DE102011080222A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Trocknung eines auf ein Substrat aufgetragenen Fluidfilms - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Trocknung eines auf ein Substrat aufgetragenen Fluidfilms Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Trocknung eines auf eine Substratoberfläche eines Substrats (3) aufgetragenen, eine verdampfbare Flüssigkeit enthaltenden Fluidfilms (F) mit folgenden Schritten: Transportieren des Substrats (3) auf einer Transportfläche (6) einer Transportvorrichtung (5) entlang einer Transportrichtung durch eine Trocknungseinrichtung (7), Verdampfen der Flüssigkeit mittels einer eine Heizfläche (H) aufweisenden Wärmequelle (13), wobei die Heizfläche (H) in einem Abstand (δG) von 0,1 mm bis 5,0 mm gegenüberliegend der Substratoberfläche angeordnet ist, und Abführen der verdampften Flüssigkeit in Richtung der Wärmequelle (13).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trocknung eines auf ein Substrat aufgetragenen Fluidfilms, der eine verdampfbare Flüssigkeit enthält.
  • Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, dass die Oberflächen großer bahnförmiger Güter oftmals mit Schichten verschieden werden. Bei den bahnförmigen Gütern kann es sich beispielsweise um Papier, Kunststofffolien, Textilien oder Metallbänder handeln. Zur Beschichtung der Oberfläche wird ein Fluidfilm aufgetragen, der eine verdampfbare Flüssigkeit und nicht-verdampfbare Komponenten enthält. Der Fluidfilm wird durch Verdampfen der verdampfbaren Flüssigkeit verfestigt. Dieser Prozess wird als Trocknung der Fluidschicht bezeichnet.
  • Zur Verfestigung bzw. Trocknung des Fluidfilms ist es beispielsweise aus der DE 39 27 627 A1 bekannt, sowohl eine Unterseite des Substrats als auch eine mit dem Fluidfilm versehene gegenüberliegende Oberseite mit einem erwärmten Trocknungsgas anzuströmen. Bei einem aus der DE 39 00 957 A1 bekannten Verfahren wird ein entlang der Oberfläche des Fluidfilms strömendes Trocknungsgas in Stromrichtung beschleunigt. – Die vorgenannten Trocknungsverfahren haben den Nachteil, dass es durch die Einwirkung des Trocknungsgases auf der Oberfläche des Fluidfilms zu unerwünschten Meliererscheinungen kommt.
  • Zur Überwindung dieses Nachteils ist es aus der WO 82/03450 bekannt, in einem Abstand oberhalb des Fluidfilms eine durchströmbare Filterschicht vorzusehen. Durch die Wirkung der Filterschicht wird die Strömung des Trocknungsgases im Bereich oberhalb der Fluidschicht verlangsamt und turbulente Störungen werden so vermieden. Infolgedessen kann allerdings ein aus dem Fluidfilm entweichender Flüssigkeitsdampf nicht besonders schnell abgeführt werden. Dieses Trocknungsverfahren ist nicht besonders effizient.
  • Besteht der verdampfende Teil des Fluidfilms aus einem explosiven Lösemittel, so sind hohe Luftmengen erforderlich, um das aus dem Trockengas und dem Lösemittel bestehende dem Gemisch unterhalb der Explosionsgrenze zu halten.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es sollen insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung angegeben werden, mit denen ein auf ein Substrat aufgetragener Fluidfilm unter Vermeidung von Meliererscheinungen und mit verbesserter Effizienz getrocknet werden kann, ohne dass große Luftmengen bewegt werden müssen.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 12 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 11 und 13 bis 22.
