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Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsdüse zum intermittierenden Auftragen eines Mediums auf ein sich in Transportrichtung bewegendes Substrat mit einem Düsenkörper, der wenigstens eine Zuführung und einen sich senkrecht zur Transportrichtung und parallel zum Substrat erstreckenden Austrittsspalt für das Medium aufweist, zwischen welchem Austrittsspalt und welcher Zuführung ein Kanal für das Medium vorhanden ist, in welchem Kanal ein Sperrmittel angeordnet ist, mit dem der Kanal geöffnet und geschlossen wird, um den intermittierenden Auftrag in Transportrichtung zu bewirken.
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Es ist bekannt, mittels einer Beschichtungsdüse flüssige Medien auf ein Substrat aufzutragen. Das Substrat kann eine Auftragswalze sein, die das Medium aufnimmt und auf eine Substratbahn oder auf eine weitere Walze aufträgt. Die Beschichtungsdüse kann das flüssige Medium aber auch direkt auf eine zu beschichtende Materialbahn auftragen.
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Das aufzutragende Medium wird unter Druck durch den Austrittsspalt gepresst und auf das Substrat aufgetragen. Bei einem kontinuierlichen Auftrag des Mediums verursacht die Ansteuerung einer derartigen Beschichtungsdüse keine Probleme. Es muss lediglich sichergestellt werden, dass stets eine ausreichende Menge des Mediums vorgehalten wird.
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Es sind aber auch Anwendungsfälle bekannt, bei welchen das Medium nicht kontinuierlich auf das Substrat aufgetragen werden soll. Es ist beispielsweise bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Akkumulatoren erforderlich, dass die Beschichtung auf der Substratbahn in Transportrichtung unterbrochen ist. Dadurch werden beschichtete Felder vorbestimmter Größe hergestellt, die für Lithium-Ionen-Akkumulatoren benötigt werden.
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Ein in Breitenrichtung unterbrochener Auftrag ist durch eine entsprechend mehrteilig ausgebildete Beschichtungsdüse möglich. Bei einem in Transportrichtung unterbrochenen Auftrag des Mediums muss der Zufluss des Mediums unterbrochen werden, so dass dann kein Auftrag auf das sich weiterbewegende Substrat erfolgt.
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Es ist aus der
EP 0 237 746 B1 bekannt, dass der Austrittskanal der Beschichtungsdüse durch ein sich hin- und herbewegbares Verschlusselement geöffnet und verschlossen werden kann. In der verschlossenen Lage fließt kein Medium durch den Austrittsspalt, und es erfolgt kein Auftrag. Im Einzelnen ist die Anordnung so getroffen, dass das Verschlusselement sich innerhalb einer vorgeschalteten Kammer auf- und ab bewegt und somit den Kanaleingang öffnet oder verschließt. Das Verschlusselement bewegt sich somit innerhalb der vorgeschalteten Kammer innerhalb des unter Druck stehenden Mediums. Der Antrieb und die Führung des Verschlusselementes sind entsprechend aufwendig ausgebildet. Auch kann der Materialfluss nicht abrupt unterbrochen werden, da das Verschlusselement vor dem Verschließen der Öffnung das Medium im Bereich der Dichtfläche verdrängen muss.
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Die
US-PS 5,536,313 beschreibt eine intermittierende Auftragsdüse, bei welcher die Zuführung des aufzutragenden Materials durch Ventile unterbrochen wird.
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Es sind in Breitenrichtung mehrere Ventile vorhanden, die jeweils ihnen zugeordnete Kanäle absperren oder öffnen. In Strömungsrichtung hinter den Ventilen ist eine Verteilkammer vorhanden, in der das Material in Breitenrichtung der zu beschichtenden Bahn vergleichmäßigt wird. Die Steuerung einer derartigen Düse mit mehreren Ventilen ist relativ aufwändig.
