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Die
Erfindung betrifft ein Beschichtungswerkzeug insbesondere eine Breitschlitzdüse
mit veränderbarer Breite und dessen Verwendung zum Beschichten
von Materialbahnen mit thermoplastischen Kunststoffen.
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Zum
Auftragen von Beschichtungen auf flächige Materialien,
insbesondere Materialbahnen, sind Vorrichtungen bekannt, mit denen
eine Seite einer über eine Gegendruckwalze laufende Materialbahn
mit einer dünnen Schicht des Beschichtungsmaterials versehen
werden kann. Das Beschichtungsmaterial wird dabei aus einem Düsenschlitz, welcher
zwischen einer anlaufenden und einer ablaufenden Düsenlippe
einer Schlitzdüseneinrichtung gebildet wird, auf die Oberfläche
der laufenden Materialbahn aufgetragen.
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Um
eine möglichst hohe Gleichmäßigkeit der Schicht
zu erhalten, weisen die Düsen in ihrem Inneren spezifische
geometrische Anordnungen auf, welche eine gleichmäßige
Verteilung des Beschichtungsmaterials über die gesamte
Breite des Düsenschlitzes erreichen.
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So
beschreibt
EP 0 597 781 eine
Düse zur Extrusion von Filmen, Folien oder Platten, welche
einen Grundkörper mit einem Verteilsystem und Düsenlippen
umfasst. Der Grundkörper ist aus einem monolithischem Körper
gebildet, welcher an seinen Enden durch abnehmbare Deckel verschlossen
ist. In dem Körper ist ein Verteilsystem in Form einer Längsbohrung
vorgesehen, welche mit einem Kanal zur Versorgung mit Beschichtungsmaterial
verbunden ist. Die Längsbohrung dient als Aufnahme für eine
abnehmbare Schiene, wobei die Schiene mit der Längsbohrung
eine Materialaufteilungsstufe begrenzt. Die Düsenlippen
werden von zwei Traversen gebildet, welche mit dem Grundkörper
verbunden sind und einen Düsenschlitz bilden. In weiteren
Ausführungsformen werden zusätzliche Ausgestaltungen des
Grundkörpers insbesondere der Längsbohrung und
der Schiene offenbart.
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Es
ist üblich, das Verteilsystem, auch als Ausstreck- oder
Verteilkanal bezeichnet, für das flüssige Beschichtungsmaterial
in den Grundkörper zu legen. Die Düsenlippen dienen
lediglich der Korrektur von Düsenspalt und Anstellung zur
Walze. Die bekannten Breitschlitzdüsen sind daher nur für
eine festgelegte Auftragsbreite der Beschichtung konzipiert. Eine
andere Auftragsbreite erfordert eine neue Düse. Zumindest
müssen jedoch die Düsenlippen und Teile des Grundkörpers
ausgetauscht werden, um das Verteilsystem für das flüssige
Beschichtungsmaterial auf die neue Auftragsbreite anzupassen. Ein Austausch
der Düse ist daher mit einem erheblichen Kosten- und Zeitaufwand
verbunden.
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Aus
DE 38 04 856 ist ein Beschichtungswerkzeug
zum Beschichten einer Materialbahn mit Leim bekannt, welches einen
Auftragskopf mit einer quer zur Vorlaufsrichtung der Materialbahn
vorgesehenen Schlitzdüsenanordnung und eine Pumpenanordnung
aufweist, wobei die Schlitzdüsenanordnung mehrere unmittelbar
nebeneinander angeordnete einzelne, in Strömungsrichtung
des Beschichtungsmaterials gesehen bis kurz vor die Austrittsstelle
des Beschichtungsmaterials voneinander getrennte Schlitzdüsen
umfasst. Die Pumpenanordnung weist für jede Schlitzdüse
eine eigene dosierende Pumpe auf. Die Auftragsbreite der Schlitzdüsenanordnung kann
dabei durch den Austausch des Schlitzblechs, welches in dem Werkzeug
vorgesehen ist, und dem zusätzlichen Einbau einer Zwischenplatte
verändert werden.
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Bei
dieser Anordnung kann die Auftragsbreite der Beschichtung jedoch
nur in den engen Grenzen verändert werden, welche durch
die vorgegebene Geometrie des Verteilsystems im Grundkörper und
die feststehende, anlaufende Düsenlippe bestimmt sind.
Darüber hinaus wird in dieser Anordnung die Spaltbreite
zwischen den Düsenlippen lediglich durch die Dicke des eingesetzten
Schlitzbleches eingestellt. Eine weitere Möglichkeit zur Änderung
der Spaltbreite, welche eine gleichmäßige Beschichtung
insbesondere über die Länge der zu beschichtenden
Materialbahn gewährleistet, ist nicht vorgesehen.