  • Nach Maßgabe der Erfindung wird ein Verfahren zur Trocknung eines auf eine Substratoberfläche eines Substrats aufgetragenen, eine verdampfbare Flüssigkeit enthaltenden Fluidfilms mit folgenden Schritten vorgeschlagen:
    Transportieren des Substrats auf einer Transportfläche einer Transportvorrichtung entlang einer Transportrichtung durch eine Trocknungseinrichtung,
    Verdampfen der Flüssigkeit mittels einer eine Heizfläche aufweisenden Wärmequelle, wobei die Heizfläche in einem Abstand von 0,1 mm bis 5,0 mm gegenüberliegend der Substratoberfläche angeordnet ist, und
    Abführen der verdampften Flüssigkeit durch Erzeugen einer vom Fluidfilm in Richtung der Wärmequelle gerichteten Strömung.
  • Beim vorgeschlagenen Verfahren wird, in Abkehr vom Stand der Technik, die Flüssigkeit nicht durch Anströmen des Fluidfilms mit einem Trocknungsgas, sondern mittels einer gegenüberliegend des Substrats vorgesehenen Wärmequelle verdampft. Damit entfällt der Aufwand zum Aufheizen und Trocknen des Trocknungsgases sowie der weitere Aufwand zur Reinigung des Trocknungsgases.
  • Indem die Heizfläche der Wärmequelle in weiterer Abkehr vom Stand der Technik lediglich in einem Abstand von 0,1 mm bis 5,0 mm gegenüberliegend der Substratoberfläche angeordnet ist, wird die Wärme beim erfindungsgemäßen Verfahren im Wesentlichen durch direkte Wärmeleitung dem Fluidfilm zugeführt. Damit wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass der Fluidfilm von seiner der Heizfläche zugewandten Grenzfläche aus in Richtung der Substratoberfläche aufgeheizt wird. Im Gegensatz zum Eintrag von Wärme mittels Wärmestrahlung, welche im Wesentlichen an der Substratoberfläche absorbiert wird, kann damit eine besonders effektive Verdampfung bzw. Diffusion der Flüssigkeit erreicht werden.
  • Des Weiteren wird die verdampfte Flüssigkeit in Richtung der Wärmequelle abgeführt. D. h. die verdampfte Flüssigkeit strömt im Wesentlichen senkrecht von der Grenzfläche ab. Es wird die Erzeugung einer im Wesentlichen parallel zur Grenzfläche gerichteten Strömung vermieden. Infolgedessen treten beim erfindungsgemäßen Verfahren keine Meliererscheinungen an der Oberfläche des Fluidfilms auf.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird eine erste Temperatur TG der Heizfläche in Abhängigkeit einer Grenzflächentemperatur TI des Fluidfilms geregelt. Die erste Temperatur TG wird dabei so eingestellt, dass ein Kochen des Fluidfilms vermieden wird. Die Wärme wird von der Heizfläche auf den Fluidfilm vorteilhafterweise im Wesentlichen mittels direkter Wärmeleitung übertragen. Wärmeübertragungsmechanismen wie Wärmestrahlung und/oder Konvektion werden mit dem vorgeschlagenen Verfahren im Wesentlichen vermieden.
  • Die erste Temperatur TG wird zweckmäßigerweise im Bereich von 80°C bis 200°C, vorzugsweise im Bereich von 80°C und 120°C, geregelt. – Bei den vorgenannten maximalen Temperaturen wird ein Wärmetransport mittels Wärmestrahlung im Wesentlichen vermieden.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Transportfläche mittels einer weiteren Wärmequelle beheizt. Eine durch die weitere Wärmequelle erzeugte zweite Temperatur TH der Transportfläche wird vorteilhafterweise in Abhängigkeit der Grenzflächentemperatur TI geregelt. Dabei kann die zweite Temperatur TH insbesondere so geregelt werden, dass folgende Beziehung erfüllt ist:
    TH = TI + dT, wobei
    TI im Bereich von 5°C bis 40°C und
    dT im Bereich von 2°C bis 30°C, vorzugsweise 5°C bis 10°C, liegt.
