DE60206244T2

DE60206244T2 - Verfahren und vorrichtung zum beschichten mit "pick-und-place" einrichtungen mit gleichen oder im wesentlichen gleichen perioden

Info

Publication number: DE60206244T2
Application number: DE60206244T
Authority: DE
Inventors: K. William LEONARD; W. David LEONARD
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2001-01-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2022-01-11
Also published as: ATE297816T1; US6737113B2; US20020132049A1; BR0206296A; KR20030091959A; WO2002055220A1; US7311780B2; JP2004517721A; EP1349674B1; BR0116712A; US20020090457A1; CA2433333A1; CN1484552A; DE60206244D1; MXPA03006127A; JP2004517720A; EP1349672B1; WO2002055217A1; ATE294025T1; DE60204656D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zum Beschichten von Trägermaterialien und zum Verbessern der Gleichmäßigkeit von ungleichmäßigen oder defekten Beschichtungen.
Es gibt viele bekannte Verfahren und Vorrichtungen zum Beschichten einer sich bewegenden Bahn und anderer sich nicht bewegender oder sich bewegender Trägermaterialien und zum Glätten der resultierenden Beschichtung. Verschiedene sind beschrieben in Booth, G. L., "The Coating Machine", Pulp and Paper Manufacture, Vol. 8, Coating, Converting and Processes, Seiten 76–87 (Dritte Ausgabe, 1990) und in Booth, G. L., Evolution of Coating, Vol. 1 (Gorham International, Inc.). Zum Beispiel können Tiefdruckwalzenbeschichtungsvorrichtungen (siehe beispielsweise US-Patent Nr. 5,620,514) relativ dünne Beschichtungen mit relativ hohen Durchlaufraten herstellen. Das Erhalten einer gewünschten konkreten durchschnittlichen Dicke erfordert in der Regel mehrere Probeläufe mit Tiefdruckwalzen von unterschiedlicher Musterung. Laufzeitfaktoren wie beispielsweise Variationen beim Rakeldruck, der Beschichtungsgeschwindigkeit, der Temperatur oder der Flüssigkeitsviskosität können zu Variationen beim Gesamtbeschichtungsgewicht und zu ungleichmäßiger örtlicher Dicke in der Maschinen- oder Querrichtung führen.
Bandstreifen und Riefen sind Lichtbänder oder überdicke Beschichtungen, die sich quer über die Bahn hinweg erstrecken. Diese werden als Defekte betrachtet und können durch Faktoren wie beispielsweise Vibrationen, Fließpulsation, Bahngeschwindigkeitsoszillation, Spaltvibrationen und Walzenantriebsoszillation verursacht werden. Riefen wiederholen sich gemeinhin, aber Bandstreifen können infolge zufälliger Unregelmäßigkeiten im System auftreten. Gutoff und Cohen, Coating and Drying Defects (John Wiley & Sons, New York, 1995) besprechen viele der Quellen von quer zur Bahn verlaufenden Marken und gehen besonders auf ihre Beseitigung durch Erkennen und Ausschalten der fundamentalen Ursache ein. Diese Vorgehensweise kann mit erheblichem Zeit- und Arbeitsaufwand verbunden sein.
Unter einigen Tiefdruckwalzenbeschichtungslaufbedingungen erscheint ein Tiefdruckwalzenmuster in der Nassbeschichtung. Tiefdruckwalzenmarken können beseitigt werden: mit einem bogenförmigen flexiblen Glättungsfilm, der sich bahnabwärts von den Tiefdruckwalzen befindet (siehe beispielsweise US-Patent Nr. 5,447,747); mit einer oder mehreren Glättungswalzen, die gegen eine Beschichtungszwischenwalze drücken (siehe beispielsweise US-Patent Nr. 4,378,390); oder mit einer Gruppe aus Glättungswalzen, die sich bahnabwärts von den Tiefdruckwalzen befinden (siehe beispielsweise US-Patent Nr. 4,267,215).
Mit Tiefdruckwalzenbeschichtungsvorrichtungen können sehr dünne Beschichtungen (beispielsweise etwa 0,1 to etwa 5 Mikrometer) erhalten werden, indem man die Beschichtungsformulierung mit einem Lösemittel verdünnt. Lösemittel sind schädlich für die Gesundheit, die Sicherheit, die Umwelt und sind teuer.
Mehrwalzenbeschichtungsvorrichtungen (siehe beispielsweise US-Patente Nr. 2,105,488; Nr. 2,105,981; Nr. 3,018,757; Nr. 4,569,864 und Nr. 5,536,314) können ebenfalls verwendet werden, um dünne Beschichtungen herzustellen. Mehrwalzenbeschichtungsvorrichtungen sind bei Booth gezeigt und werden besprochen in Benjamin, D. F., Anderson, T. J. und Scriven, L. E., "Multiple Roll Systems: Steady-State Operation", AIChE J., V41, S. 1045 (1995); und Benjamin, D. F., Anderson, T. J. und Scriven, L. E., "Multiple Roll Systems: Residence Times and Dynamic Response", AIChE J., V41, S. 2198 (1995). Handelsübliche Vorwärtswalzentransferbeschichtungsvorrichtungen arbeiten in der Regel mit einer Reihe von drei bis sieben gegenläufigen Walzen, um eine Beschichtungsflüssigkeit mittels der Walzen von einem Vorratsbehälter zu einer Bahn zu übertragen. Diese Beschichtungsvorrichtungen können Silikontrennschichtbeschichtungen mit einer Nassbeschichtungsdicke von gerade einmal etwa 0,5 bis etwa 2 Mikrometer aufbringen. Die gewünschte Beschichtungsdicke und -qualität werden durch ausgeklügeltes Einstellen der Walzenspalte, der Walzengeschwindigkeitsverhältnisse und der Quetschdrücke erreicht. Eine andere Art von Beschichtungsvorrichtung, die man als eine Mehrwalzenbeschichtungsvorrichtung bezeichnen könnte, ist in US-Patent Nr. 4,569,864 gezeigt, wo eine Beschichtungsvorrichtung beschrieben ist, bei der eine dicke, kontinuierliche vordosierte Beschichtung durch eine Extrusionsdüse auf eine erste sich drehende Walze aufgetragen wird und dann durch eine oder mehrere zusätzliche Walzen auf eine sich schneller bewegende Bahn übertragen wird.
Gemäß GB-A-1278099 wird eine Nassbeschichtung auf jede Seite eines sich bewegenden Films aufgetragen und wird auf jeder Seite des Films mit wenigstens zwei gegenläufigen Glättungswalzen in Berührung gebracht, von denen wenigstens eine kontinuierlich quer zu dem Film hin und von dem Film weg bewegt wird.
In US-A-4 354 449 wird die Rückseite einer sich bewegenden Papierbahn mittels einer Transferwalze beschichtet und über vier angetriebene Glättungswalzen geführt, wobei die Vorderseite der Bahn mit einer Rakel beschichtet wird.
Einige der oben angesprochenen Beschichtungsvorrichtungen arbeiten mit einer Reihe von Glättungsbürsten, welche die aufgetragene Nassbeschichtung auf einer Bahn berühren und helfen, Beschichtungsunregelmäßigkeiten zu verringern. Gemäß Seite 76 des Booth-Artikels mit dem Titel "The Coating Machine" wurden in Beschichtungsmaschinen aus den Anfangstagen 4 bis 10 Glättungsbürsten verwendet. Glättungsbürsten verschmieren die Beschichtung unter der Bürste, aber sie berühren nicht – und berühren dann nicht erneut – die Nassbeschichtung.
Walzen wurden manchmal auch zum Glätten verwendet. In der Regel sind dies gegenläufige Walzen, deren Bewegungsrichtung der Bewegungsrichtung einer sich bewegenden Bahn entgegengesetzt ist. Seite 77 des Booth-Artikels zeigt eine Quetschwalzenbeschichtungsvorrichtung, die mit vier "reverse running" (gegenläufigen) Glättungswalzen bestückt ist, die sich bahnabwärts von einer Auftragswalze befinden. Beispiele 1–7 und 10 von US-Patent Nr. 4,267,215 zeigen das Aufbringen einer kontinuierlichen Beschichtung auf einen Kunststofffilm, wobei die Nassbeschichtung durch eine nicht-angetriebene mitdrehende Stabilisierungswalze 68 (deren Bewegungsrichtung in der Berührungszone die gleiche ist wie die des sich bewegenden Kunststofffilms) und einer Gruppe aus drei gegenläufigen Ausbreitungswalzen 70 mit gleichem Durchmesser berührt wird. Die jeweiligen Durchmesser der Stabilisierungswalze und der Ausbreitungswalzen werden nicht offenbart, aber es ergibt sich aus der Zeichnung, dass sie in einem Verhältnis von 2:1 zu einander stehen. In Beispiel 10 des Patents '215 wurde die Geschwindigkeit der Auftragswalze erhöht, bis die Gleichmäßigkeit der auf die Bahn aufgetragenen Beschichtung sich zu verschlechtern begann (bei einer Geschwindigkeit am Umfang der Auftragswalze von 0,51 m/s) und überschüssige Beschichtungsflüssigkeit sich auf der Bahnoberfläche stromaufwärts der Walzen 70 anzusammeln begann (bei einer Geschwindigkeit am Umfang der Auftragswalze von 0,61 m/s). Es wurde von Beschichtungen mit Dicken bis hinunter zu 1,84 Mikrometer berichtet. Beschichtungsvorrichtungen, die mit Glättungswalzen wie den oben beschriebenen arbeiten, könnten die Nassbeschichtung auf einer sich bewegenden Bahn berühren und dann erneut berühren, aber augenscheinlich ist nur eine relativ geringe Anzahl (beispielsweise vier oder weniger) solcher Walzen verwendet worden.
Während kontinuierlicher Bahnbeschichtungsarbeiten kann es mitunter zu ungewollten Anstiegen in der Beschichtungsdicke (Beschichtungsdickenspitzen) kommen. Solche Spitzen können vielfältige Ursachen haben, beispielsweise Bedienerfehler, Systemsteuerungsfehler, Maschinenstörungen und erhöhte Zufuhr (oder Verringerungen der Viskosität) der Beschichtungsflüssigkeit. Dies kann zu einer vorübergehenden starken Zunahme der Beschichtungsdicke führen (beispielsweise um einen Faktor 2 oder sogar 10 oder mehr). Ein typisches Beispiel ist ein momentaner Verlust des Hydraulikdrucks, der den Dosierspalt einer Umkehrwalzenbeschichtungsvorrichtung geschlossen hält. Wenn die Trocknungssektion einer Beschichtungsstrecke nicht konstruktionsmäßig mit einer erheblichen Überkapazität ausgestattet ist, so kann das Auftreten einer solchen Spitze dazu führen, dass die nasse Bahn am Ende der Verarbeitungsstrecke aufgewickelt wird. Dadurch kann die gesamte aufgewickelte Rolle unbrauchbar werden. Wenn die Beschichtungsflüssigkeit überdies ein entflammbares Lösemittel enthält, so können entflammbare Konzentrationen von mit Lösemittel getränktem Papier an der Wickelvorrichtung auftreten. Da sich an der Rollenwickelstation oft erhebliche elektrostatische Entladungen vollziehen, kann es zu Bränden oder Explosionen kommen.
Gelegentlich kommt es während eines kontinuierlichen Bahnbeschichtungsvorgangs zu einer ungewollten starken Verringerung der Beschichtungsdicke. Defekte dieser Art können vielfältige Ursachen haben, beispielsweise Bedienerfehler, Lufteinschluss, Systemsteuerungsfehler, Maschinenstörungen, Zufuhrunterbrechungen (oder plötzliche Zunahme der Viskosität) der Beschichtungsflüssigkeit sowie ein Wechsel der Bahn oder der Beschichtungswalze. Das kann dazu führen, dass größere Bahnabschnitte unbeschichtet bleiben, was unerwünschten Ausschuss zur Folge hat.
Die oben beschriebenen Verbesserungsbürsten und Glättungswalzenvorrichtungen sind allgemein nicht in der Lage, starke Beschichtungsdefekte ausreichend zu kompensieren, wie beispielsweise eine erhebliche Beschichtungsdickenspitze oder ein vollständiges Fehlen der Beschichtung über einen größeren Abschnitt einer Bahn.
Im US-Patent Nr. 6,737,113 werden sich wiederholende und zufällige Beschichtungsdefekte durch die Verwendung von Aufnahme-und-Platzierungs-Berührungsvorrichtungen beseitigt oder wenigstens deutlich verringert. Sich drehende Walzen (und insbesondere nicht-angetriebene Walzen, die sich mit dem Trägermaterial mitdrehen können, während es die Walzen passiert) sind eine bevorzugte Art einer Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtung bei einer solchen Anwendung. Walzen mit Berührungsperioden (definiert als die Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden Berührungen durch einen Punkt an der Vorrichtung mit dem Trägermaterial), die einander gleich waren, waren nicht bevorzugt. Bei den bevorzugten Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen handelte es sich vielmehr um Walzen von unterschiedlicher Größe oder um Walzen, die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten betrieben wurden, wobei die Größen oder Geschwindigkeiten (und somit die Berührungsperioden) nicht periodisch zueinander in Beziehung standen.
Die vorliegende Erfindung ist durch die Merkmale der Ansprüche definiert und stellt gemäß einem Aspekt Beschichtungsvorrichtungen und -verfahren bereit, die eine Anzahl von Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen (beispielsweise Walzen) verwenden, deren Perioden der Berührung mit einem Trägermaterial zueinander gleich oder im Wesentlichen zueinander gleich sind. Die Vorrichtungen können in Standardgrößen bestellt werden, die Lieferanten gewöhnlich am Lager haben (beispielsweise Walzenlieferanten). Der Kauf und die Installation von Vorrichtungen in Standardgröße ist kostengünstig und lässt sich leichter bewerkstelligen als der Kauf und die Installation von Vorrichtungen in Sondergrößen. Die Verwendung einer ausreichend großen Anzahl solcher Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen unterstützt die Ausbildung von kontinuierlichen lückenlosen gleichmäßigen Beschichtungen ungeachtet des Auftretens von ungewollten Beschichtungsdickenspitzen, -vertiefungen oder -lücken. Somit stellt die Erfindung, gemäß einem Aspekt, ein Verfahren zum Verbessern der Gleichmäßigkeit einer Nassbeschichtung auf einem Trägermaterial bereit, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Berühren und erneutes Berühren der Beschichtung mit benetzten Oberflächenabschnitten von einer ausreichenden Anzahl periodischer Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen, welche die gleichen oder im Wesentlichen die gleichen Perioden der Berührung mit dem Trägermaterial aufweisen, dergestalt, dass Defekte in der Beschichtungsdicke, die von einem vollständigen Fehlen der Beschichtung bis zu einem Überschuss von bis zu 200 % der durchschnittlichen Beschichtungsdicke reichen, so umgewandelt werden, dass sie im Bereich von 85 % bis 115 % der durchschnittlichen Beschichtungsdicke liegen.
Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Verbessern der Gleichmäßigkeit einer Nassbeschichtung auf einem Trägermaterial bereit, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Berühren und erneutes Berühren der Beschichtung mit benetzten Oberflächenabschnitten von wenigstens fünf periodischen Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen mit den gleichen oder im Wesentlichen den gleichen Perioden der Berührung mit dem Trägermaterial.
Wenn alle Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen die gleiche Berührungsperiode haben, so ermöglicht die Erfindung eine Verringerung der Größenordnung von zufälligen Beschichtungsdickenspitzen oder -lücken. Wenn die Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen wenigstens eine oder mehrere kleine Variationen in ihren Berührungsperioden aufweisen oder wenn wenigstens eine weitere Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtung mit einer deutlich verschiedenen Berührungsperiode verwendet wird (beispielsweise einer Periode, die sich um mehr als 1 % von der durchschnittlichen Periode der weiteren Vorrichtungen unterscheidet), so ermöglicht die Erfindung außerdem eine Verringerung der Größenordnung von sich wiederholenden Beschichtungsdickenspitzen, -vertiefungen oder -lücken.
Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Beschichten einer sich bewegenden Bahn bereit, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Aufbringen einer Nassbeschichtung mit einer Dickenvariation auf diese Bahn und Berühren und erneutes Berühren der Nassbeschichtung mit benetzten Oberflächenabschnitten von einer oder mehreren Walzen, die eine Periode der Berührung mit der Bahn aufweisen, wobei die Periode der Dickenvariation, die Größe der Dickenvariation oder die Berührungsperioden der Walzen dergestalt geändert (beispielsweise ausgewählt oder justiert) werden, dass Beschichtungsdefekte verringert oder minimiert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung Vorrichtungen zum Durchführen des Verfahrens der Erfindung bereit. Gemäß einem Aspekt weisen die Vorrichtungen der Erfindung eine Verbesserungsstation auf, die mehrere Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen aufweist, die eine Nassbeschichtung an verschiedenen Stellen auf einem Trägermaterial periodisch berühren und erneut berühren können, wobei die Beschichtung Defekte und eine durchschnittliche Beschichtungsdicke aufweist und wobei die Anzahl der Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen, welche die gleichen oder im Wesentlichen die gleichen Perioden der Berührung mit dem Trägermaterial aufweisen, ausreicht, dass Defekte in der Beschichtungsdicke, die von einem vollständigen Fehlen der Beschichtung bis zu einem Überschuss von bis zu 200 % der durchschnittlichen Beschichtungsdicke reichen, so umgewandelt werden, dass sie im Bereich von 85 % bis 115 % der durchschnittlichen Beschichtungsdicke liegen. Gemäß einem weiteren Aspekt weisen die Vorrichtungen der Erfindung eine Verbesserungsstation auf, die wenigstens fünf Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen aufweist, die eine Nassbeschichtung an verschiedenen Stellen auf einem Trägermaterial periodisch berühren und erneut berühren können und die die gleichen oder im Wesentlichen die gleichen Perioden der Berührung mit dem Trägermaterial aufweisen.