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Beim
Beschichten von Bahnen ist eine gleichbleibende Schichtdicke über
die gesamte Länge (entspricht dem Zeitverlauf) und Breite
der Materialbahn gefordert. Die Schichtdicke wird üblicherweise
durch Anpassen bzw. Einstellen der Geometrie des Austrittsspalts
zwischen den Düsenlippen eingestellt. Bekannt sind Vorrichtungen,
in denen die Spaltgeometrie über Reck- oder Druckschrauben
oder Thermobolzen eingestellt wird. Bei einem Austausch des Werkzeugs
bzw. der Düse muß die Spaltbreite neu eingestellt
werden. Mit den üblichen Vorrichtungen zur Spalteinstellung,
welche zum Teil per Hand bedient werden müssen, bedeutet
dies unter Umständen einen erheblichen Arbeits- und Zeitaufwand.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Beschichtung
von Materialbahnen zu verbessern insbesondere eine größere Flexibilität
der Auftragsbreite zu erreichen.
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Die
Aufgabe wird durch Beschichtungswerkzeug gemäß Anspruch
1 und die Verwendung des Werkzeugs gemäß Anspruch
12 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Werkzeug umfasst eine Schlitzdüse,
welche einen Grundkörper sowie eine anlaufende und eine
ablaufende Düsenlippe aufweist. Die einander gegenüberliegenden
Düsenlippen bestimmen die Geometrie des Austrittsspalts, wobei
mindestens eine der Düsenlippen ein Verteilsystem für
das eingeleitete flüssige Beschichtungsmaterial aufweist,
wobei zumindest die Düsenlippe, welche das Verteilsystem
aufweist, lösbar mit dem Grundkörper verbunden
ist.
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Der
Grundkörper umfasst bevorzugt mindestens einen Einlass,
durch den das flüssige Beschichtungsmaterial zugeführt
wird, und mindestens einen Auslass, welcher in den entsprechenden
Einlass des Verteilsystems in den Düsenlippen einmündet
und durch welchen das Beschichtungsmaterial dem Verteilsystem zugeführt
wird. Vorzugsweise umfasst der Grundkörper einen Körper,
welcher entsprechend ausgestaltete Aussparungen und Öffnungen
beispielsweise in Form von Bohrungen aufweist.
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Die
ablaufende Düsenlippe ist bei bahnförmigen Beschichtungen
gegen eine Walze erfindungsgemäß vorteilhaft die
Beschichtungslippe, d. h. die Düsenlippe, welche bei der
Beschichtung gegen die Walze in Drehrichtung die zweite Düsenlippe
bildet. Die ablaufende Düsenlippe hat einen wesentlichen Einfluß auf
das Beschichtungsergebnis, da sie so angeordnet und ausgestaltet
ist, dass ein gleichmäßiger Auftrag des Beschichtungsmaterials
auf die Materialbahn erreicht wird.
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Um
die Auftragsbreite des erfindungsgemäßen Beschichtungswerkzeugs
zu verändern, werden lediglich die Düsenlippen
ausgetauscht. Die Düsenlippen selbst weisen die gewünschte
Auftragsbreite auf, wobei das Verteilsystem in ihrem Inneren geometrisch
so ausgestaltet ist, dass das flüssige Beschichtungsmaterial
optimal über die gesamte Breite verteilt wird. Aufgrund
des Verteilsystems in den Düsenlippen des erfindungsgemäßen
Beschichtungswerkzeugs ist ein Wechsel der Auftragsbreite durch den
Austausch der Düsenlippen schnell und einfach möglich.
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Erfindungsgemäß weist
mindestens eine der Düsenlippen ein Verteilsystem auf,
welches auf der zum Grundkörper weisenden Seite der Düsenlippe ein
oder mehrere Einlässe und auf der zur zu beschichtenden
Materialbahn weisenden Seite der Düsenlippe ein Auslass
aufweist, welcher sich senkrecht zur Fließrichtung des
Beschichtungsmaterials über die Breite, bevorzugt über
nahezu die gesamte Breite, der Düsenlippe erstreckt. In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
weist das Verteilsystem 1 bis 6, bevorzugt 4, Einlässe
auf, welche in dem Auslass zusammengeführt werden.
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Das
erfindungsgemäße Verteilsystem umfasst Aussparungen
beispielsweise in Form von Bohrungen oder Fräsungen, welche
so ausgestaltet sind, dass das flüssige Beschichtungsmaterial
am Auslass über die gesamte Breite der Düsenlippen
verteilt wird. Um eine gleichmäßige Verteilung
zu erreichen, weisen die Aussparungen des Verteilsystems in der Düsenlippe
vorteilhafte geometrische Anordnungen auf, vorzugsweise in Form
von sich zum Auslass hin verbreiternden trapezförmigen
Aussparungen, welche in der Nähe des Auslasses eine geringere
Tiefe aufweisen als in der Nähe des Einlasses.