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Aus der
DE 299 22 115 U1 ist ein Düsenkörper bekannt, dessen Austrittsöffnung durch einen zylindrischen Ventilkörper einstellbar ist. Der Ventilkörper weist eine einseitige Abflachung auf, durch den der Materialfluss durch die Austrittsöffnung gedrosselt werden kann. Durch eine weitere Umdrehung kann die Austrittsöffnung vollständig verschlossen werden. Ein intermittierender Auftrag ist mit dieser Düse nicht vorgesehen.
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Die
DE 101 03 375 C1 beschreibt eine Vorrichtung zum Auftragen einer fließfähigen Kunststoffmasse, bei welchem innerhalb einer Verteilkammer ein Drosselkörper angeordnet ist, mit dem das über eine zentrale Zuführung einfließende Material gleichmäßig auf die seitlichen Austrittsöffnungen verteilt wird. Ein Absperren und Verschließen der Austrittsöffnung für einen intermittierenden Auftrag ist hiermit nicht möglich.
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Die
DE 10 2008 002 351 A1 beschreibt einen Vorhang-Auftragswerk, bei welchem das Material durch einen sich in Breitenrichtung erstreckenden Dosierkörper dosiert wird. Der Dosierkörper ist profiliert ausgebildet, so dass nur ein vorbestimmter Materialfluss zur Austrittsöffnung gelangt. Ein Absperren des Kanals zwischen der Auftragsmediumskammer und der Austrittsöffnung ist hierdurch weder vorgesehen noch möglich.
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In der
WO 2009/062460 A2 ist eine Breitschlitzdüse beschrieben, bei der die Breite des Austrittsspaltes verstellt werden kann. Ein Sperrmittel zum intermittierenden Auftragen eines Mediums ist hier nicht vorgesehen.
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Die
DE 197 55 625 A1 beschreibt eine Schlitzdüse zum Beschichten von Materialbahnen. Es sind mehrere Zuführungen vorgesehen, die in eine Verteilkammer münden. Durch individuelle Einstellungen des Volumenstroms durch die einzelnen Zuführungen kann die Gleichmäßigkeit des Auftrags in Breitenrichtung ermöglicht werden. Ein Sperrmittel vor der Austrittsöffnung ist hierin nicht beschrieben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beschichtungsdüse der eingangs geschilderten Art so auszubilden, dass ein intermittierender Auftrag des Mediums in Transportrichtung der zu beschichtenden Materialbahn sicher und mit einfachen Mitteln möglich ist.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass dass das Sperrmittel als zylindrischer Balken ausgebildet ist, der in einer sich parallel zum Austrittsspalt erstreckenden zylindrischen Ausnehmung drehbar gelagert ist und in der Offenstellung den Kanal freigibt und in der Schließstellung den Kanal verschließt, um den Austrittspalt über dessen gesamte Breite zu verschließen, welcher Balken im Bereich des Kanals wenigstens eine Durchbrechung aufweist, die die in die Ausnehmung mündenden Öffnungen des Kanals in der Offenstellung verbindet und in der Schließstellung verschließt. Die Anordnung des Sperrmittels innerhalb eines Kanals hat den Vorteil, dass die Wege für das Sperrmittel relativ klein gehalten werden können. Auch wird bei geöffnetem Sperrmittel stets ein definierter Querschnitt freigegeben, so dass ein gleichmäßiger Auftrag des Mediums mit sauber abgegrenzten Unterbrechungen möglich ist.
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Insbesondere ist es mit einfachen Mitteln möglich, einen sich in Breitenrichtung erstreckenden Kanal gut zu verschließen. Durch die zylindrische Ausbildung des Balkens werden innerhalb der Ausnehmung Toträume vermieden. Auch stützt sich der Sperrkörper in radialer Richtung gut in der Ausnehmung ab. Weiterhin ist die Herstellung eines solchen zylindrischen Sperrkörpers einfacher.