Gemäß einem weiteren Aspekt weisen die Vorrichtungen der Erfindung eine Beschichtungsvorrichtung auf, die Folgendes aufweist: eine Beschichtungsstation, die eine ungleichmäßige (und vorzugsweise diskontinuierliche) Beschichtung auf ein Trägermaterial aufträgt, sowie eine Verbesserungsstation, die eine oder mehrere Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen aufweist, welche die aufgebrachte Beschichtung an verschiedenen Stellen auf dem Trägermaterial periodisch berühren und erneut berühren können, wobei die Anzahl von Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen, welche die gleichen oder im Wesentlichen die gleichen Perioden der Berührung mit dem Trägermaterial aufweisen, ausreicht, dass Defekte in der Beschichtungsdicke, die von einem vollständigen Fehlen der Beschichtung bis zu einem Überschuss von bis zu 200 % der durchschnittlichen Beschichtungsdicke reichen, so umgewandelt werden, dass sie im Bereich von 85 % bis 115 % der durchschnittlichen Beschichtungsdicke liegen. Gemäß einem weiteren Aspekt weisen die Vorrichtungen der Erfindung eine Beschichtungsvorrichtung auf, die Folgendes aufweist: eine Beschichtungsstation, die eine ungleichmäßige (und vorzugsweise diskontinuierliche) Beschichtung auf ein Trägermaterial aufträgt, sowie eine Verbesserungsstation, die wenigstens fünf Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen aufweist, welche die aufgebrachte Beschichtung an verschiedenen Stellen auf dem Trägermaterial periodisch berühren und erneut berühren können und die gleichen oder im Wesentlichen die gleichen Perioden der Berührung mit dem Trägermaterial aufweisen.
Gemäß einem besonders bevorzugten Aspekt der oben angesprochenen Vorrichtungen weist die aufgetragene Beschichtung eine periodische Dickenvariation auf, und die Periode der Dickenvariation, die Größe der Dickenvariation oder die Berührungsperiode von einer oder mehreren der Vorrichtungen ist dergestalt veränderbar (beispielsweise wählbar oder justierbar), dass Beschichtungsdefekte verringert oder minimiert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt weist die Beschichtungsvorrichtung des Weiteren eine Transferstation zum Transferieren der Beschichtung von dem ersten Trägermaterial auf ein zweites Trägermaterial auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt weist die Beschichtungsvorrichtung des Weiteren eine Trocknungsstation auf.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine schematische Seitenansicht von Beschichtungsdefekten auf einer Bahn.
2 ist eine schematische Seitenansicht einer Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtung.
3 ist ein Diagramm der Beschichtungsdicke im Verhältnis zur Bahndistanz für eine einzelne große Dickenspitze auf einer Bahn.
4 ist ein Diagramm der Beschichtungsdicke im Verhältnis zur Bahndistanz, wenn die Spitze von 3 auf eine einzelne periodische Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtung mit einer Periode von 10 trifft.
5 ist ein Diagramm der Beschichtungsdicke im Verhältnis zur Bahndistanz, wenn die Spitze von 3 auf zwei periodische Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen mit einer Periode von 10 trifft.
6 ist ein Diagramm der Beschichtungsdicke im Verhältnis zur Bahndistanz, wenn die Spitze von 3 auf acht periodische Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen mit einer Periode von 10 trifft.
7 ist eine schematische Seitenansicht eines Abschnitts einer Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtung, die mit einer Gruppe aus zwanzig nicht-angetriebenen Berührungswalzen mit gleichem Durchmesser arbeitet.
8 ist ein Diagramm der Beschichtungsdicke im Verhältnis zur Bahndistanz für einen sich wiederholenden Spitzendefekt mit einer Periode von 10.
9 ist ein Diagramm der Beschichtungsdicke im Verhältnis zur Bahndistanz, wenn die Spitze von 8 auf eine periodische Aufnahme-und-Platzierungswalzenvorrichtung mit einer Periode von 7 trifft.
10a bis 10d sind schattierte Umrissdarstellungen der Beschichtungsdicke im Verhältnis zur Bahndistanz, wenn eine einzelne schwere Lücke eine Verbesserungsstation passiert, die 250 gleich große Walzen mit jeweils eine Periode von 10 dimensionslosen Bahnlängenelementen enthält.
10e bis 10g sind Liniendarstellungen, die das bahnabwärtige Dickenprofil veranschaulichen, wenn die Lücke aus den 10a bis 10d die erste bis dritte, die vierte bis fünfte und sechste bis neunte Walze der Verbesserungsstation berührt.
11 zeigt eine Gleichmäßigkeitsverbesserungsstation, die mit einem Strang aus fünf angetriebenen Aufnahme-und-Platzierungswalzen-Berührungsvorrichtungen arbeitet, die unterschiedliche Durchmesser, aber gleich Perioden haben.
12 ist eine schematische Seitenansicht einer Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtung, die mit einem Transferband arbeitet.
13 ist eine schematische Seitenansicht eines Steuerungssystems für eine Aufnahme-und- Platzierungsverbesserungsstation.
14a bis 14n sind Verbesserungsschaubilder, welche die Beziehung zwischen dimensionsloser Walzengröße, dimensionsloser Streifenbreite und der Mindestdicke veranschaulichen, die durch periodisches Aufbringen von quer zur Bahn verlaufenden Beschichtungsstreifen auf eine sich bewegende Bahn und Hindurchführen der beschichteten Bahn durch eine Verbesserungsstation, die eine oder mehrere Walzen enthält, erhalten werden kann.
15 ist ein Diagramm, das die Auswirkung einer Gruppe aus 33 periodischen Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen mit gleichmäßigen Perioden oder Perioden, die willkürlich innerhalb eines Bereichs von ±1 % variieren, auf die Dickengleichmäßigkeit veranschaulicht.
16 ist ein Diagramm, das die Auswirkung des Verhältnisses der Walzenperiodenänderung zur Lückengröße auf die Anzahl von Walzen, die für eine gleichmäßige Beschichten benötigt werden, veranschaulicht.
17 ist ein Diagramm, das eine Direkttiefdruckbeschichtungssimulation für eine 1 Zelle breite, sich wiederholende Beschichtungslücke veranschaulicht, die durch eine aneinandergrenzende Gruppe von verschlossenen Zellen, die sich um 1 % des Umfangs der Tiefdruckwalze herum erstrecken, verursacht wird.
18 ist ein Diagramm, das eine Direkttiefdruckbeschichtungssimulation für eine 1 Zelle breite, sich wiederholende Beschichtungslücke veranschaulicht, die durch eine aneinandergrenzende Gruppe von verschlossenen Zellen, die sich um 10 % des Umfangs der Tiefdruckwalze herum erstrecken, verursacht wird.
19a bis 19d sind Verbesserungsschaubilder, welche die Beziehung zwischen dimensionsloser Walzengröße und dimensionsloser Lückengröße für Verbesserungswalzenperiodenänderungen von ±0, ±0,5, ±1 und ±5 % der Lückenperiode veranschaulichen.
20 bis 24 sind zusätzliche Verbesserungsschaubilder, welche die Beziehung zwischen dimensionsloser Walzengröße und dimensionsloser Lückengröße veranschaulichen.
Detaillierte Beschreibung
Wie in 1 dargestellt, befindet sich eine Flüssigbeschichtung 11 mit einer Nenndicke h auf einem Trägermaterial (in diesem Fall einer kontinuierlichen Bahn) 10. Wenn aus irgend einem Grund eine zufällige örtliche Spitze 12 mit einer Höhe H über der Nenndicke abgelagert wird, oder wenn aus irgend einem Grund eine zufällige örtliche Vertiefung (wie beispielsweise ein teilweiser Hohlraum 13 mit einer Tiefe H' unter der Nenndicke oder eine Lücke 14 mit einer Tiefe h) entsteht, dann ist ein kleiner Längenabschnitt des beschichteten Trägermaterials defekt und nicht verwendbar. Bei der vorliegenden Erfindung werden die mit der Beschichtung benetzten Oberflächen einer zweckmäßig großen Anzahl von Aufnahme-und-Platzierungsverbesserungsvorrichtungen (in 1 nicht gezeigt) in periodische (beispielsweise zyklische) Berührung mit der Beschichtung 11 gebracht, wodurch ungleichmäßige Abschnitte der Beschichtung, wie beispielsweise die Spitze 12, aufgenommen und an anderen Stellen auf dem Trägermaterial abgelegt können oder wodurch Beschichtungsmaterial in ungleichmäßigen Abschnitten der Beschichtung, wie beispielsweise Hohlraum 13 oder Lücke 14, abgelegt werden kann. Die Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen können gewünschtenfalls nur bei Auftreten eines Defekts mit der Beschichtung in Berührung gebracht werden. Alternativ können die Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen die Beschichtung unabhängig davon berühren, ob am Berührungspunkt ein Defekt vorhanden ist oder nicht.
Eine Art von Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtung 15, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, um eine Beschichtung auf einer sich bewegenden Bahn 10 zu verbessern, ist in 2 gezeigt. Die Vorrichtung 15 hat eine Nabe 20, mit deren Hilfe sich die Vorrichtung 15 um eine Mittelachse 21 drehen kann. Die Nabe 20 und die Achse 21 erstrecken über die beschichtete Breite der sich bewegenden Bahn 10, die auf der Walze 22 an der Nabe 20 vorbei transportiert wird. von der Nabe 20 erstrecken sich zwei radiale Arme 23 und 24, an denen Aufnahme-und-Platzierungsoberflächen 25 und 26 angebracht sind. Die Oberflächen 25 und 26 sind so gekrümmt, dass ein einzelner Kreisbogen im Raum entsteht, wenn die Oberflächen 25 und 26 um die Achse 21 gedreht werden. Aufgrund ihrer Drehung und der räumlichen Beziehung zur Bahn 10 berühren die Aufnahme-und-Platzierungsoberflächen 25 und 26 periodisch die Bahn 10 gegenüber der Walze 22. Die Nassbeschichtung (in 2 nicht gezeigt) auf der Bahn 10 und die Oberflächen 25 und 26 füllen eine Berührungszone mit einer Breite A auf der Bahn 10 vom Anfangspunkt 28 bis zum Aufteilungspunkt 27 aus. Am Aufteilungspunkt bleibt etwas Flüssigkeit sowohl an der Bahn 10 als auch an der Oberfläche 25 zurück, während sich die Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtung 15 weiterdreht und die Bahn 10 sich über die Walze 22 bewegt. Nach Vollendung einer Umdrehung legt die Oberfläche 25 die aufgeteilte Flüssigkeit an einer neuen Längsposition auf der Bahn 10 ab. Inzwischen hat sich die Bahn 10 um eine Distanz weiterbewegt, die gleich der Bahngeschwindigkeit mal der Zeit ist, welche die Aufnahme-und-Platzierungsoberfläche 25 für eine Umdrehung braucht. Auf diese Weise kann ein Abschnitt einer Flüssigbeschichtung von einer Bahnposition aufgenommen werden und auf einer Bahn an einer anderen Stelle und zu einem anderen Zeitpunkt abgelegt werden. Sowohl die Aufnahme-und-Platzierungsoberfläche 25 als auch die Aufnahme-und-Platzierungsoberfläche 26 vollführen diesen Vorgang.
Die Periode einer Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtung kann anhand der Zeit ausgedrückt werden, welche die Vorrichtung braucht, um einen Abschnitt der Nassbeschichtung von einer Position entlang eines Trägermaterials aufzunehmen und ihn dann an einer anderen Position abzulegen, oder anhand der Distanz entlang dem Trägermaterial zwischen zwei aufeinanderfolgenden Berührungen durch einen Oberflächenabschnitt der Vorrichtung. Wenn zum Beispiel die in 2 gezeigte Vorrichtung mit 60 U/min gedreht wird und die Relativbewegung zwischen dem Trägermaterial und der Vorrichtung konstant bleibt, so beträgt die Periode eine Sekunde. Die vorliegende Erfindung arbeitet mit einer zweckmäßig großen Anzahl von Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen mit den gleichen oder im Wesentlichen den gleichen Platzierungsperioden, das heißt, Vorrichtungen, deren Platzierungsperioden zu einem gewünschten Grad an Präzision die gleichen sind. Dieser gewünschte Grad an Präzision schwankt je nach der Gesamtzahl solcher Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen und der gewünschten Beschichtungsdickengleichmäßigkeit. Allgemein gilt: Je mehr Vorrichtungen verwendet werden, desto besser sind die Ergebnisse, die bei einem bestimmten Präzisionsgrad der Platzierungsperioden der Vorrichtung erhalten werden. Zum Beispiel können die Perioden der Vorrichtung innerhalb von ±0,01 %, ±0,05 %, ±0,1 %, ±0,5 % oder ±1 % voneinander liegen, wobei eine höhere Präzision (beispielsweise ±0,05 %) in den Perioden einer großen Anzahl von Vorrichtungen Ergebnisse erbringt, die allgemein jenen entsprechen, die mit geringerer Präzision (beispielsweise ±0,5 %) in den Perioden einer kleineren Anzahl von Vorrichtungen erreicht werden können.
Die Periode einer Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtung kann auf vielfältige Weise geändert werden. Zum Beispiel kann die Periode geändert werden durch: Ändern des Durchmessers einer sich drehenden Vorrichtung; Ändern der Geschwindigkeit einer sich drehenden oder oszillierenden Vorrichtung; wiederholtes (beispielsweise kontinuierliches) Verschieben der Vorrichtung entlang der Länge des Trägermaterials (beispielsweise bahnaufwärts oder bahnabwärts) relativ zu ihrer räumlichen Ausgangsposition, vom Auge eines sich nicht bewegenden Betrachters aus gesehen; oder durch Ändern der Translationsgeschwindigkeit des Trägermaterials relativ zur Rotationsgeschwindigkeit einer sich drehenden Vorrichtung. Die Perioden einzelner Vorrichtungen brauchen im zeitlichen Verlauf nicht konstant zu bleiben, und wenn sie variiert werden, so brauchen sie nicht entsprechend einer sanft variierenden Funktion zu variieren.
Viele verschiedene Mechanismen können eine periodische Berührung mit dem flüssig beschichteten Trägermaterial bewirken, und viele verschiedene Formen und Konfigurationen können verwendet werden, um die Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen zu bilden. Zum Beispiel kann ein hin- und hergehender Mechanismus (beispielsweise einer, der sich auf und ab bewegt) verwendet werden, um zu bewirken, dass die mit Beschichtung benetzten Oberflächen einer Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtung in Berührung mit dem Trägermaterial und aus der Berührung mit dem Trägermaterial oszillieren. Vorzugsweise drehen sich die Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen, weil es einfach ist, die Vorrichtungen in Drehbewegung zu versetzen und die Vorrichtungen in Lagern oder anderen geeigneten Trägervorrichtungen zu stützen, die relativ beständig gegen mechanischen Verschleiß sind.
Obgleich die in 2 gezeigte Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtung eine Glockenform und zwei nicht-aneinandergrenzende Berührungsflächen hat, können die Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtung auch andere Formen aufweisen und brauchen keine nicht-aneinandergrenzenden Berührungsflächen zu haben. Wie weiter unten noch näher erklärt wird, kann es sich bei den Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen um eine Reihe von Walzen handeln, die das Trägermaterial berühren, oder um ein Endlosband, dessen nasse Seite eine Reihe von nassen Walzen und das Trägermaterial berührt, oder um eine Reihe von Bändern, deren nasse Seiten das Trägermaterial berühren, oder um Kombinationen daraus. Diese sich drehenden Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen bleiben vorzugsweise in kontinuierlicher Berührung mit dem Trägermaterial, wobei Abschnitte der Vorrichtungen das Trägermaterial periodisch berühren und erneut berühren.
Die Erfindung eignet sich besonders zum – aber ist nicht beschränkt auf – das Beschichten sich bewegender Endlosbahnen und -bänder. Im Interesse der Kürze, und sofern der Kontext nicht etwas anderes verlangt, wird eine solche sich bewegende Endlosbann bzw. ein solches sich bewegendes Endlosband im vorliegenden Text gemeinsam als eine "Bahn" bezeichnet. Die Bahn kann zuvor unbeschichtet sein oder kann eine zuvor aufgetragene ausgehärtete Beschichtung aufweisen oder kann eine zuvor aufgetragene und unausgehärtete Nassbeschichtung aufweisen. Sich drehende Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen sind zum Verbessern der Beschichtungsqualität oder zum Minimieren von Beschichtungsdefekten auf solchen Bahnen bevorzugt. Die Vorrichtungen können sich mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit wie die Geschwindigkeit der sich bewegenden Bahn oder mit einer geringeren oder höheren Geschwindigkeit bewegen (beispielsweise drehen). Die Vorrichtungen können sich gewünschtenfalls in einer Richtung drehen, die der Richtung der sich bewegenden Bahn entgegengesetzt ist. Vorzugsweise haben die sich drehenden Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen die gleiche Drehrichtung. Besonders bevorzugt ist bei Anwendungen, bei denen auf einem Trägermaterial, das eine Bewegungsrichtung aufweist, eine Beschichtung verbessert werden soll, die Drehrichtung von wenigstens zwei dieser Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen die gleiche wie die Bewegungsrichtung des Trägermaterials. Ganz besonders bevorzugt drehen sich diese Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen in der gleichen Richtung – und mit im Wesentlichen der gleichen Geschwindigkeit – wie das Trägermaterial. Dies lässt sich zweckmäßig durch Verwendung von mitdrehenden nicht-angetriebene Walzen bewerkstelligen, die gegen das Trägermaterial drücken und mit dem Trägermaterial in seiner Bewegung getragen werden.