  • Bedingt durch die Verdampfung der Flüssigkeit kommt es zu einer Abkühlung der Transportfläche. Zur Erhöhung des Massestroms der verdampften Flüssigkeit wird mittels einer weiteren Wärmequelle die Transportfläche auf eine zweite Temperatur TH aufgeheizt. Dabei wird die zweite Temperatur TH so eingestellt, dass sie größer als die Grenzflächentemperatur TI ist. Ein besonders großer Massestrom der verdampften Flüssigkeit wird vorteilhafterweise dann erreicht, wenn die Differenz dT zwischen der Grenzflächentemperatur TI und der zweiten Temperatur TH im Bereich von 2°C bis 30°C liegt.
  • Zweckmäßigerweise wird die Verdampfung der Flüssigkeit in einer nicht-brennbaren Gasatmosphäre, vorzugsweise Stickstoff- oder Kohlendioxidatmosphäre, durchgeführt. Damit kann sicher und zuverlässig eine Entzündung einer innerhalb der Trocknungseinrichtung verdampften brennbaren Flüssigkeit vermieden werden.
  • Nach einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die dem Substrat zugewandte Heizfläche in einem Abstand von 0,2 mm bis 1,0 mm gegenüberliegend der Substratoberfläche angeordnet. Der vorgeschlagene geringe Abstand zwischen der Heizfläche und der Substratoberfläche ermöglicht eine besonders homogene Erwärmung des Fluidfilms und damit eine gleichmäßige Verdampfung der Flüssigkeit. Eine Dicke des Fluidfilms ist dabei selbstverständlich so gewählt, dass sie kleiner als der vorgenannte Abstand ist. Der Fluidfilm kann beispielsweise eine Dicke im Bereich von 5 µm bis 50 µm, vorzugsweise 10 µm bis 30 µm haben.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die zweite Temperatur TH so geregelt, dass sie stets kleiner als die erste Temperatur TG ist. Eine Temperaturdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Temperatur kann insbesondere so geregelt werden, dass sich entlang der Transportvorrichtung ein vorgegebenes Temperaturdifferenzprofil einstellt. Der Temperaturgradient bzw. die Temperaturdifferenz zwischen erster TG und zweiter Temperatur TH kann sich entlang der Transportrichtung in vorgegebener Weise ändern. Damit wird dem Umstand Rechnung getragen, dass die Menge der zu verdampfenden Flüssigkeit in Transportrichtung abnimmt. Die Änderung des Temperaturgradienten kann durch eine geeignete Regelung der ersten und/oder zweiten Temperatur oder auch durch eine Änderung des Abstands der Heizfläche von der Grenzfläche bewirkt werden.
  • Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass als Wärmequelle eine durchströmbare Wärmequelle verwendet wird und die verdampfte Flüssigkeit durch die Wärmequelle hindurch abgeführt wird. Damit kann die verdampfte Flüssigkeit im Wesentlichen senkrecht von der Oberfläche des Fluidfilms bzw. der Grenzfläche abgeführt werden. Es kann eine unerwünschte Strömung der verdampften Flüssigkeit parallel zum Fluidfilm vermieden werden.
