DE2614068A1

DE2614068A1 - Beschichtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2614068A1
Application number: DE19762614068
Authority: DE
Inventors: Fritz Dr Fahrni; Anton Zimmermann
Original assignee: Ciba Geigy AG
Current assignee: Novartis AG
Priority date: 1976-03-30
Filing date: 1976-04-01
Publication date: 1977-10-06
Also published as: BE852965A; US4109611A; CH613879A5; FR2346057B1; GB1522914A; JPS52117936A; FR2346057A1

Description

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Anwaltsakte 26 993 ^ 3 . 1. April 1976

Case 87-1O4O2/TEL-168

Beschichtungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum

Beschichten eines bewegten, insbesondere bandförmigen Trägers mit einer Beschichtungsflüssigkeit,mit Mitteln zum Bewegen des Trägers entlang einer Bewegungsbahn und einem oberhalb derselben angeordneten, sich quer darüber erstreckenden und mit einer Abflusslippe versehenen Giesskopf, insbesondere einem Gleitflächengiesskopf mit mindestens einer Gleitfläche, zur Erzeugung eines von dieser Abflusslippe weg frei auf den zu beschichtenden Träger niedersinkenden FlUssigkeitsvorhangs,

Der Vorhangguss ist eines der gängigsten Fräzisions-Beschichtungsverfahren und wird insbesondere für die Herstellung von

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fotografischen Materialien verwendet. Vorhanggiessverfahren sowie dazu geeignete Giessvorrichtungen sind unter anderem in den amerikanischen Patentschriften.Nos. 3 508 947 und 3 632 347 näher beschrieben.

Unter den zahlreichen bekannten Vorganggiessvorrichtungen sind vor allem zwei Arten von besonderer Bedeutung, und zwar die sogenannten Schlitzgiesser und die sogenannten Gleitflächengiesser. Bei den Schlitzgiessern tritt die Beschichtungsflüssigkeit am unteren Ende eines quer über dem zu beschichtenden Träger angeordneten Ausflussspalts aus und bildet dort unmittelbar einen freifallenden Vorhang. Bei den Gleitflächengiessern hingegen wird die Beschichtungsflüssigkeit durch einen in eine abwärts geneigte Gleitfläche ausmündenden DosierspaIt gepresst, fliesst dann in einem dünnen Film der Schwerkraft folgend die Gleitfläche hinab und bildet erst an deren unterem Ende beim Verlassen derselben den freifallenden Vorhang. In beiden Fällen kann der Flüssigkeitsvorhang ein- oder mehrschichtig sein.

Voraussetzung für eine präzise, über die ganze Eogussbreite gleichmässige Beschichtung ist selbstverständlich eine entsprechend gleichmässige Dicke des freifallenden Vorhangs. Um dieser Forderung zu genügen, müssen zv7ei wesentliche Voraussetzungen erfüllt sein:

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Der Ausfluss- bzw. der Dosierspalt, welcher für die Dicke der FlUssigkeitsschicht massgebend ist, muss so präzise und masshaltig gebaut sein, dass die Durchflussgeschwindigkeit der Flüssigkeit über die ganze Begussbreite gleichmässig wird.

Die Abflusslippe, d.h. die Stelle, wo aus der ein- oder zweiseitig begrenzten Flüssigkeitsschicht der freifallende Vorhang entsteht, muss so ausgebildet sein, dass ein störungsfreier Uebergang des Flüssigkeitsstromes, insbesondere ohne Einführung seitlicher Geschwindigkeitskomponenten, stattfindet.