Wenn die Beschichtung mit einer Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtung wie der in 2 gezeigten berührt wird, so entsteht zunächst ein Längenabschnitt aus defektem Material. Zu Beginn sind die Aufnahme-und-Platzierungs-Transferoberflächen 25 und 26 trocken. Bei der ersten Berührung berührt die Vorrichtung 15 die Bahn 10 an einer erste Position auf der Bahn 10 über einer Region A. Am Aufteilungspunkt 27 benetzt ungefähr die Hälfte der Flüssigkeit, die in die Region A am Anfangspunkt 28 eintrat, die Transferoberfläche 25 oder 26 mit Beschichtungsflüssigkeit und wird von der Bahn abgetragen. Dieses Aufteilen erzeugt einen Punkt mit geringer und defekter Beschichtungsdicke auf der Bahn 10, selbst wenn die Eintrittsbeschichtungsdicke gleichmäßig war und der gewünschten durchschnittlichen Dicke entspricht. Wenn die Transferoberfläche 25 oder 26 die Bahn 10 an einer zweiten Position erneut berührt, so kommt es zu einer zweiten Berührung und Aufteilung der Beschichtungsflüssigkeit, und es entsteht eine zweite defekte Region. Sie weist jedoch einen geringeren Mangel an Beschichtung auf als die erste defekte Region. Jede nachfolgende Berührung erzeugt kleinere defekte Regionen auf der Bahn mit immer geringeren Abweichungen von der durchschnittlichen Dicke, bis ein Gleichgewicht erreicht ist. Somit erzeugt die anfängliche Berührung über einen Zeitraum hinweg periodische Variationen der Dicke. Dies stellt einen sich wiederholenden Defekt dar und wäre für sich genommen eigentlich unerwünscht.
Es gibt keine Garantie, dass das Flüssigkeitsaufteilungsverhältnis zwischen der Bahn und der Oberfläche immer bei einem konstanten Wert bleiben wird. Viele Faktoren können das Aufteilungsverhältnis beeinflussen, aber diese Faktoren sind im allgemeinen nicht vorhersagbar. Wenn sich das Aufteilungsverhältnis abrupt ändert, so kommt es zu einer sich wiederholenden bahnabwärtigen Dickenvariation, selbst wenn die Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtung schon lange Zeit in Betrieb war. Wenn sich Fremdkörper auf einer Transferoberfläche der Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtung befinden, so kann die Vorrichtung bei jeder Berührung einen sich wiederholenden bahnabwärtigen Defekt erzeugen. Somit kann die Verwendung nur einer einzigen Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtung möglicherweise große Längenabschnitte aus Ausschussmaterial erzeugen.
Die Erfindung arbeitet mit einer ausreichenden Anzahl von Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen mit der gleichen oder im Wesentlichen der gleichen Berührungsperiode, um einen gewünschten Grad an Beschichtungsgleichmäßigkeit zu erreichen. Der gewünschte Grad und somit die bevorzugte Anzahl von Vorrichtungen richten sich nach der vorgesehenen Verwendung des beschichteten Trägermaterials und der Art der aufgetragenen Beschichtung. Vorzugsweise werden fünf oder mehr Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen mit der gleichen oder im Wesentlichen der gleichen Berührungsperiode verwendet. Besonders bevorzugt werden sechs oder mehr, acht oder mehr, zehn oder mehr, zwanzig oder mehr oder sogar 40 oder mehr dieser Vorrichtungen eingesetzt.
Beim Beschichten einer sich bewegenden Bahn können die Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen bahnabwärts von einer Beschichtungsstation in einer Anordnung angeordnet sein, die als eine "Verbesserungsstation" bezeichnet wird. Nachdem sich die Beschichtungsflüssigkeit auf den Aufnahme-und-Platzierungs-Transferoberflächen zu einem Gleichgewichtswert aufgebaut hat, kann eine zufällige hohe oder niedrige Beschichtungsdickenspitze die Station passieren. Wenn dies geschieht, und wenn der Defekt berührt wird, dann wird durch die periodische Berührung der Bahn mit einer einzelnen Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtung oder mit einer Anordnung aus nur einigen wenigen Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen, welche die gleiche Berührungsperiode aufweisen, ein sich wiederholender bahnabwärtiger Dickendefekt immer und immer wieder hervorgebracht. Auch hier entsteht Ausschuss, und der Beschichtungsfachmann würde eine solche Vorrichtung vermeiden. Es ist allgemein weit besser, nur einen einzigen Defekt in einer beschichteten Bahn zu haben als einen Längenabschnitt der Bahn, der mehrere Abbilder des ursprünglichen Defekts enthält.
Ein zufälliger schwerer anfänglicher Defekt (beispielsweise eine große Beschichtungsspitze oder ein vollständiges Fehlen der Beschichtung) kann mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Verbesserungsstation deutlich gemindert werden. Die hineingetragenen Defekte können in einem solchen Grad gemindert werden, dass sie keinen Qualitätsminderungsgrund mehr darstellen. Durch Verwenden der Verfahren und Vorrichtungen der Erfindung kann ein neues bahnabwärtiges Beschichtungsprofil am Ausgang der Verbesserungsstation erzeugt werden. Das heißt, durch Verwenden mehrerer Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen werden die mehreren Defektbilder, die durch die erste Vorrichtung verbreitet und immer weiter verbreitet werden, durch zusätzliche mehrere Defektbilder modifiziert, die durch die zweite und nachfolgende Vorrichtungen verbreitet und immer weiter verbreitet werden. Dies kann in einer konstruktiven und destruktiven additiven Weise geschehen, dergestalt, dass im Endeffekt eine gleichmäßigere Dicke oder eine kontrollierte Dickenvariation erhalten wird. Es werden praktisch mehrere Wellenformen dergestalt addiert, dass die konstruktive und destruktive Addition jeder Wellenform zu einer Kombination führt, die einen gewünschten Grad an Gleichmäßigkeit erbringt. Oder etwas anders betrachtet: Wenn eine Unregelmäßigkeit in der Beschichtung die Verbesserungsstation passiert, so wird praktisch ein Abschnitt der Beschichtung von den höher gelegenen Punkten aufgenommen und an den tiefer gelegenen Punkten wieder abgelegt.
Eine mathematische Modellierung des erfindungsgemäßen Verbesserungsprozesses hilft dabei, Erkenntnisse zu gewinnen und das Verständnis zu verbessern. Die Modellierung basiert auf der Fluiddynamik und erbringt eine gute Übereinstimmung mit den feststellbaren Ergebnissen. 3 zeigt eine Kurvendarstellung der Flüssigbeschichtungsdicke im Verhältnis zur in Längsrichtung (in Maschinenrichtung) verlaufenden Distanz entlang einer Bahn für eine vereinzelte, zufällig hineingetragene Spitze 31, die sich an einer ersten Position auf der Bahn befindet, die sich einer periodisch berührenden Aufnahme-und-Platzierungs-Transfervorrichtung (in 3 nicht gezeigt) nähert. 4 bis 9 zeigen mathematisch modellierte Ergebnisse, welche die Flüssigbeschichtungsdicke entlang der Bahn veranschaulichen, wenn die hineingetragene Spitze 31 auf eine oder mehrere periodische Aufnahme-und-Platzierungs-Berührungsvorrichtungen trifft.
4 zeigt die Amplitude der verringerten Spitze 41, die an der ersten Position auf der Bahn zurückbleibt, und die weiter verbreiteten Spitzen 42, 43, 44, 45, 46, 47 und 48, die an einer zweiten und an nachfolgenden Positionen auf der Bahn abgelegt werden, wenn die hineingetragene Spitze 31 auf eine einzelne periodische Aufnahme-und-Platzierungs-Berührungsvorrichtung trifft. Der höchste Punkt der anfänglich hineingetragenen Spitze 31 ist eine einzelne Längeneinheit lang und zwei Dickeneinheiten hoch. Die Periode der Berührungsvorrichtung entspricht zehn Längeneinheiten. Die Bilder des hineingetragenen Defekts werden in 10 Einheitenschritten über einen Längenabschnitt, der länger als sechzig Längeneinheiten ist, wiederholt. Somit wird die Länge der defekt beschichteten oder "Ausschuss"-Bahn im Vergleich zur Länge des hineingetragenen Defekts deutlich vergrößert. Die genaue defekte Länge richtet sich natürlich nach der akzeptablen Beschichtungsdickenvariabilität für den gewünschten Endnutzungszweck.
5 zeigt die Amplitude der verringerten Spitze 51, die an der ersten Position auf der Bahn zurückbleibt, und einiger der weiter verbreiteten Spitzen 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58 und 59, die auf der Bahn an einer zweiten und an nachfolgenden Positionen abgelegt sind, wenn die hineingetragene Spitze 31 auf zwei periodische, aufeinanderfolgende, synchronisierte Aufnahme-und-Platzierungs-Transfervorrichtungen trifft, von denen jede eine Periode von 10 Längeneinheiten aufweist. Im Vergleich zur Verwendung einer einzelnen periodischen Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtung erscheint ein Spitzenbild mit geringerer Amplitude über einen längeren Längenabschnitt der Bahn.
6 zeigt die Ergebnisse für einen Strang aus acht Berührungsvorrichtungen mit einer Periode von 10. Wie aus einem Vergleich zwischen 6 und 5 zu ersehen ist, erzeugt die Verbesserungsstation von 6 allgemein einen längeren Längenabschnitt einer defekten Bahn als die Verbesserungsstation von 5, aber die Gesamtgrößenordnung der Spitzenbilder ist in 6 deutlich verringert.
Ähnliche Beschichtungsverbesserungsergebnisse erhält man, wenn der zufällige Defekt keine Spitze, sondern eine Vertiefung (beispielsweise eine unbeschichtete Lücke) oder ein Bandstreifen ist. Die Kurvendarstellungen haben ein ähnliches, aber umgekehrtes Aussehen, und die Dickenänderung ist nicht positiv, sondern negativ.
Die oben besprochenen zufälligen Spitzen- und Vertiefungsdefekte sind eine allgemeine Klasse von Defekten, die einer Verbesserungsstation zugeführt werden. Die zweite wichtige Klasse von Defekten ist ein sich wiederholender Defekt. Natürlich ist es bei Produktionsbeschichtungsanlagen üblich, dass man beide Klassen gleichzeitig antrifft. Wenn ein sich wiederholender Strang von hohen oder niedrigen Beschichtungsspitzen oder -vertiefungen auf einer sich kontinuierlich bewegenden Bahn vorhanden ist, so suchen die Beschichtungsanlagenbediener in der Regel nach der Ursache für den Defekt und versuchen sie zu beseitigen. Eine einzelne periodische Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtung, wie in 2 veranschaulicht, wird vielleicht nicht helfen und kann die Qualität die Beschichtung sogar weiter verschlechtern. Jedoch erzeugt ein intermittierendes Berühren der Beschichtung durch Vorrichtungen, die ähnlich funktionieren wie die, die beispielhaft in 2 gezeigt ist, eine wünschenswerte Verbesserung der Beschichtungsgleichmäßigkeit bei stark defektbehafteten Beschichtungen, wenn eine geeignete Anzahl von Vorrichtungen, deren Perioden die gleichen oder im Wesentlichen die gleichen sind, verwendet werden. Verbesserungen sind sowohl für zufällige als auch für sich wiederholende Variationen und für Kombinationen dieser beiden festzustellen. Allgemein erhält man besser Ergebnisse, wenn Walzen verwendet werden, die in kontinuierlichem Kontakt mit der Beschichtung stehen. Weil jedes Inkrement einer Walzenoberfläche, die auf einer Bahn läuft, die Bahn periodisch berührt, kann man sich eine Walzenoberfläche als eine Reihe von verbundenen, intermittierenden, periodisch berührenden Oberflächen vorstellen. In ähnlicher Weise kann ein sich drehendes Endlosband die gleiche Funktion wie eine Walze ausüben. Wenn gewünscht, kann ein Band in Form eines Möbiusschen Bandes verwendet werden. Der Beschichtungsfachmann erkennt, dass auch andere Vorrichtungen, wie beispielsweise elliptische Walzen oder sich drehende Bürsten, so hergerichtet werden können, dass sie sich als periodische Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen in der vorliegenden Erfindung verwenden lassen. Eine exakte Periodizität der Vorrichtungen ist nicht erforderlich. Eine bloße wiederholende Berührung reicht aus.
7 zeigt eine Gleichmäßigkeitsverbesserungsstation 71, die mit einem Strang von zwanzig Aufnahme-und-Platzierungswalzen-Berührungsvorrichtungen arbeitet, von denen acht in 7 gezeigt sind. Die flüssigbeschichtete Bahn 72 wird, bevor sie in die Verbesserungsstation 71 eintritt, auf ihrer Oberseite mittels einer in 7 nicht gezeigten Beschichtungsvorrichtung beschichtet. Die Flüssigbeschichtungsdicke auf der Bahn 72 schwankt räumlich in bahnabwärtiger Richtung in jedem zeitlichen Moment, während sie sich der Mitläuferwalze 73 und der Aufnahme-und-Platzierungs-Berührungsvorrichtungswalze 74 nähert. Für einen sich nicht bewegenden Beobachter würde die Beschichtungsdicke zeitliche Variationen aufweisen. Diese Variation kann übergehende, zufällige, sich wiederholende und übergehende sich wiederholende Komponenten in bahnabwärtiger Richtung enthalten. Die Bahn 72 wird entlang eines Pfades durch die Station 71 und vermittels der Mitläuferwalzen 73, 75, 77, 81, 83, 85, 87, 89 und 91 in Berührung mit den Aufnahme-und-Platzierungs-Berührungsvorrichtungswalzen 74, 76, 78, 80, 82, 84, 88 und 90 geführt. Der Pfad ist so gewählt, dass die nassbeschichtete Seite der Bahn in physischen Kontakt mit den Aufnahme-und-Platzierungswalzen kommt. Die Aufnahme-und-Platzierungswalzen 74, 76, 78, 80, 82, 84, 88 und 90 (die, wie in 7 gezeigt, all die gleichen Durchmesser haben) sind nicht-angetrieben und drehen sich mit der Bewegung der Bahn 72 mit. Die Bahn 72 läuft weiter an zusätzlichen 12 Aufnahme-und-Platzierungswalzen (und erforderlichenfalls an zusätzlichen Mitläuferwalzen) vorbei, die aber in 7 nicht gezeigt sind.
Wenden wir uns für einen Moment der Aufnahme-und-Platzierungswalze 74 zu, wo sich die Flüssigbeschichtung am Abhebepunkt 99 aufteilt. Ein Teil der Beschichtung wandert weiter mit der Bahn, und der Rest wandert mit der Walze 74, während sie sich vom Abhebepunkt 99 weg dreht. Variationen in der Beschichtungsdicke direkt vor dem Abhebepunkt 99 werden sowohl in der Flüssigkeitsdicke auf der Bahn 72 als auch in der Flüssigkeitsdicke auf der Oberfläche der Walze 74 widergespiegelt, wenn die Bahn 72 und die Walze 74 den Abhebepunkt 99 verlassen. Nachdem die Beschichtung auf der Bahn 72 zuerst die Walze 74 berührt und die Walze 74 eine Umdrehung vollführt hat, treffen sich die Flüssigkeit auf der Walze 74 und die ankommende Flüssigkeit auf der Bahn 72 am anfänglichen Berührungspunkt 98, wodurch eine mit Flüssigkeit gefüllte Quetschregion 100 zwischen den ten 98 und 99 entsteht. In der Region 100 gibt keinen Lufteinschluss.
Für einen sich nicht bewegenden Beobachter ist die Strömungsrate der Flüssigkeit, die in die Quetschberührungsregion 100 eintritt, die Summe der Flüssigkeit, die auf der Bahn 72 eintritt, und der Flüssigkeit, die auf der Walze 74 eintritt. Die effektive Aktion der Walze 74 besteht darin, Material von der Bahn 72 an einer Position aufzunehmen und einen Teil des Materials an einer anderen Stelle wieder abzulegen.
In einer ähnlichen Weise teilt sich die Flüssigbeschichtung an Abhebepunkten an den Aufnahme-und-Platzierungs-Berührungsvorrichtungswalzen über den gesamten übrigen Teil der Verbesserungsstation 71. Ein Teil der aufgeteilten Beschichtung berührt die Bahn 72 erneut und wird an Berührungspunkten über den gesamten übrigen Teil der Station 71 hinweg erneut darauf aufgetragen.
Wie bei den Strängen von intermittierenden Aufnahme-und-Platzierungs-Berührungsvorrichtungen, die oben besprochen wurden, werden zufällige oder sich wiederholende Variationen der Flüssigbeschichtungsdicke auf der ankommenden Bahn in ihrem Ausmaß verringert, und die Variationen werden zweckmäßigerweise im Wesentlichen durch die Aufnahme-und-Platzierungs-Aktion der periodisch berührenden Walzen beseitigt.
8 zeigt eine Kurvendarstellung der Flüssigbeschichtungsdicke im Verhältnis zur Distanz entlang einer Bahn für eine Abfolge von sich wiederholenden hineingetragenen Spitzen mit gleicher Amplitude, die sich einer periodisch berührenden Aufnahme-und-Platzierungs-Transfervorrichtung nähern. Wenn eine Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtung diesen sich wiederholenden Defekt periodisch und synchron berührt und wenn die Periode exakt gleich der Defektperiode ist, so wird durch die Vorrichtung nach der anfänglichen Inbetriebnahme keine Veränderung bewirkt. Das gilt ebenfalls, wenn die Periode der Vorrichtung ein ganzzahliges Vielfaches der Defektperiode ist. Eine Simulation des Berührungsprozesses zeigt, dass eine einzelne Vorrichtung mehr defekte Spitzen verursacht, wenn die Periode kürzer ist als die Periode des hineingetragenen Defekts. 9 zeigt dieses Ergebnis, wenn ein sich wiederholender Defekt mit einer Periode von 10 auf eine periodische Aufnahme-und-Platzierungswalzenvorrichtung mit einer Periode von 7 trifft.