  • Als Wärmequelle wird zweckmäßigerweise eine elektrische Heizquelle, vorzugsweise eine mit Widerstandsheizdrähten bestückte Heizquelle, verwendet. Dabei können die Widerstandsheizdrähte beispielsweise gitterartig angeordnet sein. Ferner ist es möglich, als Wärmequelle zumindest einen Wärmetauscher zu verwenden. Ein solcher Wärmetauscher kann ähnlich einem Kühler für Kraftfahrzeuge durchströmbar ausgestaltet sein. Es können auch mehrere Wärmetauscher in Transportrichtung hintereinander vorgesehen sein, wobei zwischen den Wärmetauschern jeweils eine Lücke vorgesehen ist. Durch die Lücke kann die verdampfte Flüssigkeit von der Oberfläche des Fluidfilms abgeführt werden.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als Transportvorrichtung zumindest eine rotierbare Walze verwendet, deren Mantelfläche die Transportfläche bildet. Eine solche Transportvorrichtung kann relativ kompakt ausgestaltet werden. Sie kann ferner mit einem Schlitzdüsenwerkzeug zum Auftragen des Fluidfilms kombiniert werden. Im Falle der Verwendung einer rotierbaren Walze als Transportvorrichtung ist die Wärmequelle korrespondierend zur Mantelfläche der Walze ausgestaltet, d. h. eine Heizfläche der Wärmequelle ist in einem vorgegebenen geringen Abstand von der Mantelfläche angeordnet. Die weitere Wärmequelle ist innerhalb der Walze angeordnet. D. h. mittels der weiteren Wärmequelle wird die Transportfläche von einer dem Substrat gegenüberliegenden Unterseite der Transportvorrichtung her, vorzugsweise mittels direkter Wärmeleitung, aufgeheizt. Beispielsweise kann die Transportfläche mittels Widerstandsheizelementen elektrisch beheizt werden. Eine solche elektrische Heizung ermöglicht eine besonders einfache Regelung der Temperatur der Transportfläche.
  • Nach weiterer Maßgabe der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Trocknung eines auf eine Substratoberfläche eines Substrats aufgetragenen, eine verdampfbare Flüssigkeit enthaltenden Fluidfilms vorgeschlagen, umfassend:
    eine Transportvorrichtung zum Transportieren des Substrats auf einer Transportfläche entlang einer Transportrichtung,
    eine gegenüberliegend des Substrats vorgesehene Wärmequelle mit einer Heizfläche, welche in einem Abstand von 0,1 mm bis 5,0 mm gegenüberliegend der Substratoberfläche angeordnet ist, und
    eine Absaugeinrichtung zum Erzeugen einer vom Fluidfilm in Richtung der Wärmequelle gerichteten Strömung.
  • Die vorgeschlagene Vorrichtung ermöglicht eine effiziente Trocknung eines auf einem Substrat aufgetragenen Fluidfilms. Dabei wird die Flüssigkeit durch eine gegenüberliegend des Substrats vorgesehene Wärmequelle verdampft. Die verdampfte Flüssigkeit wird durch Erzeugen einer vom Substrat in Richtung der Wärmequelle gerichteten Strömung abgeführt. Zu diesem Zweck ist stromabwärts der Wärmequelle eine Absaugeinrichtung zum Absaugen der verdampften Flüssigkeit vorgesehen.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine weitere Wärmequelle zum Beheizen der Transportfläche vorgesehen. Die weitere Wärmequelle ist zweckmäßigerweise an einer dem Substrat gegenüberliegenden Unterseite der Transportvorrichtung vorgesehen. Es kann sich dabei beispielsweise um eine Widerstandsheizung handeln.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine erste Regeleinrichtung zur Regelung einer von der Heizfläche erzeugten ersten Temperatur TG in Abhängigkeit einer Grenzflächentemperatur TI des Fluidfilms vorgesehen. Die Regelgröße, nämlich die erste Temperatur TG der Heizfläche, wird gemäß einem vorgegebenen Algorithmus in Abhängigkeit der Grenzflächentemperatur TI, welche die Führungsgröße bildet, eingestellt. Dabei kann die erste Temperatur TG beispielsweise so geregelt werden, dass sich zwischen der Grenzflächentemperatur TI und der ersten Temperatur TG ein vorgegebener Temperaturgradient ausbildet.
  • Ferner ist vorteilhafterweise eine zweite Regeleinrichtung zur Regelung einer zweiten Temperatur TH der Transportfläche in Abhängigkeit der Grenzflächentemperatur TI vorgesehen. In diesem Fall wird die Grenzflächentemperatur TI als Führungsgröße gemessen. In Abhängigkeit der gemessenen Grenzflächentemperatur TI wird mittels der Regeleinrichtung die zweite Temperatur TH eingestellt bzw. nachgeführt. Dabei erfolgt die Einstellung bzw. das Nachführen der zweiten Temperatur TH zweckmäßigerweise derart, dass eine vorgegebene Grenzflächentemperatur TI im Wesentlichen konstant gehalten wird.