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Es ist zweckmäßig, wenn in Strömungsrichtung des Mediums hinter der Zuführung eine Kammer vorhanden ist, die sich parallel zum Austrittsspalt erstreckt, um das Medium in Breitenrichtung zu verteilen, und dass das Sperrmittel in Strömungsrichtung hinter der Kammer angeordnet ist. Durch das Vorsehen einer derartigen Kammer ist es möglich, eine zentrale Zuführung für das Medium vorzusehen. Innerhalb der Kammer erfolgt die Verteilung des Mediums. Das Sperrmittel ist demnach an einer Stelle angeordnet, in der das Medium schon gleichmäßig verteilt in Breitenrichtung vorliegt. Auch hierdurch wird die Gleichmäßigkeit des Auftrags sichergestellt. Weiterhin befindet sich zwischen der Austrittsöffnung des Mediums und dem Sperrmittel nur relativ wenig Material, so dass saubere Trennlinien zwischen den einzelnen Auftragsflächen möglich sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kanal die Ausnehmung entlang einer geraden gedachten Linie durchsetzt. Die Linie kann entlang einer Sehne und vorzugsweise entlang dem Durchmesser der zylindrischen Ausnehmung verlaufen. Durch eine Verdrehung des Balkens um einen geringen Winkel wird der Kanal zuverlässig geschlossen. Bei einer Drehung um diesen Winkel zurück wird der Kanal wieder geöffnet, so dass das Medium aufgetragen wird.
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Es ist offensichtlich, dass durch eine derartige Ausbildung des Sperrmittels als ein in einer zylindrischen Ausnehmung verdrehbarer zylindrischer Balken ein sicheres Verschließen des Austrittsspalts über dessen gesamten Breite möglich ist. Die Ansteuerung des Sperrmittels ist mit einem einfachen Antrieb möglich. Der Balken kann beispielsweise über einen Hebel verdrehbar sein. Der Hebel kann über einen hydraulischen oder pneumatischen Kolben hin und her bewegbar sein, um den Balken zwischen der Offenstellung und der Schließstellung hin und her zu bewegen. Auch kann der Hebel elektromotorisch hin- und herbewegt werden. Ein derartiger Kolben ist schnell und zuverlässig ansteuerbar. Insbesondere wird zum Erreichen der Schließstellung aus der Offenstellung kein großer weg benötigt, so dass ein entsprechend schnelles Takten des Antriebs möglich ist. Gleichwohl wird der Kanal zuverlässig geschlossen beziehungsweise geöffnet.
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Es ist zweckmäßig, wenn in Strömungsrichtung hinter der zylindrischen Ausnehmung eine Verteilkammer senkrecht zur Transportrichtung vorhanden ist. Diese Verteilkammer erstreckt sich demnach in Breitenrichtung des Substrats und des Düsenkörpers. Hierdurch wird erreicht, dass das Medium erneut in Breitenrichtung vergleichmäßigt wird. Ungleichmäßigkeiten im Auftrag des Mediums aufgrund des taktweisen Öffnen und Schließen des Kanals werden damit verhindert oder ausgeglichen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Düsenkörper zwei Teile auf, die in der montierten Lage zwischen sich den Austrittsspalt und den Kanal begrenzen. Die zylindrische Ausnehmung für den Balken wird dabei in der montierten Lage der beiden Teile gebildet. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Kammer vor der Ausnehmung durch eine Aussparung in einem der Teile des Düsenkörpers gebildet wird. Hierdurch wird die Herstellung vereinfacht. Entsprechend kann die Verteilkammer hinter der Ausnehmung durch eine Aussparung in einem der Teile des Düsenkörpers gebildet werden. Es ist demnach lediglich erforderlich, ein Teil des Düsenkörpers mit den Kammern zu versehen. Der andere Teil kann in der montierten Lage plan über diese Kammer verlaufen.