Jedoch kann durch Verwenden einer zweckmäßig großen Anzahl von Vorrichtungen die Qualität selbst einer stark ungleichmäßigen ankommenden Beschichtung verbessert werden. Die in 10a bis 10d gezeigte Simulation veranschaulicht die Auswirkung von Walzen mit einheitlicher Größe auf eine Lücke. Die 10a bis 10d sind schattierte Umrissdarstellungen der Beschichtungsdicke. Die 10a bis 10c veranschaulichen die bahnabwärtige Beschichtungsdicke, die entsteht, wenn eine einzelne zufällige, relativ schwere Lücke eine gleichmäßige, stabilisierte Beschichtung unterbricht und eine Verbesserungsstation passiert, die 250 gleich große Walzen mit jeweils einer Periode von 10 dimensionslosen Bahnlängenelementen enthält. Die Simulation berechnete die Beschichtungsdicke eines jeden von 1900 aufeinanderfolgenden bahnabwärtigen Längenabschnittselementen, die auf das erste Element, das die Lücke enthält, folgen, während es die Verbesserungsstation passiert. 10a zeigt die Ergebnisse für die bahnabwärtigen Längenabschnittselemente 1 bis 301. 10b zeigt die Ergebnisse für die bahnabwärtigen Längenabschnittselemente 400 bis 700. 10c zeigt die Ergebnisse für die bahnabwärtigen Längenabschnittselemente 1600 bis 1900. 10d zeigt einer höhere auflösende Ansicht eines Abschnitts von 10a in Verbindung mit einer Maßstabsänderung der Konturen, wobei nur die Ergebnisse für die ersten 85 bahnabwärtigen Längenabschnittselemente und nur die ersten 26 Walzen der Verbesserungsstation gezeigt sind. Bei der anfänglichen Lücke wurde davon ausgegangen, dass es sich um ein vollständiges Fehlen der Beschichtung für eine Periode von 50 % der Drehperiode der Walzen handelt. Eine solche Lücke kann entstehen, indem man eine laufende Bahn während einer kontinuierlichen Beschichtung versehentlich für einen Moment aus dem Kontakt mit einer Tiefdruckwalze heraushebt. Die x-Achse in den 10a bis 10d stellt dimensionslose Längenabschnittselemente der bahnabwärtigen Beschichtungsbahn dar, die mit der Lücke beginnen. Die Bahnlängenelemente passieren der Reihe nach von einer vorgegebenen Walze der Verbesserungsstation zu nachfolgenden Walzen in der Verbesserungsstation. Die Beschichtungsdicken einzelner Bahnlängenelemente werden normalisiert, indem man sie durch die gleichmäßige lückenlose Beschichtungsdicke teilt.
Die dimensionslose Dicke bzw. der dimensionslose Dickenbereich ist in den 10a bis 10d durch Schattieren jedes Elements des interessierenden Bahnlängenabschnitts entsprechend seiner beschichteten Dicke aufgetragen. In 10a und 10b stellen die Schattierungen dimensionslose Dickenbereiche von 0,949 bis 0,959, 0,959 bis 0,979, 0,979 bis 0,989, 0,989 bis 0,999 und 0,999 bis 1,000 dar. In 10c stellen die Schattierungen dimensionslose Dickenbereiche von 0,959 bis 0,979, 0,979 bis 0,989, 0,989 bis 0,999 und 0,999 bis 1,000 dar. In 10d stellen die Schattierungen dimensionslose Dickenbereiche von 0,000 bis 0,499, 0,499 bis 0,749, 0,749 bis 0,799, 0,799 bis 0,849, 0,849 bis 0,899, 0,899 bis 0,949, 0,949 bis 0,999 und 0,999 bis 1,000 dar. Jedes Element des interessierenden Bahnlängenabschnitts ist gezeigt, nachdem es durch die Berührungswalzen berührt wurde. Eine Umrissdarstellung wird dadurch erzeugt, dass man die schattierungskodierten Elementketten entlang der y-Achse aufreiht. Zum Beispiel zeigt der schattierte Diagrammbereich von Bahnelement 1 bis Bahnelement 2 und von Walze 0 bis Walze 1 die Dicke des ersten Bahnelements, bevor es die erste Walze passiert. Durch Voranschreiten entlang der x-Achse oder parallel zur x-Achse der 10a bis 10d erhält man die dimensionslose Dicke entlang einer aneinandergrenzenden Gruppe von bahnabwärtigen Längenabschnittselementen. Durch Voranschreiten der y-Achse nach oben oder parallel zur y-Achse erhält man den Verlauf der dimensionslosen Dicke für ein bestimmtes Bahnlängenabschnittselement, nachdem es Walze auf Walze in einer Reihe von 251 Walzen passiert hat. Abbilder der anfänglichen Lücke breiten sich entlang der Bahn aus und werden modifiziert, während die Bahnelemente jede Walze passieren. Nach jeder folgenden Walze entsteht ein gemindertes Abbild der Lücke, während die Lücke jede Walze passiert. Dieses geminderte Abbild berührt erneut nachfolgende Elemente auf der Bahn, wodurch weiter geminderte Abbilder auf der Bahn entstehen, die wiederum noch weiter geminderte Abbilder auf den nachfolgende Walzen entstehen lassen.
Die weißen Regionen 101 und 102 in den 10a bis 10c und die weiße Region 101 in 10d haben eine dimensionslose Dicke zwischen 0,999 und 1,0000 (99,9 % bis 100,00 % der durchschnittlichen lückenlosen Dicke) und stellen somit Regionen mit sehr gleichmäßiger Beschichtungsdicke dar. Wie durch die Strichlinie 106 in 10c gezeigt, haben das Bahnelement, das die anfängliche Lücke enthält, und die nachfolgenden Elemente nach dem Passieren von etwa 180 Walzen alle eine dimensionslose Dicke zwischen 0,959 und 1,000 (95,9 % bis 100,0 % der durchschnittlichen lückenlosen Dicke). Wenn eine weniger gleichmäßige Beschichtung akzeptabel ist, wie beispielsweise ein Bereich von 94,9 % bis 100 % der durchschnittlichen lückenlosen Dicke, dann werden – wie durch die Strichlinie 104 in 10b gezeigt – nur 49 Walzen benötigt. Gleichermaßen sind, wenn ein Bereich von 84,9 % bis 100 % der durchschnittlichen lückenlosen Dicke akzeptabel ist, nur 9 Walzen, wie durch die Strichlinie 108 in 10d gezeigt, erforderlich.
Die 10e bis 10g veranschaulichen weiter das bahnabwärtige Dickenprofil, während die Lücke aus den 10a bis 10d die ersten neun Walzen der Verbesserungsstation berührt, in Form von Liniendarstellungen, welche die dimensionslose Dicke an jeder Bahnelementstelle für die ersten 400 Bahnelemente, die auf die Lücke folgen, darstellen. Für das Beschichtungsprofil ist nach dem Passieren jeder Walze eine andere Line aufgetragen. Die Ergebnisse für jeden Vorbeilauf fallen oft direkt aufeinander. Um das Ergebnis besser zu veranschaulichen, wurden in den 10e bis 10g andere und schrittweise immer genauere Maßstäbe der dimensionslosen Dicke verwendet. Nachdem eine geeignete Anzahl von Bahnelementen die Walzen der Verbesserungsstation passiert hat, verlieren die Lückenabbilder an Tiefe, und die dimensionslose Dicke wird verbessert.
10e zeigt die anfängliche Dicke (Diagrammelement 108), bevor – und das bahnabwärtige Dickenprofil, nachdem – die ersten 400 Bahnelemente die erste Walze (Diagrammelement 110) die zweite Walze (Diagrammelement 112) und die dritte Walze (Diagrammelement 114) passiert haben. Nach der dritten Walze hat sich die anfängliche, 5 Elemente lange Lücke in Form von fünf Abbildern 114, 116, 118, 120 und 122 mit einer Dicke von weniger als 90 % der durchschnittlichen lückenlosen Dicke verbreitet, wobei die Abbilder 116, 118 und 120 eine Dicke von weniger als 85 % der durchschnittlichen lückenlosen Dicke aufweisen.
10f zeigt das Profil nach dem Passieren der vierten Walze (Diagrammelement 124), der fünften Walze (Diagrammelement 126) und der sechsten Walze (Diagrammelement 128). Nach der sechsten Walze wird die anfängliche Lücke immer noch als vier Abbilder 130, 132, 134 und 136 mit Dicken von weniger als 90 % der durchschnittlichen lückenlosen Dicke widergespiegelt, wobei aber keine Abbilder eine Dicke von weniger als 85 % der durchschnittlichen lückenlosen Dicke aufweisen.
10g zeigt das Profil nach dem Passieren der siebenten Walze (Diagrammelement 138), der achten Walze (Diagrammelement 140) und der neunten Walze (Diagrammelement 142). Nach den neun Walzen haben alle Abbilder der anfänglichen Lücke Dicken von mehr als 90 % der durchschnittlichen lückenlosen Dicke. Somit wurde auf diese Weise ein anfänglicher schwerer Defekt deutlich in seinem Ausmaß verringert, wodurch die Reparatur einer fehlbeschichteten Bahn möglich wurde, die ansonsten Ausschuss gewesen wäre.
Vergleichbare Ergebnisse sind für Beschichtungsdefekte festzustellen, die nicht durch Lücken, sondern durch Beschichtungsüberschüsse gekennzeichnet sind. Wenn zum Beispiel eine Beschichtungsspitze zu einer anfänglichen dimensionslosen Dicke von 2,0 (200 % der durchschnittlichen lückenlosen Dicke) führt, so kann die Verwendung einer Verbesserungsstation mit einer ausreichenden Anzahl von Walzen, wie oben beschrieben, eine beschichtete Bahn erbringen, in der die Abbilder des Defekts weniger als 115 % (bei Verwendung von sechs Walzen) oder weniger als 110 % (bei Verwendung von neun Walzen) der durchschnittlichen lückenlosen Dicke betragen. Somit kann eine Bahn mit augenblicklichen Beschichtungsdickendefekten, die von einer Lücke von 0 % bis zu einem Überschuss von 200 % eines gewünschten durchschnittlichen Dickenwertes bzw. eines durchschnittlichen Soll-Dickenwertes reichen, mittels einer aus sechs Walzen bestehenden erfindungsgemäßen Verbesserungsstation auf eine Bahn umgewandelt werden, deren Beschichtungsdicke zwischen 85 % und 115 % des gewünschten durchschnittlichen Dickenwertes liegt. Für Beschichtungen mit moderaten Gleichmäßigkeitsanforderungen können Variationen von 85 bis 115 Prozent des Sollwertes ihre Funktion hinreichend erfüllen. Verfahren, die diesen Grad an Gleichmäßigkeit erreichen, stellen einen bevorzugten Aspekt der Erfindung dar. Auf die gleiche Weise kann eine Bahn mit augenblicklichen Beschichtungsdickendefekten im Bereich von 0 % bis 200 % des gewünschten durchschnittlichen Dickenwertes mittels einer mit neun Walzen arbeitenden erfindungsgemäßen Verbesserungsstation in eine Bahn umgewandelt werden, deren Beschichtungsdicke zwischen 90 % und 110 % des gewünschten durchschnittlichen Dickenwertes liegt. Verfahren, die diesen Grad an Gleichmäßigkeit erreichen, stellen einen besonders bevorzugten Aspekt der Erfindung dar. Die Erfindung ist natürlich nicht auf die Verwendung für Beschichtungen mit den oben angesprochenen Beschichtungsdefekt-Bereichen beschränkt. Die Beschichtungsdefekte können sich über einen kleineren oder größeren Gesamtbereich erstrecken. Die Untersuchung der Art und Weise, wie Nassbeschichtungsdefekte, die von einem bestimmten Minimalwert bis zu einem bestimmten Maximalwert reichen, durch die Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen beeinflusst werden, dient jedoch als ein nützlicher Parameter zur Kennzeichnung der Art der Verbesserung, die mit Hilfe der vorliegenden Erfindung realisiert wird.
Faktoren wie beispielsweise Trocknung, Aushärtung, Gelierung, Kristallisation oder eine Phasenänderung, die sich im Lauf der Zeit vollzieht, können Beschränkungen hinsichtlich der Anzahl der verwendeten Walzen auferlegen. Wenn die Beschichtungsflüssigkeit eine flüchtige Komponente enthält, so kann die Zeit, die für das Passieren vieler Walzen benötigt wird, das Voranschreiten der Trocknung bis zu dem Grad gestatten, wo sich die Flüssigkeit verfestigt. Der Trocknungsvorgang wird durch die vorliegende Erfindung sogar beschleunigt, was bestimmte Vorteile mit sich bringt, auf die im Weiteren näher eingegangen wird. Wenn es während des Betriebes der Verbesserungsstation aus irgend einem Grund zu einer Phasenänderung der Beschichtung auf den Walzen kommt, so entstehen auf jeden Fall in der Regel Unterbrechungen und Muster in der Beschichtung auf der Bahn. Darum ist es allgemein bevorzugt, zur Erreichung des gewünschten Grades an Beschichtungsgleichmäßigkeit so wenig Walzen wie möglich zu verwenden. Jedoch können unter den richtigen Bedingungen sehr großen Anzahlen von Walzen (beispielsweise bis zu 10, 20, 50, 100 oder sogar 1000 oder mehr Walzen) bei dieser Erfindung verwendet werden. Der Trocknung kann entgegengewirkt werden, indem die Verbesserungsstation (und optional die Beschichtungsstation und die Trocknungsstation, sofern verwendet) der Beschichtungsvorrichtung in einem geeignete Gehäuse angeordnet wird und das Innere des Gehäuses mit Dämpfen eines Lösemittels, das in der Beschichtungsflüssigkeit vorhanden ist, geflutet wird. Ein bevorzugte Technik zum Entgegenwirken einer solchen Trocknung besteht darin, ein nicht-reagierendes Gas, das mit diesen Dämpfen gesättigt ist, durch das Gehäuse zu zirkulieren, wie zum Beispiel in US-Patent Nr. 6117237 beschrieben.
Durch Verwenden mehrerer Aufnahme-und-Platzierungswalzen ist es möglich, gleichzeitig die Amplitude von aufeinanderfolgenden Spitzen oder Vertiefungen zu verringern und aufeinanderfolgende Spitzen oder Vertiefungen ineinander übergehen zu lassen, so dass eine kontinuierliche, geringfügig variierende, aber spitzen- und vertiefungsfreie Beschichtung von guter Gleichmäßigkeit entsteht. Wie oben gezeigt, kann dies durch Verwenden von Walzenvorrichtungen mit gleichen Durchmessern bewerkstelligt werden, die nicht-angetrieben sind und die sich mit der Bahn mit gleichen Geschwindigkeiten mitdrehen. Verbesserungen bei der Beschichtungsgleichmäßigkeit können außerdem durch Variieren der Durchmesser eines Strangs aus Walzenvorrichtungen erhalten werden. Wenn die Walzen sind nicht durch die Traktion mit der Bahn drehen, sondern statt dessen unabhängig angetrieben sind, so wird die Periode jeder Walze zu ihrem Durchmesser und ihrer Drehzahl in Beziehung gesetzt.
Die gewünschten Dicke richtet sich natürlich nach dem konkreten Anwendungszweck. Zum Beispiel unterscheiden sich die Anforderungen an beschichtete Schleifmittel, Band und optische Filme allesamt voneinander. Die Anforderungen unterscheiden sich außerdem innerhalb einer Produktklasse. Zum Beispiel gelten für grobkörnige Schleifmittel, die zur Holzbearbeitung verwendet werden, weniger strenge Anforderungen an die Dickengleichmäßigkeit als bei Mikroschleifmitteln, die zum Polieren von Teilen für Computerlaufwerke verwendet werden. Allgemein gilt: Je dünner die durchschnittliche Dicke, desto strenger sind die Gleichmäßigkeitsanforderungen.
11 zeigt eine Gleichmäßigkeitsverbesserungsstation 160, die mit einem Strang aus fünf angetriebenen Aufnahme-und-Platzierungswalzen-Berührungsvorrichtungen mit verschiedenem Durchmesser, aber gleichen Perioden arbeitet. Eine flüssigbeschichtete Bahn 161 wird auf ihrer Oberseite vor dem Eintreten in die Verbesserungsstation 160 mittels einer in 11 nicht gezeigten Beschichtungsvorrichtung beschichtet. Die Bahn 161 wird entlang eines Pfades durch die Station 160 hindurch geleitet, wobei sie durch die Mitläuferwalzen 165 und 168 in Berührung mit den mitdrehenden angetriebenen Aufnahme-und-Platzierungs- Berührungsvorrichtungswalzen 162, 163, 164 und 167 und der gegenläufigen angetriebenen Aufnahme-und-Platzierungs-Berührungsvorrichtungswalze 166 gebracht wird. Die Geschwindigkeiten der Aufnahme-und-Platzierungs-Berührungsvorrichtungswalzen 162, 163, 164, 166 und 167 werden mittels (in 11 nicht gezeigten) Geschwindigkeitsregelvorrichtungen dergestalt justiert, dass jede Aufnahme-und-Platzierungs-Berührungsvorrichtungswalze die gleiche Periode hat.
12 zeigt eine erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung 168, die mit einem Band 170 arbeitet. Das Band 170 läuft um die Steuereinheit 171, die Mitläuferwalzen 173, 175, 177, 179 und 181, die nicht-angetriebenen mitdrehenden Aufnahme-und-Platzierungswalzen 172, 174, 176, 178, 180 und 182 und die Widerdruckwalze 183 herum. Die Walzen 172, 174, 176, 180 und 182 haben alle die gleiche Größe und die gleiche Periode. Die Walze 178 ist größer als die anderen Aufnahme-und-Platzierungswalzen und hat eine viel längere Periode. Die Verbesserungsstation 168 enthält somit fünf Aufnahme-und-Platzierungs-Berührungsvorrichtungen mit im Wesentlichen der gleichen Berührungsperiode. Die intermittierende Beschichtungsstation 184 oszilliert eine hypodermische Nadel 185 über dem Band 170 an der Streifenbeschichtungsregion 186 vor und zurück. Der aufgetragene Streifen bildet ein Zickzackmuster, das quer über das Band 170 verläuft, wodurch ein intermittierender Beschichtungsdefekt stromabwärts von der Station 184 entsteht. Nach dem Anlaufend er Anlage und einigen wenigen Umdrehungen des Bandes 170 ist das Band 170 über seine gesamte Oberfläche hinweg mit einer ungleichmäßigen Beschichtung benetzt. Wenn die Geschwindigkeit des Bandes sowie die Querbewegungsperiode und die Fluidzufuhrrate der Nadel konstant gehalten werden, so ergibt sich für einen sich nicht bewegenden Beobachter, der einen Punkt auf dem Band unmittelbar stromabwärts von der Region 186 betrachtet, das Bild, dass die Beschichtungsdicke auf dem Band von einem Minimalwert bis zu einem Maximalwert und zurück reicht. Wenn die Geschwindigkeit des Bandes oder die Querbewegungsperiode oder die Zufuhrrate der Nadel nicht konstant gehalten werden, so könnte die betrachtete Beschichtung zusätzliche übergehende, zufällige, sich wiederholende oder übergehende sich wiederholende Komponenten in Längsrichtung des Bandes enthalten. In jedem der Fälle ist die Beschichtung sehr ungleichmäßig. Die Vorteile einer solchen Streifenbeschichtungsbandstation werden weiter unten näher besprochen.