  • Die erste TG und die zweite Temperatur TH können beispielsweise mittels herkömmlicher Thermoelemente gemessen werden. Die Grenzflächentemperatur TI kann berührungslos beispielsweise mittels eines Infrarot-Messgerätes erfasst werden.
  • Die erste Regeleinrichtung kann auch weggelassen werden. In diesem Fall wird die erste Temperatur TG konstant gehalten. – Die erste und die zweite Regeleinrichtung können auch gekoppelt sein. Ein Temperaturgradient zwischen der ersten TG und der zweiten Temperatur TH kann gemäß einem weiteren vorgegebenen Algorithmus so geregelt werden, dass sich entlang der Transportrichtung ein vorgegebenes Temperaturdifferenzprofil zwischen der Transportfläche und der Heizfläche einstellt.
  • Wegen der vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung wird auf die Beschreibung der Ausgestaltungen zum Verfahren verwiesen. Die verfahrensmäßig beschriebenen Ausgestaltungsmerkmale bilden sinngemäß auch Ausgestaltungen der Vorrichtung.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der in den Formel verwendeten Größen,
  • 2 die Grenzflächentemperatur über der Gastemperatur bei vorgegebener Transportflächentemperatur,
  • 3 die Grenzflächentemperatur über der Transportflächentemperatur bei vorgegebener Gastemperatur,
  • 4 die Massendiffusionsrate über der Gastemperatur bei vorgegebener Transportflächentemperatur,
  • 5 die Massendiffusionsrate über der Transportflächentemperatur bei vorgegebener Gastemperatur,
  • 6 die Trocknungsdauer über der Gastemperatur bei vorgegebener Transportflächentemperatur,
  • 7 die Trocknungsdauer über der Transportflächentemperatur bei vorgegebener Gastemperatur,
  • 8 eine schematische Schnittansicht durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Diffusionstrockners und
  • 9 eine schematische Detailansicht gemäß 8.
  • Nachfolgend werden die theoretischen Grundlagen des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eindimensionaler Gleichungen für den diffusiven Massentransport in Abhängigkeit der Temperatur kurz erläutert.
  • Aus 1 sind die in den nachfolgenden Gleichungen verwendeten Größen im Wesentlichen ersichtlich.
  • Der Temperaturgradient im Luftspalt oberhalb der Grenzfläche des Fluidfilms erfüllt die Energiegleichung, die für die Gasphase wie folgt angegeben werden kann:
    Figure 00110001
  • Löst man diese Diffusionsgleichung, so erhält man folgende, allgemeine Lösung:
    Figure 00110002
    wobei c1 und c2 zwei noch zu definierende Integrationskonstanten darstellen. Diese können über geeignete Randbedingungen bestimmt werden. Diese Randbedingungen sind wie folgt:
    Figure 00110003
    y = δG, T = TG
  • Löst man die obigen Gleichungen durch Einsetzen der Randbedingungen nach c1 und c2 auf, so erhält man für diese Größen Werte, die das Temperaturprofil in der Gasphase wie folgt angeben lassen:
    Figure 00120001
  • Für y = 0 erhält man T = T1. Damit lässt sich die Grenzflächentemperatur T1, d. h. die Temperatur an der freien Oberfläche des Fluidfilms, wie folgt errechnet:
    Figure 00120002
  • Die Massendiffusionsrate pro Flächeneinheit auf Grund des vorliegenden Temperaturgradienten an der freien Oberfläche lässt sich wie folgt errechnen:
    Figure 00120003
  • Die Trocknungszeit für das zu beschichtende Material kann wie folgt berechnet werden:
    Figure 00120004
  • Durch den obigen Satz von Gleichungen kann das eindimensionale Diffusions-Wärmeübertragungsproblem und das Problem der zugehörigen Massenfreisetzung und des Massentransports analytisch gelöst werden.
