148 als auch die gießwellenseitige Gasgrenzschicht 150 abgedrängt bzw. von dem Substrat 116 abgestreift. Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen wird somit verhindert, dass das Substrat 116 auf der gießwellenseitigen Gasgrenzschicht 150 „schwimmen" kann. Weiterhin wird, im Anschluss an die Andruckwalze 134, eine Gasgrenzschicht 148, 150, welche sich nach Einwirkung der Andruckwalze 134 erneut gebildet haben sollte oder welche auch nach Einwirkung der Andruckwalze 134 auf dem Substrat 116 verblieben sein sollte, durch die Unterdruckvorrichtung 132 entfernt. Zu diesem Zweck kann die Unterdruckvorrichtung 132 beispielsweise gemäß einem der oben beschriebenen, dem Stand der Technik entsprechenden Ausführungsbeispielen ausgestaltet sein. In dem in 1 dargestellten einfachen aber bevorzugten Beispiel weist die Unterdruckvorrichtung 132 den Vakuumdeckel 152 auf, welcher mit einer Vakuumvorrichtung, beispielsweise einer Vakuumpumpe, verbunden wird (in 1 nicht dargestellt – siehe unten 6, Bezugsziffer 162). Dadurch kann der Hohlraum 137 mit einem Unterdruck beaufschlagt werden. Über den Vakuumspalt 139 können auf diese Weise auf dem Substrat 116 verbliebene und/oder neu gebildete Gasgrenzschichten 148 vom Substrat 116 entfernt („abgesaugt") werden.
Die Unterdruckvorrichtung 132 und die Andruckwalze 134, welche wesentliche Bestandteile der Grenzschichtablösevorrichtung 114 bilden, können einzeln oder kumulativ eingesetzt werden. So kann beispielsweise die Andruckwalze 134 alleine eingesetzt werden, wohingegen die Unterdruckvorrichtung 132 nicht betrieben wird. Weiterhin kann auch die Unterdruckvorrichtung 132 alleine, d. h. ohne die Andruckwalze 134 betrieben werden. Auch Abstufungen sind möglich, d. h. beispielsweise abgestufte Pumpenleistungen der Vakuumpumpe zum Betrieb der Unterdruckvorrichtung 132, sind denkbar oder ein teilweises Öffnen der Andruckwalze 134.
In einem bevorzugten Verfahren wird während geringerer Substratgeschwindigkeiten 124, beispielsweise während einer Startphase eines Beschichtungsvorgangs, ausschließlich die Andruckwalze 134 betrieben, wohingegen die Unterdruckvorrichtung 132 erst bei höheren Substratgeschwindigkeiten 124 zugeschaltet wird. Auch hier kann bei ansteigender Substratgeschwindigkeit beispielsweise die Pumpenleistung der Unterdruckvorrichtung 132 langsam erhöht werden. Weiterhin kann auch der Anpressaktor so ausgesteuert werden, dass beispielsweise ab einer bestimmten Substratgeschwindigkeit 124 die Andruckwalze 134 automatisch in der in 1 dargestellten Andruckposition verriegelt ist.
Vom Andruckpunkt 146 bis hin zur vordersten, der Auftrefflinie 120 zugewandten Spitze des Metallblocks 135 der Grenzschichtablösevorrichtung 114 erfasst die Grenzschichtablösevorrichtung 114 einen Einwirkungsbereich, welcher in 1 symbolisch als Winkel α dargestellt ist. Bei üblichen, aus dem Stand der Technik bekannten Grenzschichtablösevorrichtungen muss dieser Einwirkungsbereich α möglichst groß ausgestaltet werden, um eine effiziente Ablösung von Gasgrenzschichten 148, 150 (insbesondere der beschichtungsseitigen Gasgrenzschicht 148) zu bewirken. Auf Grund des doppelten Funktionsprinzips gemäß der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen 1 ist jedoch im Vergleich zu herkömmlichen Grenzschichtablösevorrichtungen in dem erfindungsgemäßen Beispiel gemäß 1 lediglich ein Winkel von circa 75 Grad erforderlich.