Wenn das Band 170 an den Aufnahme-und-Platzierungswalzen 172, 174, 176, 178, 180 und 182 vorbeiläuft, berührt die Beschichtungsflüssigkeit auf dem Band 170 die Oberflächen der Aufnahme-und-Platzierungswalzen 172, 174, 176, 178, 180 und 182. Nach dem Anlaufen der Anlage und einigen wenigen Umdrehungen des Bandes 170 benetzt die Beschichtungsflüssigkeit die Oberflächen der Aufnahme-und-Platzierungswalzen 172, 174, 176, 178, 180 und 182. Die Flüssigbeschichtung teilt sich am hinteren Ende (den Abhebepunkten) der flüssigkeitsgefüllten Quetschregionen, wo das Band 170 die Aufnahme-und-Platzierungswalzen 172, 174, 176, 178, 180 und 182 berührt. Ein Teil der Beschichtung bleibt auf den Aufnahme-und-Platzierungswalzen 172, 174, 176, 178, 180 und 182 zurück, während sie sich von den Abhebepunkten weg drehen. Der Rest der Beschichtung wandert weiter mit dem Band 170. Variationen in der Beschichtungsdicke unmittelbar vor den Abhebepunkten werden sowohl in der Flüssigkeitsdickenvariation auf dem Band 170 als auch auf den Oberflächen der Aufnahme-und-Platzierungswalzen 172, 174, 176, 178, 180 und 182 widergespiegelt, nachdem sie die Abhebepunkte verlassen. Im Anschluss an eine Weiterbewegung des Bandes 170 wird die Flüssigkeit auf den Aufnahme-und-Platzierungswalzen 172, 174, 176, 178, 180 und 182 wieder auf dem Band 170 an neuen Positionen entlang dem Band 170 abgelegt.
Die Ausführungsform von 12, wie sie bis hierher beschrieben wurde, kann zur Herstellung einer gleichmäßigen Beschichtung auf den Band selbst oder zur Verbesserung der Beschichtungsgleichmäßigkeit auf einem zuvor beschichteten Band verwendet werden. Das nasse Band 170 kann auch dafür verwendet werden, die Beschichtung auf ein Ziel-Bahnträgermaterial 189 zu übertragen. Zum Beispiel kann die Zielbahn 189 durch die Antriebswalze 190 angetrieben werden und mit dem Band 170 in Kontakt gebracht werden, wenn das Band 170 sich um die Widerdruckwalze 183 herum dreht. Um die Bahn 189 zu beschichten, werden die Walzen 183 und 190 zusammengedrückt, wodurch das Band 170 in direkten Kontakt mit der Bahn 189 gebracht wird. Nach dem Passieren dieser Quetschregion und der Trennung von Band 170 wird ein Teil der Flüssigbeschichtung zur Oberfläche der Bahn 189 übertragen. Wenn die Vorrichtung dafür verwendet wird, die Zielbahn 189 kontinuierlich zu beschichten, so wird vorzugsweise Flüssigkeit ständig auf das Band 170 in der Region 186 bei jeder Umdrehung des Bandes aufgetragen und am Quetschpunkt zwischen den Walzen 183 und 190 kontinuierlich abgenommen. Weil nach der Inbetriebnahme das Band 170 bereits mit Flüssigkeit beschichtet ist, gibt es keine dreiphasige (Luft, Beschichtungsflüssigkeit und Band) Benetzungslinie an der Streifenbeschichtungsregion 186. Dadurch wird das Auftragen der Beschichtungsflüssigkeit viel einfacher, als wenn direkt auf eine trockene Bahn beschichtet wird. Da nur etwa die Hälfte der Flüssigkeit am Quetschpunkt der Walzen 183, 190 übertragen wird, ist der Prozentsatz der Dickenungleichmäßigkeit stromabwärts von der Region 186 allgemein viel kleiner (beispielsweise um eine halbe Größenordnung), als wenn eine trockene Bahn ohne ein Transferband streifenbeschichtet wird und die so beschichtete Bahn durch eine erfindungsgemäße Verbesserungsstation mit der gleichen Anzahl von Walzen geführt wird.
Wenn die Flüssigkeitsmenge, die für die gewünschte durchschnittliche Beschichtungsdicke benötigt wird, intermittierend auf das nasse Band 170 oder auf ein anderes Ziel-Trägermaterial aufgetragen wird, so werden die Periode und die Anzahl der Aufnahme-und-Platzierungswalzen vorzugsweise entsprechend dem größten Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten bahnabwärtige Beschichtungsablagerungen gewählt. Ein deutlicher Vorteil eines solchen Verfahrens ist, dass es oft einfach ist, überdicke, quer zur Bahn verlaufende Beschichtungsstreifen oder -zonen auf einem Band oder einem anderen Ziel-Trägermaterial herzustellen, aber schwierig ist, dünne, gleichmäßige und kontinuierliche Beschichtungen herzustellen. Ein weiteres wichtiges Attribut eines solchen Verfahrens ist, dass es insofern Vordosierungseigenschaften aufweist, als die Beschichtungsdicke durch Justieren der Flüssigkeitsmenge, die auf das Band oder ein anderes Ziel-Trägermaterial aufgetragen wird, kontrolliert werden kann.
Obgleich eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Band 170 und beliebigen der anderen Walzen, die in 12 gezeigt sind, oder zwischen dem Band 170 und der Bahn 189 vorhanden sein kann, ist vorzugsweise keine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Band 170 und den Aufnahme-und-Platzierungswalzen 172, 174, 176, 178, 180 und 182 oder zwischen dem Band 170 und der Bahn 189 vorhanden. Dies vereinfacht den mechanischen Aufbau der Vorrichtung.
13 zeigt eine Dickenüberwachungs- und -steuerungssystem zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Verbesserungsstation 200. Dieses System gestattet eine Überwachung der Beschichtungsdickenvariation und die Justierung der Periode von einer oder mehreren der Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen der Verbesserungsstation, wodurch eine Verbesserung oder eine andere gewünschte Änderung der Beschichtungsgleichmäßigkeit ermöglicht wird. Dies ist besonders nützlich, wenn sich die Periode der ankommenden Abweichung ändert. Wie in 13 dargestellt, sind die Aufnahme-und-Platzierungs-Transferwalzen 201, 202, 203, 204 und 205 mit (in 13 nicht gezeigten) Antriebssystemen verbunden, welche die Drehzahlen der Walzen in Reaktion auf eine oder mehrere Signale von der Steuerung 250 unabhängig steuern können. Die Drehzahlen brauchen nicht alle exakt übereinzustimmen und brauchen auch nicht mit der Geschwindigkeit des Trägermaterials 207 übereinzustimmen. Die Sensoren 210, 211, 212, 213 und 214 können eine oder mehrere Eigenschaften (beispielsweise die Dicke) des Trägermaterials 207 oder der darauf befindlichen Beschichtung erfassen und können vor und nach jeder Aufnahme-und-Platzierungswalze 201, 202, 203, 204 und 205 angeordnet werden. Die Sensoren 210, 211, 212, 213 und 214 sind über Signalleitungen 215, 216, 217, 218 und 219 mit der Steuerung 250 verbundenen. Die Steuerung 250 verarbeitet Signale von einem oder mehreren Sensoren 210, 211, 212, 213 und 214, führt die gewünschten Logik- und Steuerungsfunktionen aus und erzeugt Antriebssteuersignale, die zu den Motorantrieben für eine oder mehrere Aufnahme-und-Platzierungs-Transferwalzen 201, 202, 203, 204 und 205 gesandt werden, um Justierungen der Geschwindigkeiten von einer oder mehreren Walzen vorzunehmen. Bei einer Ausführungsform kann die automatische Steuerung 250 ein Mikroprozessor sein, der dafür programmiert ist, die Standardabweichung der Beschichtungsdicke an der Abgabeseite der Walze 201 zu berechnen und eine Steuerungsfunktion zu implementieren, um die kleinste Standardabweichung der verbesserten Beschichtungsdicke anzustreben. Je nachdem, ob die Walzen 201, 202, 203, 204 und 205 einzeln oder gemeinsam kontrolliert werden, können auch geeignete einzelne oder mehrfach-variable Regelkreis-Steueralgorithmen von Sensoren, die hinter den übrigen Aufnahme-und-Platzierungswalzen angeordnet sind, verwendet werden, um die Beschichtungsgleichmäßigkeit zu steuern. Die Sensoren 210, 211, 212, 213 und 214 können mit einer Vielfalt von Sensorsystemen arbeiten, wie beispielsweise optischen Dichtemessern, Betamessern, Kapazitätsmessern, Fluoreszenzmessern oder Absorptionsmessern.
Wie im Zusammenhang mit 12 angesprochen, kann eine Streifenbeschichtungsvorrichtung verwendet werden, um eine ungleichmäßige Beschichtung auf ein Band oder ein anderes Ziel-Trägermaterial aufbringen, woraufhin die ungleichmäßige Beschichtung eine erfindungsgemäße Verbesserungsstation durchläuft. Dies stellt insofern einen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung dar, als im Fall einer ungleichmäßigen hineingetragenen Beschichtungsflüssigkeitsdicke (beispielsweise wiederholt variierend, diskontinuierlich oder intermittierend) eine Reihe von richtig ausgewählten Aufnahme-und-Platzierungswalzen in ausreichender Anzahl die ungleichmäßige Beschichtung zu einer kontinuierlichen bahnabwärtigen Beschichtung von guter Gleichmäßigkeit ausbreitet. Es können viele Verfahren verwendet werden, um eine ungleichmäßige Beschichtung auf einer Bahn zu erzeugen. Gewöhnlich werden solche Beschichtungen als unerwünscht betrachtet und werden vermieden. In der vorliegende Erfindung können sie jedoch nutzbringend verwendet werden. Ein deutlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass es einfach ist, eine ungleichmäßige und im üblichen Maße defekte Beschichtung zu erzeugen, aber schwierig ist, dünne, gleichmäßige, kontinuierliche Beschichtungen in einem einzigen Schritt zu erzeugen. Außerdem es ist leichter, eine ungleichmäßige Beschichtung zu dosieren als eine dünne, gleichmäßige Beschichtung. Also lehrt die vorliegende Erfindung die Erzeugung einer dosierten, gleichmäßigen Beschichtung aus einer ungleichmäßigen oder diskontinuierlichen Beschichtung. Das Kombinieren eines absichtlich ungleichmäßigen Beschichtungsschrittes mit einem Gleichmäßigkeitsverbesserungsschritt ermöglicht die Herstellung von kontinuierlichen Beschichtungen und insbesondere die Herstellung von dünnen, gleichmäßigen, kontinuierlichen Beschichtungen mit hoher Präzision und mit einfacher, kostengünstiger Ausrüstung. Die meisten bekannten Beschichtungsverfahren können in nicht-bevorzugten Betriebsmodi betrieben werden, um ungleichmäßige bahnabwärtige Beschichtungen aufbringen. Zum Beispiel kann eine Tiefdruckbeschichtungsvorrichtung so betrieben werden, dass sie absichtlich eine Beschichtung mit Tiefdruckmarken, Bandstreifen oder Riefen erzeugt. Außerdem erzeugen viele Tiefdruckbeschichtungsvorrichtungen diese Defekte ungewollt infolge von Konstruktions- oder Installationsfehlern. Alle diese Verfahren zum Herstellen einer ungleichmäßigen Beschichtung fallen in den Geltungsbereich dieser Erfindung. Das Aufbringen einer diskontinuierliche Gruppe aus quer zur Bahn verlaufenden Beschichtungsstreifen ist besonders bevorzugt. Die quer zur Bahn verlaufenden Beschichtungsstreifen brauchen nicht im rechten Winkel zur Bahnkante zu verlaufen. Sie können auch diagonal zum Bahnpfad verlaufen. Das periodische anfängliche Aufbringen von Flüssigkeit auf die Bahn ist bevorzugt, aber es ist nicht erforderlich. Die Streifen lassen sich problemlos aufbringen. Zum Beispiel kann ein einfacher Schlauch oder eine Anzahl von Schläuchen, die über die Bahnbreite hinweg periodisch vor und zurück bewegt werden, verwendet werden, um eine dosierte Beschichtungsmenge diskontinuierlich aufbringen. Dadurch entsteht eine sehr kostengünstige und leicht zu bauende Beschichtungsvorrichtung. Sie weist insofern eine Vordosierungsfähigkeit auf, als die endgültige Gesamtbeschichtungsdicke im Voraus berechnet und nach Bedarf variiert werden kann, indem die Streifenperiode oder die Streifenbreite oder die augenblickliche Strömungsrate zur Streifenauftragsvorrichtung dosiert wird. Das Dosieren oder sonstige Manipulieren der Streifenperiode oder der Streifenbreite bei gleichzeitigem Aufrechterhalten eines konstanten Masse- oder Volumenflusses zur Streifenauftragsvorrichtung ist besonders nützlich. Dies gestattet vorteilhafterweise das Variieren und Steuern der Beschichtungsdicke mittels einfacher, kostengünstiger Ausrüstung und vermeidet die Notwendigkeit, Dosierpumpen oder sonstige teure Ausrüstung zum Steuern oder Variieren der Flüssigkeitsströmungsrate verwenden zu müssen.
Beschichtungsflüssigkeiten können in einer Vielfalt von anderen ungleichmäßigen Mustern als in Streifenform und durch Verwenden von Verfahren aufgetragen werden, bei denen es zu einem Kontakt zwischen der Auftragsvorrichtung und der zu beschichtenden Oberfläche kommen kann, aber nicht muss. Zum Beispiel kann eine oszillierende Nadelauftragsvorrichtung, wie sie zum Beispiel im Zusammenhang mit 12 oben beschrieben wurde, die zu beschichtende Oberfläche berühren, muss es aber nicht. Eine Walzenbeschichtungsvorrichtung (beispielsweise eine Tiefdruckwalze) kann wiederholt in Kontakt mit einem sich bewegenden Trägermaterial gebracht und wieder aus diesem Kontakt herausbewegt werden. Mittels eines geeigneten berührungsfreien Sprühkopfes oder einer anderen geeigneten tröpfchenerzeugenden Vorrichtung kann ein Tröpfchenmuster auf das Trägermaterial aufgesprüht werden. Auf solche tröpfchenerzeugenden Vorrichtungen wird ein wenig näher eingegangen.
Wenn eine feste Strömungsrate zu einer tröpfchenerzeugenden Vorrichtung aufrecht erhalten wird, die Translationsgeschwindigkeit des Trägermaterials konstant ist und die meisten der Tröpfchen auf dem Trägermaterial landen, dann ist die durchschnittliche Ablagerung von Flüssigkeit nahezu gleichmäßig. Weil sich aber die Flüssigkeit in der Regel in nicht perfekt beabstandeten Tröpfchen absetzt, gibt es örtliche Variationen der Beschichtungsdicke. Wenn die Tröpfchenablagerungshäufigkeit gering oder die Tröpfchengröße klein ist, so kann es passieren, dass es zu keinem Kontakt mit den Tröpfchen kommt, so dass unbeschichtete Zwischenräume entstehen. Mitunter breiten sich diese weit auseinanderliegenden Tröpfchen spontan aus und fließen zu einer kontinuierlichen Beschichtung zusammen, aber das kann lange dauern oder in einer Weise geschehen, die zu einer ungleichmäßigen Beschichtung führt. Die Verwendung von exakt gleichmäßigen oder im Wesentlichen gleichmäßigen Berührungswalzenperioden eignet sich besonders zum Verbessern von dünnen Beschichtungen, die aus weit auseinanderliegenden Tröpfchen bestehen, oder von dünnen aufgesprühten Beschichtungen. Wenn die Tröpfchen in solchen Beschichtungen einander nicht überlappen, so ist die Gesamtlänge aller benetzten Berührungslinien um alle einzelnen Tröpfchen herum sehr groß. Die Aktion des Berührens der mit Tröpfchen bedeckten Trägermaterialoberfläche mit einer Walze eignet sich hervorragend zum Beschleunigen der Tröpfchenausbreitung. Die resultierende Verbesserung der Rate der Tröpfchenausbreitung und -benetzung ist unabhängig von der Rotationsperiode der Walzen und wird in erster Linie durch die Gesamtlänge der vorhandenen Benetzungslinie beeinflusst. Im Gegensatz zu Beschichtungen, die mittels einer Streifenbeschichtungsvorrichtung aufgetragen wurden, ist die Benetzungslinie je Flächeneinheit bei einer Beschichtung, die in Form von weit auseinanderliegenden Tröpfchen aufgetragen wurde, um Größenordnungen länger. Wenn beispielsweise Tröpfchen auf einer einen Meter breiten Bahn in quadratischen, weit auseinanderliegenden Anordnungen mit einem Abstand von einem Millimeter und einer Benetzung von 10 Prozent der Bahnoberfläche abgeschieden werden, dann haben die Tröpfchen insgesamt eine Umfangslänge (eine kumulative Länge der Benetzungslinie) von 1.120 Metern je Quadratmeter Bahnoberfläche. Wenn sich der prozentuale Anteil der Benetzung 100 % nähert, so nähert sich die Länge der Benetzungslinie 4 Millionen Metern je Quadratmeter Bahnoberfläche. Wenn ein einzelner Streifen mit 10 Prozent Benetzung parallel zu zwei der Ränder eines 1 Quadratmeter messenden Bahnabschnitts aufgetragen wird, so beträgt die Gesamtlänge der Benetzungslinie 2 Meter. Wenn sich der prozentuale Anteil der Benetzung durch den Streifen 100 % nähert, so bleibt die Länge der Benetzungslinie immer noch bei 2 Metern. Die Verwendung einer Walze zur Verbesserung der Ausbreitungsrate kann also für Tröpfchen weitaus wichtiger sein als für Streifen. Die Verbesserung der Ausbreitung durch Translation der Benetzungslinie ergibt einen zweiten Mechanismus der Gleichmäßigkeitsverbesserung, zusätzlich zu dem oben bereits beschriebenen Aufnahme-und-Platzierungs-Flüssigkeitstrennungs- und -wiederauftragsmechanismus. Dieser Benetzungslinienausbreitungsmechanismus ist nicht in erster Linie von der Walzengröße oder der Größeneinheitlichkeit abhängig. Vielmehr hängt er in erster Linie vom Vorhandensein von Berührungsvorrichtungen ab. Wenn die Sprühauftragsrate groß genug ist, um eine kontinuierliche Beschichtung zu erzeugen, so verursacht die statistische Eigenart des Sprühens Unregelmäßigkeiten in der Beschichtungsdicke. Auch hier kann die Verwendung von Walzen oder anderer ausgewählter periodischer Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen die Beschichtungsgleichmäßigkeit verbessern.