  • Unter Verwendung der nachfolgend beschriebenen Randbedingungen wurden u. a. die Massendiffusionsrate der verdampften Flüssigkeit und die Trocknungszeit berechnet. Die Berechnung ist unter folgenden Annahmen erfolgt:
    H = 300 µm, h = 10 µm, δG = 300 µm
    f = 0.2, TG = 350 K, TH = 295 K
  • Die folgenden Materialeigenschaften wurden, trotz der Temperaturänderungen, als konstant angenommen:
    μG = 1.8 × 10–5 kg/(ms), λG = 0.024 W/(mK), C = 1.012 KJ/(KgK)
    λL = 0.6 W/(mK), ρL = 1000 kg/m3, ΔhLH = 2260 KJ/Kg
    λS = 0.12 W/(mK)
  • Die erfindungsgemäße Trocknung des Fluidfilms wird im Wesentlichen durch eine Kontrolle der zweiten Temperatur TH auf der Transportfläche und durch die erste Temperatur TG der Wärmequelle bestimmt. Die Wärmequelle ist in einem Abstand δG von der der Gasphase zugewandten Grenzfläche des Fluidfilms angebracht.
  • 2 zeigt die Grenzflächentemperatur TI über der ersten Temperatur TG der Wärmequelle bzw. Gasphase. 3 zeigt die Grenzflächentemperatur TI über der Temperatur TH der Transportfläche.
  • Wie insbesondere aus den 3 bis 5 ersichtlich ist, kann die Massendiffusionsrate durch eine Erhöhung der ersten Temperatur TG erreicht werden. Ferner ist ersichtlich, dass eine Erhöhung der zweiten Temperatur TH eine Reduktion der Massendiffusionsrate bewirkt.
  • Wie insbesondere aus den 6 und 7 ersichtlich ist, kann eine Reduktion der Trocknungszeit dann erreicht werden, wenn die zweite Temperatur TH klein und die erste Temperatur TG hoch gewählt wird. Dabei ist allerdings zu beachten, dass ein Kochen des Fluidfilms zu vermeiden ist.
  • 8 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Diffusionstrockners. In einem Gehäuse 1 befindet sich eine Vorratswalze 2, auf der das zu beschichtende Substrat 3 aufgenommen ist. Das Substrat 3 wird über erste Spannrollen 4a, 4b auf eine Transportwalze 5 geführt. Eine Mantel- bzw. Transportfläche 6 der Transportwalze 5 ist abschnittsweise, vorzugsweise über einen Transportflächenabschnitt von 180–270°, von einer Trocknungseinrichtung 7 umgeben. Stromaufwärts der Trocknungseinrichtung 7 ist ein mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnetes Schlitzdüsenwerkzeug zum Auftragen eines Fluidfilms F auf das Substrat 3 vorgesehen. Stromabwärts der Trocknungseinrichtung 7 befindet sich zumindest eine weitere Spannrolle 9, über welche das Substrat 3 auf eine Walze 10 aufgewickelt wird. Mit dem Bezugszeichen 11 ist eine Walzenreinigungsvorrichtung bezeichnet, welche stromabwärts der Trocknungseinrichtung 7 und stromaufwärts des Beschichtungswerkzeugs 8 angeordnet ist.
  • Die Trocknungseinrichtung 7 weist ein weiteres Gehäuse 12 auf. Das weitere Gehäuse 12 ist mit Absaugeinrichtungen 14 versehen, mit denen ein aus dem Fluidfilm F entweichender Flüssigkeitsdampf abgesaugt wird.