Gleichzeitig ist in der Ausführung gemäß 1 die Seitenhalterung 138 so ausgestaltet, dass diese um die Drehachse 126 drehbar gelagert ist. Beispielsweise kann dies dadurch erfolgen, dass die Seitenhalterung 138 fest mit den Seitenteilen 130 verbunden ist, wobei Seitenhalterung 138 und Seitenteile 130 gemeinsam um die Drehachse 126 drehbar gelagert sind. Auf diese Weise kann die Winkelposition der Grenzschichtablösevorrichtung 114, welche in 1 symbolisch als Winkel β zur Horizontalen dargestellt ist, verändert werden. Dementsprechend kann diese Ausrichtung β auf die Lage der Auftrefflinie 120 des Beschichtungsvorhangs 118 angepasst werden. Somit kann die Lage der Auftrefflinie 120 auf der Gießwelle 112 verändert werden, während die Position β der Grenzschichtablösevorrichtung 114 jeweils mitgeführt wird, um beispielsweise einen konstanten Abstand zwischen Grenzschichtablösevorrichtung 114 und Auftrefflinie 120 zu gewährleisten. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass bei beliebiger Lage der Auftrefflinie 120 sich zwischen Grenzschichtablösevorrichtung 114 und Auftrefflinie 120 nicht erneut eine Gasgrenzschicht 148, 150 auf der Oberfläche des Substrats 116 ablagern kann. Vorzugsweise wird die Grenzschichtablösevorrichtung 114 möglichst dicht an die Auftrefflinie 120 herangeführt. Diese Veränderung der Ausrichtung β der Grenzschichtablösevorrichtung 114 ist symbolisch noch einmal in 2 dargestellt, welche die Anordnung gemäß 1 in einer veränderten Ausrichtung β' der Grenzschichtablösevorrichtung 114 zeigt. Hierbei wurde in dem in 2 dargestellten Beispiel der Winkel β auf den Winkel β' verkleinert, indem die Grenzschichtablösevorrichtung 114 im Uhrzeigersinn um die Drehachse 126 gedreht wurde. Dementsprechend wurde der Abstand zwischen dem Metallblock 135 der Grenzschichtablösevorrichtung 114 und der Auftrefflinie 120 des Beschichtungsvorhangs 118 vergrößert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß den 1 und 2 weist somit eine hohe Flexibilität auf und ermöglicht eine Anpassung des Vorhangbeschichters auf verschiedene Substratgeschwindigkeiten, Arten von Beschichtungsflüssigkeit (mit unterschiedlicher Viskosität, Oberflächenspannung etc.) und unterschiedlichen Oberflächenrauhigkeiten.
In 3 ist die Anordnung gemäß 1 dargestellt, wobei jedoch mittels des Anpressaktors 140 die Andruckwalze vom Andruckpunkt 145 abgehoben wurde. Dadurch wird der Einlaufspalt 136 der Grenzschichtablösevorrichtung 114 stark vergrößert. Im Gegensatz zu der in 1 dargestellten Andruckposition ermöglicht die in 3 dargestellte Ruheposition beispielsweise ein Einlegen eines Substrates 115 in den Vorhangbeschichter 110 oder Wartungs- bzw. Reinigungsarbeiten. Auch ein Betrieb der Grenzschichtablösevorrichtung 114 allein mittels der Unterdruckvorrichtung 132 ist denkbar, wobei jedoch vorzugsweise der Einlaufspalt 136 kleiner als in der in 3 dargestellten Wartungsposition ausgestaltet wird.
In 4 ist in perspektivischer Darstellung ein Ausschnitt des Vorhangbeschichters 110 gemäß dem Ausführungsbeispiel in 1 dargestellt. Wiederum sind dabei die Gießwelle 112 und die Andruckwalze 134 zu erkennen. Auch der Vakuumdeckel 152, welcher in diesem Ausführungsbeispiel mit Flügelmuttern gehalten wird, ist dargestellt. Wiederum nicht dargestellt sind der Vorhangerzeuger zur Erzeugung des Beschichtungsvorhangs 113 sowie die Vakuumvorrichtung, welche mit der Unterdruckvorrichtung 132 der Grenzschichtablösevorrichtung 114 verbunden wird.
In der perspektivischen Darstellung gemäß 4 ist außerdem zu erkennen, wie der Anpressaktor 140 mit der Seitenhalterung 138 verbunden ist. Weiterhin ist zu erkennen, dass die Seitenhalterung 133 und die gesamte Grenzschichtablösevorrichtung 114 auf einem Hauptaktor 154 ruhen. Dieser Hauptaktor 154 dient zum Abheben bzw. Anfahren der Grenzschichtablösevorrichtung 114 gegen die Gießwelle 112.