Die erste Voraussetzung lässt sich- unter Kenntnis der Gesetze der Hydrodynamik und durch möglichst präzise Bauart der Giessvorrichtung ohne besondere Schwierigkeit erfüllen. Grössere Schwierigkeiten bereitet in der Praxis jedoch die Erfüllung der zweiten Bedingung. Es zeigt sich nämlich, dass beim Uebergang vom ein- oder zweiseitig begrenzten Fliessen einer Schicht zum freien, unbegrenzten Fall Störungen auftreten können, die ihre Ursache in einer unregelmässigen, nicht geradlinig verlaufenden Benetzungslinie haben. Solche Benetzungslinien bilden sich zwangsläufig überall dort, wo die Flüssigkeit auf einer oder beiden Seiten die begrenzende Wand verlässt und gegenüber der Atmosphäre eine freie Grenzfläche zu bilden beginnt. Fällt infolge der geometrischen Ausbildung der Abfliesszone, d.h. der Stelle, wo sich der frei fallende Vorhang

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bildet, die Benetzungslinie auf eine im wesentlichen ebene oder relativ schwach gekrümmte Fläche, so bildet sich in praktisch allen Fällen eine unregelmässige, nicht geradlinig verlaufende Benetzungslinie aus. Die Ursache dafür liegt in der Unmöglichkeit, die Oberfläche eines festen Materials so gleichmässig zu gestalten, dass eine gleichmässige Benetzung gewährleistet ist. Geringfügige Rauhigkeitsunterschiede oder Spuren von_/Verunreinigungen führen zu örtlich ungleichen Benetzungs winke In und damit zu einer unregelmässig gekrümmten Benetzungslinie. Die Folge davon ist zwangsläufig eine ungleichmässige Anfangsdicke des Vorhangs, die sich wegen des streng laminaren Fliessbilds über den ganzen Vorhang auf die Beschichtung überträgt und dort in Form von verdickten, bzw. verdünnten Längszonen erscheint.

Es wurde nun gefunden, dass diese Schwierigkeiten bei einer Beschichtungsvorrichtung der eingangs definierten Art überwunden werden können und die Ausbildung einer geradlinigen Benetzungslinie und damit eine gleichmässige Vorhangdicke auf einfache Weise dadurch erreicht werden kann, wenn gemäss der Erfindung die Abflusslippe im Abstand von 0,7 bis

2,5 nun f /von einer in Gebrauchslage des Giess-

kopfsan eine erste, beschichtungsflüssigkeitsseitige Begrenzungsfläche angelegten vertikalen Tangentialebene eine erste, scharfe, gerade Kante mit einem Krümmungsradius von höchstens 0,1mm, vorzugsweise höchstens 0,05mm,aufweist.

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Durch die erfindungsgemässe Ausbildung und Anordnung der scharfen geraden Kante ist gewährleistet, dass die Beschiehtungs· masse die Benetzungslinie ohne wesentliche Zug- oder Druckbeanspruchung im Bereich der Kante ausbilden kann. Wählt man die Breite geringer als den angegebenen Minimalwert, so besteht die Gefahr, dass sich die Flüssigkeit im Bereich der Giesslippe durch den sich ausbildenden hydrodynamischen Druck so auszubreiten sucht, dass sie die Kante bis in die anstossende Fläche umschliessen kann und dort wiederum eine krummlinige Benetzungslinie bildet. Umgekehrt kann sich die Flüssigkeit bei zu grossem Abstand so zusammenziehen, dass sich die Benetzungslinie von der Kante zurückzieht und wiederum eine ungeradlinige Benetzungslinie bildet.

Das bisher Gesagte setzt stillschweigend voraus, dass der freifallende FlUssigkeitsvorhang stabil ist. Für die Ausbildung bzw. Aufrechterhaltung eines stabilen Flüssigkeitsvorhangs müssen aber gewisse Voraussetzungen erfüllt sein. Eine dieser Voraussetzung ist ein relativ hoher spezifischer Minimaldurchsatz der Beschichtungsflüssigkeit. Dieser Minimaldurchsatz ist von der Viskosität und Oberflächenspannung der Flüssigkeit abhängig und kann einen Wert von ca. 0,5 ml pro see und pro cm Vorhangbreite praktisch nicht unterschreiten. Von wesentlichem Einfluss ist das Vorhandensein genügender Mengen an geeigneten Netzmitteln. Der oben genannte Minimaldurchsatz kann nur unter günstigen Viskositäts- und Netz-