  • Wie insbesondere in Zusammensicht mit 9 ersichtlich ist, kann eine im weiteren Gehäuse 12 aufgenommene Wärmequelle 13 beispielsweise aus Widerstandsheizdrähten gebildet sein, welche gitterartig angeordnet sind. Die Heizdrähte bilden eine Heizfläche H, welche in einem Abstand δG von beispielsweise 0,1 mm bis 1,0 mm gegenüberliegend der Grenzfläche G des Fluidfilms F angeordnet ist. Durch die in 9 nicht näher gezeigte Absaugeinrichtungen 14 entsteht eine im Wesentlichen senkrecht zur Transportfläche 6 sich ausbildende Strömung, welche in 9 durch Pfeile kenntlich gemacht ist. Durch die Absaugeinrichtungen 14 wird vorteilhafterweise ein Unterdruck im Zwischenraum zwischen der Grenzfläche G und der Heizfläche H erzeugt. Damit wird ein Entweichen eventuell brennbarer Flüssigkeitsdämpfe in die Umgebung vermieden. Das Gehäuse 1 kann außerdem mit einer Schutzgasatmosphäre gespült werden, um eine Brand- oder Explosionsgefahr durch Entweichen der brennbaren Flüssigkeitsdämpfe zu vermeiden.
  • Die in 8 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders kompakt aufgebaut. Anstelle einer Transportwalze 5 können auch mehrere Transportwalzen 5 verwendet werden. Damit kann eine Trocknungsstrecke vergrößert werden, was eine Trocknung auch relativ dicker Fluidfilme F ermöglicht. Ferner kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch in Kombination mit herkömmlichen Konvektionstrocknern verwendet werden. Zu diesem Zweck wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zweckmäßigerweise stromaufwärts eines herkömmlichen Konvektionstrockners eingesetzt. Durch einen Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Kombination mit einem herkömmlichen Konvektionstrockner kann die zum Betrieb des herkömmlichen Konvektionstrockners verwendete Energie drastisch reduziert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Gehäuse
    2
    Vorratswalze
    3
    Substrat
    4a, 4b
    Spannrolle
    5
    Transportwalze
    6
    Transportfläche
    7
    Trocknungseinrichtung
    8
    Schlitzdüsenwerkzeug
    9
    weitere Spannrolle
    10
    Walze
    11
    Walzenreinigungsvorrichtung
    12
    weiteres Gehäuse
    13
    Wärmequelle
    14
    Absaugeinrichtung
    δG
    Abstand
    F
    Fluidfilm
    G
    Grenzfläche
    H
    Heizfläche
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 3927627 A1 [0003]
    • DE 3900957 A1 [0003]
    • WO 82/03450 [0004]

Claims (26)

  1. Verfahren zur Trocknung eines auf eine Substratoberfläche eines Substrats (3) aufgetragenen, eine verdampfbare Flüssigkeit enthaltenden Fluidfilms (F) mit folgenden Schritten: Transportieren des Substrats (3) auf einer Transportfläche (6) einer Transportvorrichtung (5) entlang einer Transportrichtung durch eine Trocknungseinrichtung (7), Verdampfen der Flüssigkeit mittels einer eine Heizfläche (H) aufweisenden Wärmequelle (13), wobei die Heizfläche (H) in einem Abstand (δG) von 0,1 mm bis 5,0 mm gegenüberliegend der Substratoberfläche angeordnet ist, und Abführen der verdampften Flüssigkeit in Richtung der Wärmequelle (13).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine erste Temperatur TG der Heizfläche (H) in Abhängigkeit einer Grenzflächentemperatur TI der Fluidfilms (F) geregelt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Temperatur TG im Bereich von 80°C bis 200°C, vorzugsweise im Bereich zwischen 80°C und 120°C, geregelt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wärme von der Heizfläche (H) auf den Fluidfilm (F) im Wesentlichen mittels direkter Wärmeleitung übertragen wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Transportfläche (6) mittels einer weiteren Wärmequelle beheizt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine durch die weitere Wärmequelle erzeugte zweite Temperatur TH der Transportfläche (6) in Abhängigkeit der Grenzflächentemperatur TI geregelt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Temperatur TH so geregelt wird, dass folgende Beziehung erfüllt ist: TH = TI + dT, wobei TI im Bereich von 5°C bis 40°C und dT im Bereich von 2 bis 30°C, vorzugsweise 5 bis 10°C, liegt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verdampfung der Flüssigkeit in einer nicht brennbaren Gasatmosphäre, vorzugsweise Stickstoff- oder Kohlendioxidatmosphäre, durchgeführt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dem Substrat (3) zugewandte Heizfläche (H) in einem Abstand (δG) von 0,2 mm bis 1,0 mm gegenüberliegend der Substratoberfläche angeordnet ist.