Die Funktionsweise des Hauptaktors 154 wird deutlich in Zusammenschau mit der Schnittdarstellung in 5. Während 1 den Vorhangbeschichter 110 in einer Arbeitsposition der Grenzschichtablösevorrichtung 114 darstellt, zeigt 5 den Vorhangbeschichter 110 mit in eine Sicherheitsposition gefahrener Grenzschichtablösevorrichtung 114. In der Sicherheitsposition gemäß 5 hat der Hauptaktor 154, welcher auf der anderen Seite der Seitenteile 130 angeordnet ist und somit in 5 selbst nicht sichtbar ist, die Grenzschichtablösevorrichtung 114 von der Gießwelle 112 entfernt. Dadurch entsteht ein Sicherheitsabstand d zwischen Grenzschichtablösevorrichtung 114 und Gießwelle 112, durch welchen auch abgerissene Substratbahnen oder unregelmäßig dicke Substrate leicht passieren können, ohne die Grenzschichtablösevorrichtung 114 zu beschädigen. Zusätzlich zum Hauptaktor 154 kann auch noch der Anpressaktor 140 angesteuert werden, um die Andruckwalze 134 entgegen der Anpressrichtung 142 zu bewegen und somit eine erhöhte Abfahrgeschwindigkeit der Andruckwalze 134 von der Gießwelle 112 zu erreichen.
In 6 ist schließlich ein Ausführungsbeispiel eines Vorhangbeschichters 110 mit einen Notautomatik 156 dargestellt. Die Notautomatik kann beispielsweise mit einem den Vorhangbeschichter 110 steuernden Rechnersystem 158 integriert sein. Das Rechnersystem 158 kann beispielsweise den Antrieb der Gießwelle 112 und der gesamten Substratfördervorrichtung steuern, welche insbesondere ausgestaltet sein können wie in 1 beschrieben. Weiterhin steuert das Rechnersystem 158 über Steuerleitungen 160 den Anpressaktor 140 und den Hauptaktor 154 (in 6 nicht dargestellt), welche beispielsweise ausgestaltet sein können wie oben beschrieben. Weiterhin kann das Rechnersystem 158 über die Steuerleitungen 160 eine Vakuumpumpe 162 und einen Vorhangerzeuger 164 zur Erzeugung des flüssigen Beschichtungsvorhangs 118 ansteuern. Die Vakuumpumpe 162 ist über eine Vakuumleitung 166 mit dem Vakuumdeckel 152 der Grenzschichtablösevorrichtung 114 verbunden.
Neben den genannten Komponenten weist die Notautomatik 156 einen Substratspannungsmesser 168 auf. Dieser Substratspannungsmesser 168 ist ausgestaltet, um permanent Spannungen im Substrat 116 zu erfassen und über eine Signalleitung 170 an das Rechnersystem 158 zu übermitteln.
Die Notautomatik 156 ist so ausgestaltet, dass die vom Substratspannungsmesser 168 übermittelten Substratspannungssignale permanent ausgewertet werden. Unterschreitet die Substratspannung für einen vorgegebenen Zeitraum eine vorgegebene Mindestspannung, beispielsweise für einen Zeitraum von 1 s eine Substratspannung (d. h. Kraft pro Längeneinheit der Bahnbreite des Substrats) von 30 N/m, so detektiert die Notautomatik 156 eine Unregelmäßigkeit im Beschichtungsvorgang. Beispielsweise kann es sich dabei um einen Riss des Substrats 116 handeln. In diesem Fall wird mittels der Notautomatik 156 praktisch instantan der Hauptaktor 154 angesteuert, um die Grenzschichtablösevorrichtung 114 in die in 5 dargestellte Sicherheitsposition zu fahren. Gleichzeitig können optional auch die Vakuumpumpe 162 und der Vorhangerzeuger 164 abgeschaltet werden.

110: Vorhangbeschichter
112: Gießwelle
114: Grenzschichtablösevorrichtung
116: Substrat
118: Beschichtungsvorhang
120: Auftrefflinie
122: zu beschichtende Substratoberfläche
124: Substratgeschwindigkeit, Bewegungsrichtung
126: Drehachse
128: Drehsinn
130: Seitenteile
132: Unterdruckvorrichtung
134: Andruckwalze
135: Metallblock
136: Einlaufspalt
137: Hohlraum
138: Seitenhalterung
139: Vakuumspalt
140: Anpressaktor
142: Anpressrichtung
144: Achse
146: Andruckpunkt
148: Gasgrenzschicht, beschichtungsseitig
150: Gasgrenzschicht, gießwellenseitig
152: Vakuumdeckel
154: Hauptaktor
156: Notautomatik
158: Rechnersystem
160: Steuerleitungen
162: Vakuumpumpe
164: Vorhangerzeuger
166: Vakuumleitung
168: Substratspannungsmesser
170: Signalleitung

Claims

Vorhangbeschichter (110) zur Beschichtung einer Substratoberfläche (122) eines bewegten Substrates (116) mittels eines flüssigen Beschichtungsvorhangs (118) mit a) einem Vorhangerzeuger (164) zur Erzeugung des flüssigen Beschichtungsvorhangs (118), wobei der flüssige Beschichtungsvorhang (118) entlang einer Auftrefflinie (120) auf die Substratoberfläche (122) auftrifft; b) einer Substratfördervorrichtung (112); und c) einer in Bewegungsrichtung (124) des Substrates (116) vor der Auftrefflinie (120) angeordneten Grenzschichtablösevorrichtung (114), dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzschichtablösevorrichtung (114) eine Unterdruckvorrichtung (132) zur lokalen Beeinflussung einer Gasgrenzschicht (148, 150) an der Substratoberfläche (122) innerhalb eines Einflussbereiches sowie mindestens eine Andruckwalze (134) aufweist, wobei die mindestens eine Andruckwalze (134) ausgestaltet ist, um in mindestens einer Andruckposition das bewegte Substrat (116) gegen die Substratfördervorrichtung (112) zu pressen und wobei die Grenzschichtablösevorrichtung (114) als integrale Einheit ausgestaltet ist.