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mittelverhältnissen erzielt werden. Flüssigkeitsvorhänge, die auch unter praktischen Verhältnissen stabil bleiben sollen, d.h. unter dem Einfluss zufälliger Störungen nicht irreversibel zerreissen, benötigen einen wesentlich höheren als den genannten minimalen spezifischen Durchsatz, z.B. das doppelte oder mehr.

Selbstverständlich bildet die Forderung eines minimalen Flüssigkeitsdurchsatzes eine wesentliche Einschränkung für die Anwendungsfähigkeit des Vorhanggiessverfahrens. Durch die erwähnte Bedingung ist z.B. bei gegebener Fortbewegungsgeschwindigkeit des zu beschichtenden Trägers die Dicke der erzeugten FlUssigkeitzbeschichtung nach unten begrenzt, oder es muss zur Erzeugung einer dünneren Schicht die Bahngeschwindigkeit entsprechend erhöht werden. Dieser Umstand ist von besonderer Bedeutung, wo,wie dies meistens der Fall ist, die Beschichtung kontinuierlich getrocknet werden muss. Die Bedingung des minimalen Durchsatzes bestimmt in diesem Fall die Mindestleistung der Trocknungsvorrichtung, die erfüllt sein muss, ohne Rücksicht darauf, ob eine dicke Beschichtung bei niedriger Geschwindigkeit oder eine dünne Beschichtung bei hoher Geschwindigkeit getrocknet werden soll. Man ist dabei bestrebt, mit möglichst geringen spezifischen Durchsätzen aus zukommen.

Es wurde nun überraschend gefunden, dass sich dieser Minimaldurchsatz bei solchen Gleitflächengiessern, deren unterer,

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in eine Abflusslippe übergehender Gleitflächenbereich zylindrisch gekrümmt ist₂ ganz erheblich senken lässt₃ wenn der Krümmungsradius dieses Gleitflächenbereichs gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung etwa 20 bis 40mm, vorzugsweise etwa 25 bis 35mm beträgt. Zweckmässigerweise sollte dabei die Gleitfläche bzw. die Abflusslippe vertikal enden. Es hat sich gezeigt, dass sowohl eine Vergrusserung als auch eine Verkleinerung des Krümmungsradius über oder unter die angegebenen Werte den erforderlichen spezifischen Durchsatz für einen stabilen Vorhang vergrbssern. Umgekehrt erzielt man bei gegebenem spezifischem Durchsatz innerhalb der angegebenen Grenzen des Krümmungsradius den stabilsten und störungsunempfindlichsten Vorhang.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 vereinfachte Schnittdarstellungen zweier er-

findungsgemässer Beschichtungsvorrichtungen,

Fig. 3a-c und 4 Details aus den Fig. 1 und 2 in grösserer

Darstellung und

Fig. 5 ein Diagramm des Zusammenhangs zwischen Minimaldurchsatz D und Gleitflächenkrümmung R.

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Die im folgenden verwendeten Positions- und Richtungsangaben, wie oben, unten, vertikal und horizontal, beziehen sich auf die Gebrauchslage der Beschichtungsvorrichtung.

Die in Fig. 1 dargestellte Gleitflächenbeschichtungsvorrichtung ist bis auf die erfindungsgemässe Gestaltung der Abflusslippe im wesentlichen gleich ausgebildet wie die beispielsweise in der DT-OS 24 48 440 beschriebenen Vorrichtungen dieser Art.