Dementsprechend kann eine Verbesserungsstation gemäß der vorliegenden Erfindung vorteilhaft für eine ungleichmäßige Beschichtung, beispielsweise eine Beschichtung aus Streifen oder Tröpfchen, eingesetzt werden. Die Verbesserungsstation kann die ungleichmäßige Beschichtung in eine kontinuierliche Beschichtung umwandeln oder die Gleichmäßigkeit der Beschichtung verbessern oder die Zeit und die Maschinenlänge verkürzen, die benötigt wird, um die Ausbreitung und insbesondere die Tröpfchenausbreitung zu bewerkstelligen. Die Aktion des Berührens diskontinuierlicher Tröpfchen mit Walzen oder anderen ausgewählten periodischen Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen, das Abtragen eines Teils der Tröpfchenflüssigkeit, um diesen abgetragenen Teil anschließend wieder an einer anderen Stelle auf das Trägermaterial zurückzulegen, erhöht die Oberflächenbenetzung auf dem Trägermaterial, verringert die Distanz zwischen beschichteten Stellen und erhöht die Tröpfchenpopulationsdichte. Die Berührungsaktion erzeugt außerdem Druckkräfte auf die Tröpfchen und das Trägermaterial, wodurch die Rate der Tröpfchenausbreitung beschleunigt wird. Die Berührung in dem Bereich um ein Tröpfchen herum und bei einem Tröpfchen kann eine hohen Flüssigkeitsgrenzflächenkrümmung bei oder nahe der Ausbreitungslinie erzeugen und dadurch die Rate der Tröpfchenausbreitung erhöhen. Somit ermöglicht die Verwendung von ausgewählten periodischen Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen eine rasche Ausbreitung von auf ein Trägermaterial aufgetragenen Tröpfchen und verbessert die Gleichmäßigkeit der endgültigen Beschichtung.
Das Aufsprühen kann mittels vieler verschiedener Arten von Vorrichtungen bewerkstelligt werden. Als Beispiele seien Punktquellendüsen wie beispielsweise luftlose, elektrostatische, Drehscheiben- und Druckluftsprühdüsen genannt. Linienquellenzerstäubungsvorrichtungen sind ebenfalls bekannt und brauchbar. Die Tröpfchengröße kann von sehr groß (beispielsweise mehr als 1 Millimeter) bis sehr klein reichen. Die Düse oder die Düsen können vor und zurück über das Trägermaterial oszilliert werden, zum Beispiel in einer Weise ähnlich der oben beschriebenen Nadelauftragsvorrichtung. Besonders bevorzugte Tröpfchenauftragsvorrichtungen sind in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung 2004/01 85 180 A1 mit dem Titel "Electrostatic Spray Coating Apparatus And Method" und im US-Patent Nr. 6,579,574 mit dem Titel "Variable Electrostatic Spray Coating Apparatus And Method" beschrieben.
Die nutzbringende Anwendung der periodischen Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen der vorliegenden Erfindung kann für jede konkrete Anwendung experimentell getestet oder simuliert werden. Es können viele Kriterien angelegt werden, um die Verbesserung der Beschichtungsgleichmäßigkeit zu messen. Als Beispiele seien genannt: Dickenstandardabweichung, Quotient aus Mindestdicke (oder Maximaldicke) und durchschnittlicher Dicke, Bereich (definiert als die maximale Dicke abzüglich der Mindestdicke im zeitlichen Verlauf an einem festen Beobachtungspunkt) und Verringerung des flächenmäßigen Lückenanteils. Zum Beispiel sind mittels der vorliegenden Erfindung Bereichsverkleinerungen von mehr als 75 %, mehr als 80 %, mehr als 85 % oder sogar mehr als 90 % möglich. Bei diskontinuierlichen Beschichtungen (oder anders ausgedrückt: Beschichtungen, die zu Beginn Lücken aufweisen) ermöglicht die Erfindung Verringerungen des Gesamtflächenanteils der Lücken von mehr als 50 %, mehr als 75 %, mehr als 90 % oder sogar mehr als 99 %. Die Anwendung dieses Verfahrens kann lückenlose Beschichtungen erbringen. Der Fachmann erkennt, dass der gewünschte Verbesserungsgrad der Beschichtungsgleichmäßigkeit von vielen Faktoren abhängt, beispielsweise von der Art von Beschichtung, der Beschichtungsausrüstung und den Beschichtungsbedingungen und der vorgesehenen Verwendung des beschichteten Trägermaterials.
Durch die Verwendung der Erfindung können zu 100 % aus Feststoffen bestehende Beschichtungszusammensetzungen in lückenlose oder im Wesentlichen lückenlose ausgehärtete Beschichtungen mit sehr niedrigen durchschnittlichen Dicken umgewandelt werden. Zum Beispiel lassen sich Beschichtungen mit Dicken von weniger als 5 Mikrometern, von weniger als 1 Mikrometer, von weniger als 0,5 Mikrometern oder sogar von weniger als 0,1 Mikrometer problemlos herstellen. Beschichtungen mit Dicken von mehr als 5 Mikrometern können ebenfalls hergestellt werden. In solchen Fällen kann es nützlich sein, die Oberflächen von einer oder mehreren (oder sogar allen) Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen zu nuten, zu rändeln, zu ätzen oder anderweitig zu texturieren, so dass sie der größer gewordenen Nassbeschichtungsdicke gewachsen sind.
wie oben besprochenen, beinhaltet ein Aspekt der Erfindung, dass zuerst Streifen aufgebracht werden, die mit Lücken durchsetzt sind, und dann Walzen zu verwenden, um die aufgetragene Flüssigkeit aufzunehmen und abzulegen, um so eine kontinuierliche Beschichtung hervorzubringen. Diese Streifen können sich von einem Rand zum anderen Rand einer kontinuierliche Bahn erstrecken, oder sie können sich auch nur über eine oder mehrere einer Anzahl von bahnabwärtigen Spuren erstrecken. Ein weiteres Verständnis dieses Aspekts der Erfindung und der Art und Weise, in der die Streifenperioden und die Walzendurchmesser ausgewählt werden können, lässt sich aus der Betrachtung von 14a gewinnen. 14a ist ein Verbesserungsschaubild in Form einer linearen, kontinuierlichen Grauskala-Grafik, die mit Hilfe umfassender Computermodellierung einer sehr großen Anzahl von Betriebsmodi für ein System, das mit 20 Walzen arbeitet, hergestellt wurde. Das Verbesserungsschaubild in 14a ist um eine Linie herum symmetrisch, die bei X = 0,5 gezogen ist.
Um die Auflösung des Verbesserungsschaubildes zu verbessern, ist in 14a nur die Region entlang der X-Achse von X = 0,5 bis X = 1,0 gezeigt, wobei es sich versteht, dass die Region von X = 0 bis X = 0,5 ein Spiegelbild der in 14a gezeigten Region ist. Das Verbesserungsschaubild veranschaulicht den Einfluss, den die aufgetragene Streifenbreite und der Walzendurchmesser auf die Beschichtungskontinuität und die Dickengleichmäßigkeit haben. Die Beschichtungen werden anfangs mit absichtlich ungleichmäßiger Dicke durch Aufbringen periodischer, quer zur Bahn verlaufender Streifen auf eine bahnabwärtige Spur auf einem Trägermaterial ausgebildet. Die resultierenden ungleichmäßigen Beschichtungen enthalten sich wiederholende Variationen, einschließlich Lücken. Die Beschichtungen werden in eine mit 20 Walzen arbeitende Verbesserungsstation eingeführt, in der alle Walzen den gleichen Durchmesser und die gleiche Periode haben. Die Beschichtungsdicken einzelner Bahnlängenelemente können durch Dividieren durch die durchschnittliche lückenlose Beschichtungsdicke normalisiert werden. Die Qualität der Beschichtungsgleichmäßigkeit, welche die Verbesserungsstation verlässt, kann beurteilt werden, indem man sich die Mindestdicke notiert, die für einen repräsentativen Längenabschnitt der Bahn festgestellt wurde, und dieses Minimum durch die durchschnittliche Dicke teilt. Diese Beurteilung stellt einen Gleichmäßigkeitsparameter dar, der als "dimensionslose Mindestdicke" bezeichnet wird. Durch Verwendung dieses Gleichmäßigkeitsparameters wird die Beschichtung gleichmäßiger, da die dimensionslose Mindestdicke sich 1 annähert. Eine dimensionslose Mindestdicke von 0 zeigt an, dass es eine oder mehrere vollständige Lücken in der Beschichtung gibt. Die dimensionslose Mindestdicke, die in 14a aufgetragen ist, ist das Minimum, das aus einem Betrieb im stabilen Zustand hervorgeht. Die kontinuierliche Grauskalenschattierung in 14a zeigt die dimensionslosen Mindestdickenwerte an. Die weißen Regionen in 14a stellen Regionen von nahezu perfekter Gleichmäßigkeit mit einer hohen dimensionslosen Mindestdicke von mehr als 0,9999 dar. Die schwarzen Regionen stellen eine lückenhafte Beschichtung mit einer dimensionslosen Mindestdicke von null dar. Die hellgrauen und grauen Regionen stellen eine intermediäre dimensionslose Mindestdicke dar. Die X- und Y-Achsen sind die dimensionslose Walzengröße und die dimensionslose Streifenbreite. Die dimensionslose Walzengröße ist die Zeitperiode der Walzenrotation, geteilt durch die Periode der hineingetragenen Ungleichmäßigkeit. Wenn die Größe einer Walze nicht variiert und ihre Oberflächengeschwindigkeit gleich der Bahngeschwindigkeit ist, dann entspricht die dimensionslose Walzengröße dem Walzenumfang, geteilt durch die Wellenlänge der Ungleichmäßigkeit, wobei die Wellenlänge die Länge zwischen aufeinanderfolgenden Beschichtungsstreifen ist. Die Wellenlänge wurde als konstant angenommen. Die dimensionslose Streifenbreite ist die Streifenbreite in Maschinenrichtung, geteilt durch die Wellenlänge der Ungleichmäßigkeit, oder die Zeit, die der Streifen braucht, um sich an einem Beobachter vorbeizubewegen, geteilt durch die Periode der Ungleichmäßigkeit. Es ist möglich, sehr dicke Streifen einer Beschichtung aufzubringen. Diese verteilen sich oft nach dem ersten Durchlauf durch eine Quetschstelle in breitere Streifen. Die Streifenbreite für 14a ist definiert als die Breite unmittelbar nach dem Durchlauf durch die erste Quetschstelle entlang des Pfades. Wie oben angemerkt, sind die in 14a gezeigten Ergebnisse um eine vertikale Linie herum symmetrisch, die durch X = 0,5 verläuft. Somit ist zum Beispiel die dimensionslose Mindestdicke, die für eine Streifenbreite und eine Walzengröße von 0,1 erreicht wird, identisch mit der, die bei der gleichen Streifenbreite und einer Walzengröße von 0,9 erhalten wird. Außerdem sind die Ergebnisse für ganzzahlige Inkremente der Walzengröße identisch. Zum Beispiel erbringt eine dimensionslose Walzengröße von 0,3456 identische Ergebnisse bei einem stabilen Zustand wie im Fall der Größen 1,3456, 2,3456, 3,3456 und so weiter.
Jeder Punkt auf dem Verbesserungsschaubild in 14a stellt die dimensionslose Mindestdicke dar, die durch den Betrieb der Verbesserungsstation für eine bestimmte Kombination aus dimensionsloser Walzengröße und dimensionsloser Streifenbreite erhalten wird. Bei einigen Auswahlen einer dimensionslosen Walzengröße und Streifenbreite wird die Beschichtung nicht kontinuierlich sein, was zu einer Mindestdicke von null führt. Diese sind als schwarze Regionen gezeigt, wie beispielsweise 261 in 14a. Einige Auswahlen einer dimensionslosen Walzengröße und Streifenbreite erbringen kontinuierliche, hochwertige Beschichtungen. Diese sind in 14a als weiße Regionen, wie beispielsweise 262a, und graue Regionen, wie beispielsweise 263a, gezeigt.
14b präsentiert die Informationen von 14a als eine Grauskalen-Umrissdarstellung mit fünf diskreten Graustufen im Bereich von Schwarze bis Weiß. Jeder Grauskalenwert stellt einen Bereich dimensionsloser Mindestdicken dar. Die schwarzen Regionen oder Inseln in 14b zeigen an, dass die Mindestdicke von 0,0 bis 0,3 reicht. Indem man sich als entscheidet, mit Walzenperioden- und Streifenbreitenkombinationen zu arbeiten, die in eine dieser schwarzen Regionen oder Inseln fallen, erhält man Beschichtungen, deren Dicke im Bereich zwischen Lücken und einer kontinuierlichen Beschichtung mit einer Mindestdicke von weniger als 0,3 liegt. Der dunkelste Grauwert zeigt an, dass die Mindestdicke zwischen 0,3 und 0,6 liegt. Der mittlere Grauwert zeigt an, dass die Mindestdicke zwischen 0,6 und 0,8 liegt. Der hellste Grauwert zeigt an, dass die Mindestdicke zwischen 0,8 und 0,9 liegt. Die weißen Regionen und Inseln zeigen an, dass die Mindestdicke zwischen 0,9 und 1,0 liegt. Die Verwendung einer diskret abgestuften Grauskala in 14b macht es leichter, die weißen Regionen zu sehen, wie beispielsweise Region 262a von 14a (in 14b als Region 262b gezeigt), und die grauen Regionen zu sehen, wie beispielsweise Region 263a von 14a (in 14b als Region 263b gezeigt). In einigen Fällen (beispielsweise Region 263b in 14b) erscheint die Region als eine Insel, die durch eine Region von höherer oder geringerer Dickengleichmäßigkeit umgrenzt ist. Die dunkelgrauen und alle helleren Schattierungen von grauen und weißen Regionen und Inseln in 14b bezeichnen Kombinationen (Betriebsbedingungen) von Walzenperioden und Streifenbreiten, die kontinuierliche lückenlose Beschichtungen erbringen. Dem Fachmann ist klar, dass diese Regionen und Inseln in Spiegelbildregionen und -inseln des Verbesserungsschaubildes widergespiegelt werden, die in 14b nicht gezeigt sind. Die mittelgrauen und alle helleren Schattierungen von grauen und weißen Regionen und Inseln in 14b und ihr Spiegelbild (um die Achse X = 0,5 herum) sind bevorzugte Betriebsbedingungen. Die hellgrauen und weißen Regionen und Inseln in 14b und ihr Spiegelbild sind besonders bevorzugte Betriebsbedingungen, und die weißen Regionen und Inseln in 14b und ihr Spiegelbild sind die ganz besonders bevorzugten Betriebsbedingungen.
Unter Verwendung von 14a oder 14b als Richtschnur kann man in Kombination eine Streifenbreite für die Beschichtungsvorrichtung und einen Durchmesser für die Walzen von gleichmäßiger Größe auswählen, um effizient eine kontinuierliche Beschichtung zu erzeugen. Die Simulationen zeigen praktisch, dass die folgende Verfahrensweise zu Auswahlen führt, die zu den bestmöglichen Entscheidungen zählen. Die einfachste Herangehensweise an die Auswahl geeigneter Kombinationen ist, dimensionslose Walzenperioden R und Streifenperioden S auszuwählen, die als ein Bruch R/S ausgedrückt werden können, wobei R und S ganze Zahlen zwischen 1 und 21 sind, die voneinander verschieden sind, und wobei R kleiner ist als S. Zum Beispiel bedeutet ein Bruch R/S von 1/9, dass die Streifenperiode exakt neunmal größer ist als die Walzenperiode. Größen, die durch ((N·S)+R)/S ausgedrückt werden, wobei N eine geringwertige ganze Zahl ist, haben Gleichmäßigkeitswerte ähnliche denen der R/S-Bruchgröße. Walzen, die anhand dieser Formeln ausgewählt werden, werden vorzugsweise verwendet, um Beschichtungen zu verbessern, deren Streifenbreite, geteilt durch die Streifenperiode, gleich – oder geringfügig größer als – 1/S' ist, wobei S' der Nenner des Bruches ist, der durch Reduzieren von R/S auf seine niedrigste Standardform R'/S' erhalten wird. Wenn zum Beispiel R/S = 4/18, dann ist R'/S' = 2/9 und 1/S' = 1/9. Der Wert 1/S' ist die "dimensionslosen Mindeststreifenbreite". Somit können besonders bevorzugte Kombinationen problemlos erhalten werden, wenn die Wellenlänge der Periode der Ungleichmäßigkeit bekannt ist und entweder die Walzengröße oder die Streifenbreite variiert werden können.