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Die
erfindungsgemäßen Düsenlippen können
ein oder mehrere Teile umfassen. Bevorzugt weist die Düsenlippe,
welche das Verteilsystem enthält, zwei Teile auf. In einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die das Verteilsystem
enthaltene Düsenlippe eine Vorrichtung zum Umlenken des flüssigen
Beschichtungsmaterials auf, welche das Beschichtungsmaterial tangential
in einem Winkel kleiner 45° zur zu beschichtenden Materialbahn
austrägt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße
Beschichtungswerkzeug so ausgestaltet, dass sich das Verteilsystem
bevorzugt in einer der beiden Düsenlippen, besonders bevorzugt
in der anlaufenden Düsenlippe, befindet. Die ablaufende
Düsenlippe umfasst bevorzugt eine Beschichtungslippe, welche
präzisionsgeschliffen ist, um einen gleichmäßige
Auftrag der Beschichtung bzw. eine gleichmäßige
Schichtdicke des Beschichtungsmaterials zu erreichen. Die ablaufende
Düsenlippe bestimmt so den exakten Spalt zur Beschichtungswalze.
Die anlaufende Lippe enthält das geometrisch aufwendige
Verteilsystem auf die gewünschte Auftragsbreite.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft
wird zur Änderung der Auftragsbreite der Beschichtung die
anlaufende Düsenlippe, welche bevorzugt das Verteilsystem
aufweist, ausgetauscht während die Beschichtungslippe unverändert
bleibt. Dies ist besonders vorteilhaft, da hierbei der Präzisionsschliff,
welcher die μ-Toleranz gewährleistet, nicht durch
eine Demontage verschlechtert wird oder sogar verloren geht.
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In
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist
das Beschichtungswerkzeug elektrische und sensorische Installationen
auf, vorzugsweise Heizelemente, insbesondere Heizpatronen, und Sensoren
zur Aufnahme von Temperatur- oder Druckmeßwerten. Die Heizelemente
sind dabei bevorzugt parallel zum Düsenspalt angeordnet.
Diese Anordnung der Heizelemente ermöglicht eine gezielte
Verformung des erfindungsgemäßen Beschichtungswerkzeugs
zur geometrischen Korrektur der Lippeneinstellung bzw. der Spaltbreite.
Auch können sie in unterschiedlichen Längen vorliegen.
Die Heizelemente werden separat von einander eingestellt und geregelt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Grundkörper
ein oder mehrere Heizelemente sowie Druck- und Temperatursensoren.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Heizelemente im Grundkörper
parallel zum Austrittsspalt angeordnet sind. Dabei können
die Heizelemente in verschiedenen horizontalen Ebenen und verschiedenen
vertikalen Reihen angeordnet sein.
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In
einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegende
Erfindung sind die Heizelemente im Grundkörper so angeordnet
und verschaltet bzw. geregelt, dass über den Effekt der
inkrementalen Wärmedehnung des Grundkörpers und der
Düsenlippen das Beschichtungswerkzeug so verformt wird,
dass Unregelmäßigkeiten oder Verformungen des
Austrittspalts zwischen den Düsenlippen korrigiert werden
können.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist das Beschichtungswerkzeug
auf einen Rahmen montiert, den Support, der mit sehr kleiner Schrittweite,
bevorzugt im 1000stel mm-Bereich, horizontal verfahren werden kann.
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Das
erfindungsgemäße Beschichtungswerkzeug ist insbesondere
zur Beschichtung von Materialbahnen mit thermoplastischen Kunststoffen
geeignet. Für Änderungen der Beschichtungsbreite
wird lediglich die untere erfindungsgemäße Düsenlippe getauscht.
Da die gesamten Sensoren sowie die Heizung (Heizelemente) im Grundkörper
angeordnet sind, ist die Düsenlippe schnell und einfach
auszuwechseln.
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1 stellt
ein erfindungsgemäßes Beschichtungswerkzeug im
Querschnitt dar, welche gegen eine Beschichtungswalze angeordnet
ist. Der Fluß des Beschichtungsmaterials, in diesem Beispiel eine
Klebemasse, ist schraffiert dargestellt. Das Beschichtungswerkzeug
umfasst den Grundkörper, eine obere (ablaufende) Düsenlippe
und eine untere (anlaufende) Düsenlippe. Der Grundkörper
zeigt in dieser Darstellungsweise einen Einlass bzw. Klebemassenzulauf.
Die untere Lippe weist das geometrisch aufwendige Verteilsystem
bzw. den Verteilkanal auf und bestimmt die Auftragsbreite. Da die
Lippe keinerlei Heizelemente oder Sensoren aufweist, ist sie leicht
und einfach austauschbar. Im Grundkörper sind Bohrungen
(in 1 als Kreise dargestellt) vorgesehen, welche die
in Längsrichtung angeordneten Heizelemente zur Beheizung
und zur gesteuerten lokalen Wärmedehnung aufnehmen. Um
die Geometrieanpassung über die Wärmedehnung zu
steuern, ist eine große Anzahl an Heizelemente notwendig, daher
weist der Grundkörper eine entsprechend große
Anzahl an Bohrungen auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0597781 [0004]
- - DE 3804856 [0006]