Der als Ganzes mit 1 bezeichnete Giesskopf umfasst vier Platten 2,3,4 und 5. Die Grenzflächen zwischen den einzelnen Platten sind mit Aussparungen versehen, die jeweils einen sich im wesentlichen über die gesamte Giesskopfbreite (senkrecht zur Zeichenebene)

erstreckenden Verteilkanal 6,7 bzw. 8, einen sich ebenfalls über die Giesskopfbreite erstreckenden und mit dem Verteilkanal über dessen gesamte Länge in Verbindung stehenden Dosierschlitz 9,10 bzw. 11 und jeweils eine in den Verteilkanal mündende Leitung 12, 13 bzw. 14 bilden. An diese Leitungen sind mit je einem Durchflussregler 15, 16 bzw. 17 versehene Speiseleitungen 18, 19 bzw. 20 angeschlossen.

Unterhalb des Giesskopfs 1 ist der zu beschichtende bandförmige Träger 21 mittels einer Transportvorrichtung, von der der Einfachheit halber nur eine Transportwalze 22 dargestellt ist, in Pfeilrichtung etwa horizontal vorbeigeführt.

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Die oberen Begrenzungsflachen der Platten 2,3 und 4 sind schräg abwärts geneigt und bilden Gleitflächen 23, 24 und 25, auf denen die Über die Speiseleitungen 18, 19 und 20 zugeführten und aus den Dosierschlitzen 9, 10 und 11 austretenden Beschichtungsmassen in Form von drei übereinanderliegenden dünnen Schichten 26, 27 und 28 nach unten abfliessen. Die unterste Gleitfläche 23 ist in ihrem unteren Bereich 23a zylindrisch gekrümmt und geht vertikal in eine frei hängende Abflusslippe 29 über, von welcher die Beschichtungsmassen in Form eines dreischichtigen Vorhangs 30 frei auf den zu beschichtenden Träger 21 niedersinken und auf diesem eine Dreifachschicht 31 bilden.

Obwohl dieses Ausfuhrungsbeispiel nur einen dreischichtigen Vorhang zeigt, ist jedoch selbstverständlich, dass die Anzahl der Schichten auch beliebig grosser oder kleiner sein kann. Wesentlich für die Erfindung sind, wie im folgenden noch erklärt wird, vor allem die Krümmung der Gleitfläche 23 sowie die Ausbildung der Abflusslippe 29.

In Fig. 3a ist die Abflusslippe 29 grosser dargestellt. Wie man sieht, ist sie dreiseitig begrenzt, und zwar durch den untersten Bereich 23a der Gleitfläche 23, durch eine horizontale Unterfläche 32 und durch eine vertikale Hinterfläche Letztere bildet zusammen mit der Unterfläche 32 eine gerade scharfe Kante 34, welche in Richtung der Krümmungsachse der

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Gleitfläche 23 verläuft, d.h. parallel zu einer an den untersten Bereich 23a der Gleitfläche 23 angelegt gedachten vertikalen Tangentialbene V ist.

Bei geeigneter Bemessung des Abstands a der Kante 34 von der Tangentialebene V bildet sich die Benetzungslinie 35 des Vorhangs 30 genau an dieser Kante 34 aus. Da die Gleichmässigkeit der Vorhangdicke und damit der zu erzeugenden Beschichtung massgebend von der Geradlinigkeit der Benetzungslinie beeinflusst wird, muss die Kante 34 sehr präzise sein. Insbesondere soll ihr Krümmungsradius nicht grosser als 0,1mm, vorzugsweise nicht grosser als 0,05mm sein. Der Winkel α, unter welchem die beiden die Kante bildenden Begrenzungsflächen der Abflusslippe aufeinanderstossen, liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 9O°+3O°.