14a und 14b veranschaulichen außerdem, dass diese dimensionslosen fraktionalen Walzengrößen vermieden werden sollten, wenn die Streifenbreite nicht sorgfältig ausgewählt wird. Zum Beispiel sollten die schwarzen, spitzenförmig konturierten Regionen von 14a, wie beispielsweise die Regionen 264, 265, 266, 267 und 268, die von der x-Achse zwischen 0,6666 und 0,8 ausgehen (was Walzengrößen entspricht, die als die Brüche 2/3, 5/7, ¾, 7/9 und 4/5 ausgedrückt sind), vermieden werden. Die entsprechenden Spitzen zwischen 0 und 0,5 sind 1/5, 2/9, ¼, 2/7 und 1/3 (in 14a nicht gezeigt). Auch die Regionen bei 0/1 (R/S = 0,0; in 14a nicht gezeigt) und 1/1 (R/S = 1,0) sind sehr ungünstige Regionen für alle Streifenbreiten von weniger als 1. Betriebsregionen wie beispielsweise die weiße Region 262a in 14a (oder 262b in 14b) und die hellgraue Region 263a in 14a (oder 263b in 14b) erscheinen bei und über den höchsten Punkten der dunklen Spitzen. Ein knappes Überschreiten der dimensionslosen Mindeststreifenbreite um einen beliebigen Betrag führt zu einer kontinuierlichen lückenlosen Beschichtung. Das allein garantiert aber keine gute Gleichmäßigkeit. Eine gute Gleichmäßigkeit erhält man durch strengere Auswahlen der Streifenbreite in Kombination mit der Walzenperiode. Jedoch wird durch 14a und 14b verdeutlicht, dass das Arbeiten mit einer Streifenbreite unter der dimensionslosen Mindeststreifenbreite eine schlechte Wahl ist, die aller Wahrscheinlichkeit nach zu Lücken in der Beschichtung führt. Wenn es eine Variation in der Streifenperiode oder -breite oberhalb von plus oder minus 10 Prozent gibt, so kann das Arbeiten unterhalb der dimensionslosen Mindeststreifenbreite zu wünschenswerten Ergebnissen führen. In die Regel erbringt unter solchen Bedingungen das Arbeiten mit dimensionslosen Streifenbreitenwerten über 0,85 mal der dimensionslosen Mindeststreifenbreite eine bessere Gleichmäßigkeit als das Arbeiten mit Werten unterhalb 0,75 mal der dimensionslosen Mindeststreifenbreite, obgleich man mit beiden lückenlose Beschichtungen erreichen kann. Streifenbreiten von weniger als 0,5 mal der dimensionslosen Mindeststreifenbreite erbringen allgemein keine lückenlosen Beschichtungen. Streifenbreiten im Bereich von 1,01 bis 1,1 mal der dimensionslosen Mindeststreifenbreite sind bevorzugt, wenn sie in Kombination mit fraktionalen Walzengrößen verwendet werden.
14c ist ein Verbesserungsschaubild in Form einer linearen kontinuierlichen Grauskala-Darstellung, welche die bevorzugten und besonders bevorzugten Walzengrößen als Funktion der Streifenbreite für ein System zeigt, das mit einer einzelnen Walze arbeitet. Wie bei dem Verbesserungsschaubild, das in 14a und 14b gezeigt ist, ist das Verbesserungsschaubild in 14c um eine Linie herum symmetrisch, die bei X = 0,5 gezogen ist, so dass in 14c nur die Region von X = 0,5 bis X = 1,0 gezeigt ist. Die weißen Regionen in 14c und ihr Spiegelbild stellen die bestmögliche Gleichmäßigkeit mit einer dimensionslosen Mindestdicke von mehr als in der Nähe von 0,569 dar. Die schwarzen Regionen stellen eine lückenhafte Beschichtung mit einer dimensionslosen Mindestdicke von null dar. Die hellgrauen Regionen, wie beispielsweise Region 269c, und die weißen Regionen, wie beispielsweise 270c in 14c, und ihr Spiegelbild kennzeichnen besonders bevorzugte Walzengrößen und Streifenbreiten. Diese Regionen erbringen kontinuierliche Beschichtungen mit einer dimensionslosen Mindestdicke von mehr als 0,3 bzw. von mehr als 0,6. 14d präsentiert die Informationen von 14c als eine Grauskala-Umrissdarstellung mit fünf diskreten Graustufen im Bereich von Schwarz bis Weiß. Die schwarzen Regionen oder Inseln in 14d bezeichnen Mindestdicken im Bereich von 0,0 bis 0,01. Entscheidet man sich, mit Walzenperioden- und Streifenbreitenkombinationen zu arbeiten, die in eine dieser Regionen oder Inseln fallen, so führt dies zu Beschichtungen, deren Dicke von Lücken bis zu einer kontinuierlichen Beschichtung mit einer Mindestdicke von weniger als 0,01 reicht. Der dunkelste Grauwert in 14d zeigt an, dass die Mindestdicke zwischen 0,01 und 0,1 liegt. Der mittlere Grauwert zeigt an, dass die Mindestdicke zwischen 0,1 und 0,3 liegt. Der hellste Grauwert zeigt an, dass die Mindestdicke zwischen 0,3 und 0,6 liegt. Die weißen Regionen und Inseln in 14d zeigen an, dass die Mindestdicke zwischen 0,6 und 0,7 liegt. Die grauen Regionen und Inseln, wie beispielsweise die Region 269d in 14d, und ihr Spiegelbild kennzeichnen bevorzugte Betriebsbedingungen, und die weißen Inseln, wie beispielsweise die Insel 270d in 14d, und ihr Spiegelbild kennzeichnen die ganz besonders bevorzugten Betriebsbedingungen.
14e ist ein Verbesserungsschaubild in Form einer linearen, kontinuierlichen Grauskala-Darstellung, die bevorzugte und besonders bevorzugte Walzengrößen als Funktion der Streifenbreite für ein System aufzeigt, das mit zwei Walzen arbeitet. Wie bei den Verbesserungsschaubildern, die in 14a bis 14d gezeigt sind, ist das Verbesserungsschaubild in 14e um eine Linie herum symmetrisch, die bei X = 0,5 gezogen ist, so dass nur die Region von X = 0,5 bis X = 1,0 ist in 14e gezeigt. Die weißen Inseln, wie beispielsweise die Insel 271e in 14e, und ihr Spiegelbild stellen die bestmögliche Gleichmäßigkeit für eine Zweiwalzensystem mit einer dimensionslosen Mindestdicke zwischen 0,8 und 0,847 dar. Die schwarzen Regionen stellen eine lückenhafte Beschichtung mit einer dimensionslosen Mindestdicke von null dar. Die hellgraueren Regionen, wie beispielsweise die Region 272e, erbringt kontinuierliche Beschichtungen mit einer dimensionslosen Mindestdicke zwischen 0,6 und 0,8. 14f präsentiert die Informationen von 14e als eine Grauskala-Umrissdarstellung mit fünf diskreten Graustufen im Bereich von Schwarz bis Weiß. Die schwarzen Regionen von 14f stellen eine lückenhafte Beschichtung mit einer dimensionslosen Mindestdicke zwischen null und 0,1 dar. Der dunkelste Grauwert zeigt an, dass die Mindestdicke zwischen 0,1 und 0,3 liegt. Die Regionen oder Inseln mit mittleren Grauwerten zeigen an, dass die Mindestdicke zwischen 0,3 und 0,6 liegt, und zeigen bevorzugte Betriebsbedingungen. Die Regionen oder Inseln mit hellen Grauwerten, wie beispielsweise die Region 272f in 14f, und ihr Spiegelbild zeigen an, dass die Mindestdicke zwischen 0,6 und 0,8 liegt, und zeigen besonders bevorzugte Betriebsbedingungen. Die weißen Inseln, wie beispielsweise die Insel 271f in 14f, und ihr Spiegelbild zeigen an, dass die Mindestdicke zwischen 0,8 und 0,847 liegt, und zeigen die ganz besonders bevorzugten Betriebsbedingungen.
14g ist ein Verbesserungsschaubild in Form einer linearen, kontinuierlichen Grauskala-Darstellung, die bevorzugte und besonders bevorzugte Walzengrößen als Funktion der Streifenbreite für ein System aufzeigt, das mit drei Walzen arbeitet. Wie bei den Verbesserungsschaubildern, die in 14a bis 14f gezeigt sind, ist das Verbesserungsschaubild in 14g um eine Linie herum symmetrisch, die bei X = 0,5 gezogen ist, so dass nur die Region von X = 0,5 bis X = 1, 0 in 14g gezeigt ist. Die schwarzen Regionen in 14g stellen eine lückenhafte Beschichtung dar, deren dimensionslose Mindestdicke im Bereich zwischen Lücken und 0,3 liegt. Die hellgraueren Regionen, wie beispielsweise die Region 273g, haben dimensionslose Mindestdicken zwischen 0,8 und 0,9. Die weißeren Regionen, wie beispielsweise die Region 274g, haben dimensionslose Mindestdicken zwischen 0,9 und 0,913. 14h präsentiert die Informationen von 14g als eine Grauskala-Umrissdarstellung mit fünf diskreten Graustufen im Bereich von Schwarz bis Weiß. Die schwarzen Regionen von 14h stellen eine lückenhafte Beschichtung mit einer dimensionslosen Mindestdicke zwischen null und 0,3 dar. Die dunkelgrauen Regionen oder Inseln in 14h haben eine dimensionslose Mindestdicke zwischen 0,3 und 0,6. Die Regionen und Inseln mit mittleren Grauwerten in 14h haben eine dimensionslose Mindestdicke zwischen 0,6 und 0,8 und sind bevorzugte Betriebsbedingungen. Die Regionen und Inseln mit helleren Grauwerten, wie beispielsweise die Region 273h in 14h, und ihr Spiegelbild haben eine dimensionslose Mindestdicke zwischen 0,8 und 0,9 und sind besonders bevorzugte Betriebsbedingungen. Die weißen Inseln, wie beispielsweise die Insel 274h in 14h, und ihr Spiegelbild haben eine dimensionslose Mindestdicke zwischen 0,9 und 0,913 und sind die ganz besonders bevorzugten Betriebsbedingungen.
14i ist ein Verbesserungsschaubild in Form einer linearen, kontinuierlichen Grauskala-Darstellung, die bevorzugte und besonders bevorzugte Walzengrößen als Funktion der Streifenbreite für ein System aufzeigt, das mit vier Walzen arbeitet. Wie bei den Verbesserungsschaubildern, die in 14a bis 14h gezeigt sind, ist das Verbesserungsschaubild in 14i um eine Linie herum symmetrisch, die bei X = 0,5 gezogen ist, so dass in 14i nur die Region von X = 0,5 bis X = 1,0 gezeigt ist. 14i zeigt die hellgraueren Regionen, wie beispielsweise die Region 275i, und die weißeren Regionen, wie beispielsweise die Region 276i, für ein Vierwalzensystem, das kontinuierliche Beschichtungen mit einer dimensionslosen Mindestdicke von mehr als 0,8 bzw. 0,9 erbringt. 14j präsentiert die Informationen von 14i als eine Grauskala-Umrissdarstellung mit fünf diskreten Graustufen im Bereich von Schwarz bis Weiß. Die schwarzen Regionen von 14j stellen eine lückenhafte Beschichtung mit einer dimensionslosen Mindestdicke zwischen null und 0,3 dar. Die Regionen und Inseln mit dunklen Grauwerten in 14j haben eine dimensionslose Mindestdicke zwischen 0,3 und 0,6. Die Regionen oder Inseln mit mittleren Grauwerten in 14j und ihr Spiegelbild haben eine dimensionslose Mindestdicke zwischen 0,6 und 0,8 und sind bevorzugte Betriebsbedingungen. Die Regionen oder Inseln mit hellen Grauwerten, wie beispielsweise 275j in 14j, und ihr Spiegelbild haben eine dimensionslose Mindestdicke zwischen 0,8 und 0,9 und sind besonders bevorzugte Betriebsbedingungen. Die weißen Regionen oder Inseln, wie beispielsweise die Insel 276j in 14j, und ihr Spiegelbild haben eine dimensionslose Mindestdicke zwischen 0,9 und 0,944 und sind die ganz besonders bevorzugten Betriebsbedingungen.
14k ist ein Verbesserungsschaubild in Form einer linearen, kontinuierlichen Grauskala-Darstellung, die bevorzugte und besonders bevorzugte Walzengrößen als Funktion der Streifenbreite für ein System aufzeigt, das mit fünf Walzen arbeitet. Wie bei den Verbesserungsschaubildern, die in 14a bis 14j gezeigt sind, ist das Verbesserungsschaubild in 14k um eine Linie herum symmetrisch, die bei X = 0,5 gezogen ist, so dass in 14k nur die Region von X = 0,5 bis X = 1,0 gezeigt ist. 14k zeigt die hellgraueren Regionen, wie beispielsweise die Region 277k, und die weißeren Regionen, wie beispielsweise die Region 278k, für ein Fünfwalzensystem, das kontinuierliche Beschichtungen mit einer dimensionslosen Mindestdicke von mehr als 0,8 bzw. 0,9 erbringt. 14l präsentiert die Informationen von 14k als eine Grauskala-Umrissdarstellung mit fünf diskreten Graustufen im Bereich von Schwarz bis Weiß. Die schwarzen Regionen von 14l stellen eine lückenhafte Beschichtung mit einer dimensionslosen Mindestdicke zwischen null und 0,3 dar. Die Regionen oder Inseln mit den dunklen Grauwerten in 14l haben eine dimensionslose Mindestdicke zwischen 0,3 und 0,6. Die Regionen oder Inseln mit mittleren Grauwerten in 14l haben eine dimensionslose Mindestdicke zwischen 0,6 und 0,8 und sind bevorzugte Betriebsbedingungen. Die Inseln oder Regionen mit den hellen Grauwerten, wie beispielsweise die Insel 277l, haben eine dimensionslose Mindestdicke zwischen 0,8 und 0,9 und sind besonders bevorzugte Betriebsbedingungen. Die weißen Regionen oder Inseln, wie beispielsweise die Insel 278l, haben eine dimensionslose Mindestdicke zwischen 0,9 und 0,962 und sind die ganz besonders bevorzugten Betriebsbedingungen.
14m ist ein Verbesserungsschaubild in Form einer linearen, kontinuierlichen Grauskala-Darstellung, die bevorzugte und besonders bevorzugte Walzengrößen als Funktion der Streifenbreite für ein System aufzeigt, das mit zehn Walzen arbeitet. Wie bei den Verbesserungsschaubildern, die in 14a bis 14l gezeigt sind, ist das Verbesserungsschaubild in 14m um eine Linie herum symmetrisch, die bei X = 0,5 gezogen ist, so dass in 14m nur die Region von X = 0,5 bis X = 1,0 gezeigt ist. 14m zeigt die hellgraueren Regionen, wie beispielsweise die Region 279m, und die weißeren Regionen, wie beispielsweise die Region 280m, für ein Zehnwalzensystem, das kontinuierliche Beschichtungen mit einer dimensionslosen Mindestdicke von mehr als 0,9 bzw. 0,975 erbringt. 14n präsentiert die Informationen von 14m als eine Grauskala-Umrissdarstellung mit fünf diskreten Graustufen im Bereich von Schwarz bis Weiß. Die schwarzen Regionen von 14n stellen eine lückenhafte Beschichtung mit einer dimensionslosen Mindestdicke zwischen null und 0,3 dar. Die Regionen oder Inseln mit den dunklen Grauwerten in 14n haben eine dimensionslose Mindestdicke zwischen 0,3 und 0,6. Die Regionen oder Inseln mit mittleren Grauwerten in 14n haben eine dimensionslose Mindestdicke zwischen 0,6 und 0,8 und sind bevorzugte Betriebsbedingungen. Die Inseln oder Regionen mit den hellen Grauwerten, wie beispielsweise die Insel 279n, haben eine dimensionslose Mindestdicke zwischen 0,8 und 0,9 und sind besonders bevorzugte Betriebsbedingungen. Die weißen Regionen oder Inseln, wie beispielsweise die Insel 280n, haben eine dimensionslose Mindestdicke zwischen 0,9 und 0,994 und sind die ganz besonders bevorzugten Betriebsbedingungen.
Die obigen Besprechungen haben sich vor allem auf Fälle konzentriert, bei denen alle Perioden der Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen mit einer Präzision von 1 in etwa 10.000 exakt gleich waren. Simulationsexperimente zeigen, dass ein Verringern dieser Präzision die prognostizierten Ergebnisse im Allgemeinen in einer günstigen Weise beeinflusst. Es kann mitunter von Vorteil sein, nominal identische Walzen zu verwenden, die messbare Variationen in ihren Rotationsperioden aufweisen. Dies kann auf vielfältige Weise bewerkstelligt werden.
Im Labor oder im Werk haben alle mechanischen Teile ein gewisses Präzisionslimit. Bei allen sich drehenden Maschinen gibt es ein gewisses Limit für die Genauigkeit der augenblicklichen Drehzahl und der Perioden von aufeinanderfolgenden Umdrehungen. Die resultierenden Abweichungen von den Nenn- oder Sollwerten können einen sehr profunden Einfluss auf die tatsächlichen experimentellen Ergebnisse oder Modellsimulationen ausüben. Bei der Herstellung von Walzen stehen deren Kosten in einem direkten Verhältnis zur Fertigungspräzision. Preiswerte Metall- und Kunststoffwalzen in der Größenordnung von 25 Millimetern Durchmesser können eine schlechte Präzision von gerade einmal plus oder minus 0,1 Millimetern haben. Gummiwalzen können eine schlechte Präzision von gerade einmal plus oder minus 0,5 Millimetern haben. Verschleiß und raue Arbeitsbedingungen, denen diese Walzen bei fortwährender Verwendung ausgesetzt sind, können oft ihre Präzision weiter verschlechtern. Dieser Mangel an Präzision ist für das Verbessern der Beschichtungsgleichmäßigkeit mittels eines Strangs von Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen sogar von Nutzen.