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Temperatur TH so geregelt wird, dass sie stets kleiner als die erste Temperatur TG ist.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Temperaturdifferenz zwischen der ersten TG und der zweiten Temperatur TH so geregelt wird, dass sich entlang der Transportvorrichtung (5) ein vorgegebenes Temperaturdifferenzprofil einstellt.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Wärmequelle (13) eine durchströmbare Wärmequelle verwendet wird und die verdampfte Flüssigkeit durch die Wärmequelle (13) hindurch abgeführt wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Wärmequelle (13) eine elektrische Heizquelle verwendet wird.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Wärmequelle (13) ein Wärmetauscher verwendet wird.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Transportvorrichtung zumindest eine rotierbare Walze (5) verwendet wird, deren Mantelfläche die Transportfläche (6) bildet.
  16. Vorrichtung zur Trocknung eines auf eine Substratoberfläche eines Substrats (3) aufgetragenen, eine verdampfbare Flüssigkeit enthaltenden Fluidfilms (F), umfassend: eine Transportvorrichtung (5) zum Transportieren des Substrats (3) auf einer Transportfläche (6) entlang einer Transportrichtung, eine gegenüberliegend des Substrats (3) vorgesehene Wärmequelle (13) mit einer Heizfläche (H), welche in einem Abstand (δG) von 0,1 bis 5,0 mm gegenüberliegend der Substratoberfläche angeordnet ist, und eine Absaugeinrichtung (14) zum Abführen der verdampften Flüssigkeit (F) in Richtung der Wärmequelle (13).
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei eine weitere Wärmequelle zum Beheizen der Transportfläche (6) vorgesehen ist.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, wobei eine erste Regeleinrichtung zur Regelung einer von der Heizfläche (H) erzeugten ersten Temperatur TG in Abhängigkeit einer Grenzflächentemperatur TI des Fluidfilms (F) vorgesehen ist.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei eine zweite Regeleinrichtung zur Regelung einer zweiten Temperatur TH der Transportfläche (6) in Abhängigkeit der Grenzflächentemperatur TI vorgesehen ist.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei mittels der ersten und/oder zweiten Regeleinrichtung eine Temperaturdifferenz zwischen der ersten TG und der zweiten Temperatur TH so geregelt wird, dass sich entlang der Transportrichtung ein vorgegebenes Temperaturdifferenzprofil einstellt.
  21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei eine Einrichtung zum Spülen eines die Transportvorrichtung (5) umgebenden Gehäuses (1) mit einem nicht brennbaren Gas, vorzugsweise Stickstoff- oder Kohlendioxidatmosphäre, vorgesehen ist.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, wobei die dem Substrat (3) zugewandte Heizfläche (H) in einem Abstand (δG) von 0,2 mm bis 5,0 mm gegenüberliegend der Substratoberfläche angeordnet ist.
  23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, wobei die Wärmequelle (13) eine durchströmbare Wärmequelle ist, so dass die verdampfte Flüssigkeit durch die Wärmequelle (13) hindurch abführbar ist.
  24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 23, wobei die Wärmequelle (13) eine elektrische Heizquelle ist.
  25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 24, wobei die Wärmequelle (13) ein Wärmetauscher ist.
  26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 25, wobei die Transportvorrichtung eine rotierbare Walze (5) umfasst, deren Mantelfläche die Transportfläche (6) bildet.
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