Der Abstand a der Kante 34 von der Tangentialebene V richtet sich nach dem spezifischen Flüssigkeitsdurchsatz bzw. der Dicke des Vorhangs 30. Werte von 0,7 bis 2,5 mm, vorzugsweise etwa I₃O - 1,5 mm, bei Durchsätzen im Bereich von etwa 0,5 bis 3 ml/seccm haben sich als am besten geeignet erwiesen. Selbstverständlich sind kleinere Abweichungen möglich. Wird der Abstand jedoch merklich kleiner als vorstehend angegeben gewählt, so bildet sich die Benetzungs linie auf der Hinterfläche der Abfluss-· lippe aus und wird unregelmässig. Bei zu grossem Abstand hingegen entsteht die Benetzungslinie an der Unterfläche der Abflusslippe und wird ebenfalls unregelmässig. Diese beiden Fälle sind in den

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Fig. 3b und 3c dargestellte

In der Zeichnung sind die beiden Begrenzungsflächen 32 und 33 der Abflusslippe 29 als eben dargestellt. Obwohl sich diese Ausbildung für die Praxis als optimal erwiesen hat, ist es aber auch ohne weiteres möglich, diese Flächen z.B. zylindrisch gekrümmt oder ähnlich auszubilden. Wesentlich ist lediglich die exakt geradlinige und scharfe Kante 34. Beim dargestellten Ausfuhrungsbeispiel bildet ferner auch der unterste Gleitflächenbereich 23 mit der Unterfläche 32 eine Kante 36. Obwohl auch diese Ausbildung für die Praxis vorteilhaft ist, könnte die Gleitfläche aber auch kontinuierlich in die Unterfläche übergehen. Sofern dieser Uebergang wie beim AusfUhrungsbeispiel eine Kante bildet, sollte aber gewährleistet sein, dass der unterste Gleitflächenbereich 29 spätestens an der Kante 35 vertikal ist, da sich dies in strömungstechnischer Hinsicht als besonders zweckmässig erwiesen hat.

Wie schon in der Einleitung erwähnt, ist zur Ausbildung und Aufrechterhaltung eines stabilen FlUssigkeitsvorhangs ein gewisser MinimalflUssigkeitsdurchsatz (FlUssigkeitsmenge pro Zeiteinheit und cm Vorhangbreite) erforderlich. Ueberraschenderweise wurde nun festgestellt, dass dieser Miniinaldurchsatζ sehr stark von der geometrischen Form der untersten Gleitfläche 23, insbesondere vom Krümmungsradius R deren unteren, gekrümmten Bereichs 23a abhängt. Wie aus dem in Fig. 5 darge-

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stellten Diagramm, das den Zusammenhang zwischen Miniina ldurchsatz D und Krümmungsradius R bei verschiedenen Viskositäten der Beschichtungsflüssigkeit zeigt, klar hervorgeht, ist der Minimaldurchsatz bei Krümmungsradien im Bereich von 25mm - 35mm am geringsten, steigt dann mit fallenden und steigenden Krümmungsradien zunächst relativ langsam an und liimmt ausserhalb des Radienbereichs 20mm - 40mm rapid zu. Je nach Viskosität wird man daher in der Praxis Krümmungsradien zwischen 20mm und 40mm, vorzugsweise zwischen 25mm und 35mm wählen.

Die spezielle Bemessung der Gleitflachenkrümmung ist natürlich im Zusammenhang mit der besonderen Ausbildung der Abflusslippe vorteilhaft. Trotzdem bringt sie auch für sich allein bereits wesentliche Vorteile für den Vorhangguss und es wird daher dafür auch selbstständiger Schutz beansprucht.

In Fig. 2 ist ein anderes Ausfuhrungsbeispiel einer erfindungsgemäsen Beschichtungsvorrichtung, und zwar der Einfachheit halber nur deren als Ganzes mit 41 bezeichneter Giesskopi: dargestellt. Ein solcher der eingangs angeführten Gruppe der Schlitzgiesser angehörender Giesskopf ist bis auf die erfindungsgemäss ausgebildeten Abflusslippen beispielsweise ebenfalls in der bereits erwähnten DT-OS 24 48 440 beschrieben.