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Die zylindrische Ausnehmung wird durch entsprechende halbzylindrische Aussparungen auf den einander zugekehrten Flachseiten der Teile gebildet. In der montierten Lage befindet sich zwischen den beiden Teilen hinter der Kammer ein Spalt, durch den das Medium fließt. In der montierten Lage bilden die Aussparungen für die Ausnehmung einen zylindrischen Querschnitt, in dem der Balken drehbar gelagert ist. Aufgrund des Kanals zwischen den Teilen ist eine der oder beide Aussparungen tatsächlich im Querschnitt kreissegmentförmig und lediglich nahezu halbkreisförmig ausgebildet.
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In der Offenstellung des Sperrmittels verläuft die Flachseite des Balkens in einer Ebene mit der Flachseite des entsprechenden Teils des Düsenkörpers. Der Spalt ist dann freigegeben. Durch eine geringfügige Verdrehung des Balkens wird der Spalt sicher verschlossen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 die perspektivische Darstellung einer Beschichtungsdüse gemäß der Erfindung,
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2 im Schnitt den Düsenkörper in der geöffneten Stellung des Sperrmittels,
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3 im Schnitt den Düsenkörper in der geschlossenen Stellung des Sperrmittels,
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4 im Schnitt den Balken des Sperrmittels in der demontierten Lage,
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5 die Ansicht auf den Balken in 4 in der demontierten Lage,
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6 im Schnitt den Balken des Sperrmittels in einer anderen Ausführungsform,
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7 die Ansicht auf den Balken in 6 in der demontierten Lage.
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Der in der Zeichnung dargestellte Düsenkörper weist eine Zuführung 11 für das aufzutragende Medium auf. Diese Zuführung mündet innerhalb des Düsenkörpers in einer ersten Kammer 12, die sich senkrecht zur Bildebene in Breitenrichtung des Düsenkörpers erstreckt. In dieser Kammer 12 wird das zugeführte Medium in Breitenrichtung des Düsenkörpers verteilt. In Strömungsrichtung des Mediums hinter der Kammer 12 schließt sich ein Spalt 13 an, durch den das Medium geführt wird bis zu einer als Spalt ausgebildeten Austrittsöffnung 14 an dem in der Zeichnung unteren Ende der Beschichtungsdüse.
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Zwischen der Kammer 12 und dem Austrittsspalt 14 ist ein Sperrmittel 15 vorgesehen, mit dem der Kanal 13 verschlossen und geöffnet werden kann. Dadurch wird ein intermittierender Auftrag des Mediums auf ein Substrat oder eine Auftragswalze ermöglicht.
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Im Einzelnen ist die Anordnung so getroffen, dass das Sperrmittel 15 einen Balken 16 aufweist, der in einer zylindrischen Ausnehmung 17 drehbar gelagert ist. Die Ausnehmung 17 und der Balken 16 erstrecken sich parallel zum Kanal 13 und somit in Breitenrichtung des Düsenkörpers. Der Balken 16 ist im Querschnitt kreissegmentförmig und nahezu halbkreisförmig ausgebildet. Die zylindrische Ausnehmung 17 ist derart relativ zum Kanal 13 angeordnet, dass der Kanal 13 die zylindrische Ausnehmung 17 entlang deren Durchmesser durchsetzt. Dadurch ist es möglich, dass durch eine Verdrehung des Balkens 16 der Kanal 13 geschlossen wird.
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Es reicht eine geringe Verdrehung aus, um den Kanal vollständig zu verschließen. Die Drehung kann beispielsweise 5° bis 15° betragen. Der Balken steht dazu an einem seiner Enden in Verbindung mit einem Hebel 18, der über eine hydraulische oder pneumatische Kolben- und Zylindereinheit 19 hin und her bewegbar ist. Durch diese Anordnung ist es möglich, den Austrittsspalt über dessen gesamten Breite, also senkrecht zur Zeichenebene, zu verschließen bzw. zu öffnen. Anstelle einer Kolben- und Zylindereinheit kann ein elektromotorischer Antrieb vorgesehen werden.
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Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist in Strömungsrichtung des Mediums hinter der zylindrischen Ausnehmung 17 eine Verteilkammer 20 angeordnet. In dieser Kammer wird das Medium in Breitenrichtung weiter vergleichmäßigt, bevor es aus dem Austrittsspalt 14 austritt.