Vorhangbeschichter (110) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Andruckwalze (134) auf der der Auftrefflinie (120) abgewandten Seite der Unterdruckvorrichtung (132) angeordnet ist.
Vorhangbeschichter (110) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzschichtablösevorrichtung (114) auf der der Auftrefflinie (120) abgewandten Seite mit der Substratfördervorrichtung (112) einen Einlaufspalt (136) bildet, wobei die Andruckwalze (134) in der mindestens einen Andruckposition den Einlaufspalt (136) im Wesentlichen abdichtet.
Vorhangbeschichter (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzschichtablösevorrichtung (114) entlang einer Bewegungsrichtung (124) des Substrates (116) bewegbar gelagert ist.
Vorhangbeschichter (110) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratfördervorrichtung (112) eine Gießwelle (112) mit einer Drehachse (128) aufweist, wobei die Grenzschichtablösevorrichtung (114) um die Drehachse (128) drehbar gelagert ist.
Vorhangbeschichter (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Hauptaktor (154), wobei der Hauptaktor (154) ausgestaltet ist, um einen Abstand d der Grenzschichtablösevorrichtung (114) relativ zur Substratoberfläche (122) zu verändern.
Vorhangbeschichter (110) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Hauptaktor (154) einen pneumatischen Aktor aufweist.
Vorhangbeschichter (110) gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Notautomatik (156), wobei die Notautomatik (156) ausgestaltet ist, um Unregelmäßigkeiten im Beschichtungsvorgang, insbesondere einen Substratriss, zu erkennen und den Hauptaktor (154) im Falle einer erkannten Unregelmäßigkeit so anzusteuern, dass die Grenzschichtablösevorrichtung (114) in eine Sicherheitsposition gefahren wird.
Vorhangbeschichter (110) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch einen Substratspannungsmesser (168), welcher ausgestaltet ist, um mechanische Spannungen des Substrates (116) zu messen.
Vorhangbeschichter (110) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Notautomatik (156) ausgestaltet ist, um eine Unregelmäßigkeit im Beschichtungsvorgang zu detektieren, wenn eine Substratspannung für mindestens eine vorgegebene Zeit einen vorgegebenen Mindestwert unterschreitet.
Vorhangbeschichter (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Anpressaktor (140), wobei der Anpressaktor (140) ausgestaltet ist, um einen Abstand der Andruckwalze (134) relativ zur Substratoberfläche und/oder eine Anpresskraft der Andruckwalze (134) auf die Substratoberfläche zu verändern.
Vorhangbeschichter (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratfördervorrichtung (112) eine Gießwelle (112) aufweist, wobei die Gießwelle (112) einen Wellenumfang aufweist, wobei die Grenzschichtablösevorrichtung (114) ein Segment α von nicht mehr als 90° des Wellenumfangs erfasst.
Vorhangbeschichter (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Andruckwalze (134) als Umlenkwalze ausgestaltet ist.
Verfahren zur Beschichtung einer Substratoberfläche (122) eines bewegten Substrates (116) mittels eines flüssigen Beschichtungsvorhangs (118) mit einem Vorhangbeschichter (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bis zu einer vorgegebenen Grenzgeschwindigkeit des Substrates (116) das bewegte Substrat (116) mittels der mindestens einen Andruckwalze (134) gegen die Substratfördervorrichtung (112) zu pressen, wohingegen die Unterdruckvorrichtung (132) nicht betrieben wird, und dass ab der Grenzgeschwindigkeit zusätzlich die Unterdruckvorrichtung (132) eingeschaltet wird.