Der Giesskopf 41 besteht aus einem langgestreckten (senkrecht sur Zeichenebene) Trog 42, der durch eine Zwischenwand 43 in zwei Kammern 44 und 45 unterteilt ist. In diese Kammern münden

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je eine Zufuhrleitung 46 und 47 für zwei Beschichtungsflüssigkeiten.

Die Böden der beiden Kammern gehen in der Mitte in zwei schräg abwärts geneigte Flächen 48 und 49 über, welche V-förmig zusammenlaufen. An ihrer tiefsten Stelle befindet sich im Trogboden ein Längsschlitz 50 mit den beiden Begrenzungswänden 51 und An der Austrittseite dieses Schlitzes 50 ist beidseits je eine nach unten vorspringende Abflusslippe 53 bzw. 54 ausgebildet. Die Zwischenwand 43 besitzt zwei ebenfalls V-förmig zusammenlaufende Unterseiten 55 und 56, die zusammen mit den Flächen 48 und 49 je einen Durchflussspalt 57 und 58 bilden. Durch diese Spalte gelangen die BeschichtungsflUssigkeiten als dünne Schichten aus den Kammern 44 und 45 in den Schlitz 50, wo sie sich zu einer Doppelschicht vereinigen. Diese Doppelschicht tritt dann aus dem Schlitz 50 aus und bildet an den Abflusslippen 53 und 54 einen freifallenden Flüssigkeitsvorhang 59 aus.

Fig. 4 zeigt die Abflusslippen in grösserem Massstab. Diese Lippen sind genau gleich ausgebildet wie die Abflusslippe 29 des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 1. Die GrÖsse des Abstands b der Kanten 61 und 62 von den Vertikalebenen V richtet sich ebenfalls wieder nach der Dicke des Flüssigkeit svorhangs .

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Claims

26U068 Ansprüche

1. *. Vorrichtung zum Beschichten eines bewegten, insbesondere bandförmigen Trägers mit einer Beschichtungsflüssigkeit, mit Mitteln zum Bewegen des Trägers entlang einer Bewegungsbahn und einem oberhalb derselben angeordneten, sich quer darüber erstreckenden und mit einer Abflusslippe versehenen Giesskopf, insbesondere einem Gleitflächengiesskopf mit mindestens einer Gleitfläche, zur Erzeugung eines von dieser Abflusslippe weg frei auf den zu beschichtenden Träger niedersinkenden Flüssigkeitsvorhangs, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflusslippe im Abstand von 0,7 bis 2,5 mm von einer in Gebrauchslage des Giesskopfs an eine erste, beschichtungsflUssigkeitsseitige Begrenzungsfläche angelegten vertikalen Tangentialebene eine erste, gerade, scharfe Kante mit einem Krümmungsradius von höchstens 0,1 mm, vorzugsweise höchstens 0,05 mm, aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kante durch eine zweite und eine dritte, im Winkel von etwa 6O°-12O° aufeinanderstossende Begrenzungsfläche der Abflusslippe gebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Begrenzungsfläche im wesentlichen eben und im v?esentlichen horizontal ist.

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4. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, beschichtungsflüssigkeitsseitige Begrenzungsfläche zusammen mit der zweiten Begrenzungsfläche eine zweite Kante bildet und im Bereich dieser Kante im wesentlichen vertikal ist.

5. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der ersten, scharfen Kante von der vertikalen Tangentialebene 1,0 bis 1,5 mm beträgt.

6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Giesskopf eine weitere, gleich wie die erstgenannte ausgebildete Abflusslippe aufweist, und dass die beiden Abflusslippen nebeneinander angeordnet sind und zwischen sich einen DurchflussspaIt bilden, aus welchem die Beschichtungsflüssigkeit austreten und dann den freifallenden Vorhang bilden kann.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche zumindest in ihrem der Abflusslippe näheren Bereich mit einem Krümmungsradius von 20 bis 40 mm zylindrisch gekrümmt ist.

8. Vorrichtimg nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius 25-35 mm beträgt.

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