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Der Düsenkörper ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel zweigeteilt ausgebildet. Die Teilungsebene 21 verläuft dabei parallel zu dem Kanal 13 und parallel zur Breitenrichtung des Düsenkörpers. Die beiden Teile 22, 23 des Düsenkörpers bilden in der montierten Lage sowohl die Kammer 12 und die Verteilkammer 20 als auch die zylindrische Ausnehmung 17. Die Abmessungen sind im einzelnen so getroffen, dass in der montierten Lage die einander zugekehrten Flachseiten der einzelnen Teile 22, 23 im Bereich hinter der Kammer 12 den Kanal 13 begrenzen. Die Ausnehmung 17 wird durch zwei im Querschnitt kreissegmentförmige und nahezu halbkreisförmige Aussparungen gebildet. Es kann vorgesehen sein, dass die Aussparung für diese Ausnehmung 17 in dem einen Teil 23 des Düsenkörpers halbkreisförmig ausgebildet ist, während die gegenüberliegende Aussparung der Ausnehmung 17 lediglich kreissegmentförmig ausgebildet ist, da hier der Kanal 13 gebildet wird.
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Der Balken 16 kann nahezu halbzylindrisch ausgebildet sein. Es ist jedoch zweckmäßig, wenn der Balken 16 aus einer Leiste 24 besteht, die auf ihrer dem einen Teil 23 des Düsenkörpers zugekehrten Flachseite 25 kreissegmentförmige und nahezu halbkreisförmige Vorsprünge 26 aufweist, mit denen die Leiste innerhalb der Ausnehmung 17 gehalten wird. Hierdurch kann das zu bewegende Gewicht reduziert werden. Dennoch ist eine einwandfreie Führung des Balkens über die Breite des Düsenkörpers gewährleistet.
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Die 6 und 7 zeigen eine andere Ausführungsform des Balkens. Der Balken 30 ist als zylindrischer Sperrkörper ausgebildet, der in der zylindrischen Ausnehmung 17 drehbar gelagert ist. Der zylindrische Sperrkörper weist wenigstens eine Durchbrechung 31 auf, die den Sperrkörper entlang dem Kanal durch die Ausnehmung durchsetzen. In der Offenstellung werden die in die Ausnehmung mündenden Öffnungen des Kanals miteinander verbunden, so dass das Material durch die Durchbrechungen fließen kann. Durch eine Verdrehung des Balkens in der Ausnehmung wird diese Verbindung unterbrochen. Ein derartiger Sperrkörper ist einfach herstellbar. Die Durchbrechung kann sich über die gesamte Breite des Sperrkörpers erstrecken. Es können aber auch Stege 32 zwischen einzelnen Durchbrechungen vorhanden sein. Der Sperrkörper bleibt dann auch bei größeren Breiten formstabil.
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Während des Betriebs verläuft unterhalb des Austrittsspalts das in der Zeichnung nicht dargestellte Substrat in Transportrichtung 27. Befindet sich der Balken in einer Lage, in der dessen dem Kanal 13 zugekehrte Flachseite 28 parallel und vorzugsweise in einer Ebene mit der Flachseite 29 des einen Teils 23 des Düsenkörpers liegt, ist der Kanal 13 geöffnet und das zugeführte Medium kann aus dem Austrittsspalt 14 auf das Substrat gelangen. Durch eine Verdrehung des Balkens 16 in eine verschwenkte Lage in 3 wird der Kanal 13 auf der der Kammer 20 zugekehrten Seite verschlossen. Bei einer Verdrehung des Balkens in die andere Richtung würde der Kanal auf der der Kammer 12 zugekehrten Seite verschlossen. Diese Verdrehung ist sehr schnell und präzise durchführbar, so dass das Substrat mit hoher Geschwindigkeit transportiert werden kann. Gleichwohl wird sichergestellt, dass das Medium intermittierend aufgetragen wird.