Bei angetriebenen Walzen wird die Rotationsperiode einer Walze durch ihren Durchmesser und den Mechanismus, der für das Antreiben der Walze verwendet wird, beeinflusst. Die Bewegung einer Bahn an einer nicht-angetriebenen Walze vorbei kann die Walze drehen, wodurch ein Antriebsmotor überflüssig wird. Dies ist die kostengünstigste und einfachste mechanische Konfiguration. In solchen Fällen bestimmen Faktoren wie beispielsweise die Bahngeschwindigkeit, Reibungs- oder Traktionskräfte zwischen der Bahn und der Walze und Kräfte, welche die Rotation verzögern, wie beispielsweise Lagerreibung oder Bremswiderstände, die Drehzahl. Wenn der Wickelwinkel der Bahn an einer Walze gering ist, so kann es zu einem größeren Reibungsschlupf zwischen der Walze und der Bahn kommen (oder zu einem größeren Traktionsschlupf, wenn eine Flüssigkeit den Kontaktbereich füllt). Wenn die rotationalen Antriebskräfte durch die verzögernden Reibungskräfte nahezu ausgeglichen werden, dann beeinflussen Änderungen bei den Reibungskräften messbar die Drehgeschwindigkeit der Walze. Es kann zu Variationen bei der gemessenen Drehperiode oder bei der augenblicklichen Drehzahl kommen.
In die Regel haben Bemühungen, die Dickengleichmäßigkeit bei anderen Beschichtungsverfahren zu verbessern, sehr präzise Lager und eine sehr sorgfältige Steuerung der Geschwindigkeiten der Produktionsstrecke, der Walzendurchmesser und anderer Variablen erforderlich gemacht. Im Gegensatz dazu demonstriert die vorliegenden Erfindung, dass ein gewisser Grad an Ungenauigkeit bei den Durchmessern von Aufnahme-und-Platzierungswalzen nützlich sein kann. Allgemeiner ausgedrückt, kann eine Ungenauigkeit – aus welchem Grund auch immer – bei der Drehperiode einer Gruppe von Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen nützlich sein. Diese Variationen eignen sich zum Verbessern der Beschichtungsgleichmäßigkeit. Schon sehr kleine Variationen bei den Relativgeschwindigkeiten oder der Periodizität einer Gruppe von Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen oder zwischen einer oder mehrerer solcher Vorrichtungen und einem Trägermaterial sind zum Optimieren der Wirkung nützlich. Es können zufällige oder kontrollierte Variationen verwendet werden. Zum Beispiel kann es in einem Strang aus wenigstens 3 Walzen mit nominal gleichmäßigen Perioden wünschenswert sein, dass wenigstens 2 Walzen tatsächliche Variationen in ihren Perioden zwischen etwa 2 % und etwa 10 % aufweisen. Gleichermaßen kann es in einem Strang von wenigstens 5 Walzen mit nominal gleichmäßigen Perioden wünschenswert sein, dass wenigstens 2 Walzen tatsächliche Variationen in ihren Perioden zwischen etwa 0,1 % und etwa 10 % aufweisen. Eine Variation in den Perioden kann beispielsweise durch unabhängiges Antreiben der Walzen oder sonstigen Vorrichtungen mittels separater Motoren und Variieren der Motordrehzahlen bewerkstelligt werden. Der Fachmann erkennt, dass die Drehzahlen auch auf andere Weise variiert werden können, beispielsweise durch Verwendung von drehzahlvariablen Getrieben, Riemen-und-Scheibe- oder Zahnrad-und-Ketten-Systemen, wobei ein Scheiben- oder Kettenraddurchmesser geändert wird, Rutschkupplungen, Bremsen oder Walzen, die nicht direkt angetrieben sind, sondern statt dessen über Reibung durch Berührung mit einer weiteren Walze angetrieben werden. Es können periodische und nicht-periodische Variationen verwendet werden. Zu nicht-periodischen Variationen können intermittierende Variationen und Variationen auf der Basis einer linearen zeitbezogenen Anstiegsfunktion, Zufallsfolgen und weitere nicht-periodische Funktionen gehören. Alle diese Variationen sind augenscheinlich in der Lage, die Leistung einer Verbesserungsstation zu erhöhen, die eine feste Anzahl von Walzen enthält. Verbesserte Ergebnisse erhält man mit Variationen von gerade einmal 0,2 Prozent vom Durchschnitt, und besonders bevorzugt wenigstens 0,4 Prozent vom Durchschnitt.
Die Vorteile solcher kleinen Variationen können anhand des folgenden Beispiels besser veranschaulicht werden. Bei der Tiefdruckbeschichtung kann eine unzureichende Flutung der Tiefdruckwalzen vor dem Rakeln oder der Einschluss von Luftblasen in der Beschichtungsflüssigkeit zu zufälligen Lücken in der Beschichtung führen. Mit einer 300 mm durchmessenden Tiefdruckwalze kann es schnell und ungewollt zu Lücken von 1 Millimeter kommen. Die Lücken in diesem Beispiel kehren nicht periodisch wieder. Eine Verbesserungsstation, die eine Reihe von gummibeschichteten Aufnahme-und-Platzierungswalzen mit einen Nennumfang von 200 mm enthält, kann die Defekte, die durch solche Lücken verursacht werden, enorm verringern. 15 veranschaulicht die Ergebnisse, die bei Verwendung einer Gruppe aus 33 gummibeschichteten Walzen mit einen Nennumfang von 200 mm (63,7 mm Durchmesser), die nur durch die Bahntraktion angetrieben werden, erhalten werden. Es wurde davon ausgegangen, dass die Drehperioden der Walzen innerhalb der Grenzen von ±1 % variieren. 15 wurde erstellt durch Simulieren der Beschichtungsdicke, die unter jeder nachfolgenden gummibeschichteten Walze in Abhängigkeit von der Zeit hervorgeht, und Notieren der geringsten dimensionslosen Mindestdicke, während ein Längenabschnitt der Bahn, der eine Lücke enthält, die Walzen passiert. In 15 sind drei Fälle aufgetragen. Obgleich die Ergebnisse eigentlich diskrete Werte sind (eine nicht-ganzzahlige Anzahl von Walzen gibt es nicht), sind die Datenpunkte für jeden Fall als ein Mittel der Kennzeichnung durch Kurven verbundenen. Der erste Fall arbeite mit exakt gleichmäßigen Perioden. Der geometrische Ort von Punkten für diesen Fall definiert die Kurve 282. Der zweite und der dritte Fall wurden durch Erzeugen von 20 verschiedenen zufälligen Abfolgen von Walzenperioden zwischen den Grenzen von ±1 % unter Verwendung des Standard-Pseudozufallszahlengenerators ausgewählt, der in der Software BORLAND^TM C++ 5.01 (Borland International, Inc.) enthalten ist. Der Schlimmstfall (Kurve 284) und der Bestfall (Kurve 286) für die Zufallsfolgen-Ergebnisse wurden in 15 aufgetragen. Wie in 15 gezeigt, unterstützen kleine zufällige Variationen der Perioden der Vorrichtung das Erreichen einer ausgezeichneten lückenlosen Gleichmäßigkeit. Dimensionslose Mindestdicken von mehr als 0,95 erhält man nach Verwendung von nur 5 bis 6 Walzen. Wenn man Walzen mit exakt gleichmäßigen Perioden verwendet, so sind 33 Walzen erforderlich, um ein ähnliches Ergebnis zu erhalten.
Umfassende Modellierungen haben zusätzliche Einsichten in die Problematik der Reparatur von zufälligen Defekten erbracht. Eine Verbesserung der Beschichtungsgleichmäßigkeit wird teilweise durch eine Verhältnis bestimmt, das durch Ermitteln des absoluten Wertes der maximalen Abweichung der Walzenperiode von der durchschnittlichen Walzenperiode und Dividieren durch die Defektgröße berechnet wird. 16 zeigt die Auswirkung dieses Verhältnisses auf die Anzahl der Walzen, die für eine gleichmäßige Beschichtung erforderlich sind. Die Ordinate in 16 ist 1 minus der dimensionslosen Mindestbeschichtungsdicke, die eine Verbesserungsstation hervorbringt, wenn eine Beschichtungslücke sie passiert. Eine perfekte Beschichtung hätte den Wert 0. Die Abszisse in 16 ist das Ergebnis nach dem Passieren der angegebenen Anzahl von Verbesserungswalzen. Die Ergebnisse für das Passieren einer Lücke durch eine 20 Walzen enthaltende Verbesserungsstation sind in 16 als acht verschiedene Reihen aufgetragen, die das oben angesprochene Verhältnis darstellen. Die Datenpunkte für jeden Fall sind zur Kennzeichnung durch Kurven verbunden. Die einzelnen Datenpunkte in jeder Reihe wurden durch Verwendung eines Durchschnitts von zehn verschiedenen Zufallskombinationen von Walzenperioden innerhalb eines zugewiesenen Abweichungsbereichs erhalten, der unter Verwendung des oben angesprochenen Pseudozufallszahlengenerators erstellt wurde. Eine Reihe mit einen Verhältnis von 0 (Kurve 288) hat exakt gleichmäßige Walzenperioden. Die übrigen Verhältnisse variieren von 0,5 (Kurve 290) bis 1.000 (Kurve 299) und stellen die maximale Walzenperiodenabweichung von der durchschnittlichen Walzenperiode, geteilt durch die in Zeiteinheiten ausgedrückt Lückengröße, dar. Wie in 16 gezeigt, erhält man, wenn das Verhältnis der Periodenabweichung zur Lückengröße groß ist, gleichmäßige Beschichtungen schneller, als wenn das Verhältnis klein ist. Das Vorhandensein einer Variation bei der Periode ist sehr hilfreich. Nach 20 Walzen erbrachte ein Verhältnis von Periodenabweichung zur Lückengröße von 1 (Kurve 292) im Vergleich zu 20 gleichmäßigen Walzen (Kurve 280) eine Verbesserung des Ordinatenwertes von fast einer Größenordnung. In ähnlicher Weise erbrachten Verhältnisse von 2 (Kurve 294), 5 (Kurve 296), 10 (Kurve 297) und 100 (Kurve 298) im Vergleich zu gleichmäßigen Walzen Verbesserungen von etwa 1,2, 1,5, 1,9 bzw. 2,9 Größenordnungen. 16 zeigt, dass durch Verwendung von gerade einmal drei Verbesserungswalzen von im Wesentlichen der gleichen Größe problemlos isolierte zufällige Lücken beseitigen werden können. Des Weiteren kann eine Dickengleichmäßigkeitsverbesserung durch Verwendung kleiner Abweichungen bei den Nennwalzenperioden gesteigert werden, wobei die Abweichungen vorzugsweise so gewählt werden, dass sie größer sind als die Lückengröße. Die Abweichung bei einer Walzenperiode ist die Differenz zwischen der maximalen und der minimalen Walzedrehperiode, gemessen in Zeiteinheiten. Die Lückengröße ist die Länge der Lücke, gemessen in der Zeit, die sie braucht, um sich an einem sich nicht bewegenden Beobachter vorbeizubewegen. Beide Zeiten werden den gleichen Einheiten gemessen. Wenn man das Verhältnis der Walzenperiodenabweichung zur Lückengröße so aufrecht erhält, dass das Verhältnis größer als 1 ist, so hilft dies nicht nur, Lücken zu verringern oder zu beseitigen, sondern es kann außerdem helfen, andere Dickenunregelmäßigkeiten zu beseitigen oder zu mindern.
Kleine Variationen bei den Perioden von Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen können außerdem sich wiederholende periodische Defekte reparieren. Solche Defekte entstehen oft durch betriebliche Probleme mit den Walzenbeschichtungsvorrichtungen. Zum Beispiel können bei der Tiefdruckbeschichtung eine oder mehrere Zellen der gemusterten Walze verstopfen. Dies kann durch Trocknung einer Beschichtungsformulierung auf einem Abschnitt der Tiefdruckwalze oder durch Füllen von einer oder mehreren der Zellen mit Partikeln verursacht werden. In beiden Fällen können die eine oder die mehreren verschlossenen Zellen bei jeder Drehung der Tiefdruckwalze kontinuierlich eine defekte Stelle mit niedrigem Beschichtungsgewicht auf der Bahn erzeugen. Im Schlimmstfall führt dies zu periodischen Lücken, die für die gesamte Fortdauer des Beschichtungsprozesses bahnabwärts verlaufen.
17 veranschaulicht eine Simulation der Verbesserung eines sich wiederholenden Defekts, der eine einzelne schmale Spur einer beschichteten Bahn einnimmt. Der Defekt wird durch ein defektes Tiefdruckbeschichtungsverfahren infolge verschlossener Zellen auf der Tiefdruckwalzenauftragsvorrichtung verursacht. Der verschlossene Bereich ist 1 Zelle breit und mehrere aneinandergrenzende Zellen lang. Die Linie der verschlossenen Zellen erstreckt sich in Umfangsrichtung auf den Tiefdruckwalzen und erzeugt sich wiederholende Lücken auf der beschichteten Bahn. Die Gesamtlänge der Lücken in der Bahnrichtung beträgt 1 % des Tiefdruckwalzenumfangs. Die Korrektur erfolgt mittels Verbesserungswalzen. Die Drehperiode der Tiefdruckwalze und die Nenndrehperiode der Verbesserungswalzen sind gleich. Die Y-Achse und die X-Achse in 17 zeigen die dimensionslose Mindestdicke nach dem Passieren einer bestimmten Anzahl von Walzen. Die Ergebnisse für das Passieren der Lücke durch eine 40 Walzen enthaltende Verbesserungsstation sind in 17 als fünf verschiedene Reihen für verschiedene Werte von maximalen Walzenperiodenabweichungen von der Nennwalzenperiode aufgetragen. Die Datenpunkte für jede Reihe sind zur Kennzeichnung durch Kurven verbunden. Walzen mit exakt gleichmäßigen Walzenperioden sind in Kurve 300 gezeigt. Die übrigen Reihen enthalten Walzen, die um 0,1 % (Kurve 304), 0,5 % (Kurve 306), 1 % (Kurve 308) oder 10 % (Kurve 310) von der Nennwalzenperiode variieren. Die einzelnen Datenpunkte in jeder Reihe wurden durch Verwendung eines Durchschnitts von zehn verschiedenen Zufallskombinationen von Walzenperioden innerhalb eines zugewiesenen Abweichungsbereichs erhalten, der unter Verwendung des oben angesprochenen Pseudozufallszahlengenerators erstellt wurde. Wenn die Walzenperioden exakt gleichmäßig sind, so passieren die sich wiederholenden Lücken eine Station mit 40 Walzen ohne eine Verbesserung (weil die exakt gleichmäßigen Walzen eine Periode haben, die exakt gleich der Periode der sich wiederholenden Lücken ist). wenn jedoch die Drehperiode um 0,5 %, 1 % oder 10 % variiert, so wird eine dimensionslose Mindestdicke von mehr als 0,85 mit 38, 12 bzw. 3 Walzen erreicht. Selbst eine Variation von gerade einmal 0,1 % erzeugt eine kontinuierliche lückenlose Beschichtung nach gerade einmal 3 oder 4 Walzen.
18 veranschaulicht eine ähnliche Simulation für eine längere Lücke, die 10 % des Tiefdruckwalzenumfangs darstellt. Die Ergebnisse für das Passieren der Lücke durch eine 40 Walzen enthaltende Verbesserungsstation sind in 18 als fünf verschiedene Reihen aufgetragen. Die Datenpunkte für jede Reihe sind zur Kennzeichnung durch Kurven verbunden. Die Reihen reichen von exakt gleichmäßigen Walzenperioden (Kurve 320) bis zu einer Reihe mit einer maximalen Abweichung von 10 % von der Nennwalzenperiode (Kurve 330). Die übrigen Reihen variieren um 0,5 % (Kurve 324), 1 % (Kurve 326) oder 5 % (Kurve 328) von der Nennwalzenperiode. Wenn die Walzenperioden exakt gleichmäßig sind, so passieren die sich wiederholenden Lücken eine Station mit 40 Walzen ohne eine Verbesserung. Wenn jedoch die Drehperiode um 5 % oder 10 % variiert, so wird eine dimensionslose Mindestdicke von mehr als 0,85 mit 19 bzw. 7 Walzen erreicht. Trotz der großen Größe des Defekts erbringt eine Walzenperiodenänderung von gerade einmal 0,5 % eine kontinuierliche lückenlose Beschichtung nach gerade einmal 11 Walzen.
Die Periode einer Aufnahme-und-Platzierungswalze kann – abgesehen von einer anfänglichen Ungenauigkeit beim Walzendurchmesser – auf vielfältige Weise variiert werden. Zum Beispiel kann der Walzendurchmesser statisch geändert werden (beispielsweise durch Austauschen einer Walze mit oder ohne Unterbrechung eines Beschichtungsvorgangs), oder er kann dynamisch geändert werden (beispielsweise durch Inflation oder Deflation oder sonstiges Aufweiten oder Schrumpfen der Walze bei gleichzeitigem Aufrechterhalten der Oberflächengeschwindigkeit der Walze und ohne Unterbrechung eines Beschichtungsvorgangs). Die Walzen brauchen keine konstanten Durchmesser zu haben. Gewünschtenfalls können sie ballige, einwärts gekrümmte, konische oder andere Profilformen aufweisen. Diese anderen Formen können dabei helfen, die Perioden einer Gruppe aus Walzen zu justieren. Außerdem kann die Position der Walzen oder die Pfadlänge des Trägermaterials zwischen den Walzen während des Betriebes variiert werden. Eine oder mehrere der Walzen können so angeordnet werden, dass ihre Drehachse nicht im rechten Winkel (oder nicht immer im rechten Winkel) zum Pfad des Trägermaterials verläuft. Diese Anordnung kann die Leistung verbessern, weil eine solche Walze allgemein Beschichtung aufnimmt und sie an einer seitlich verschobenen Stelle wieder auf dem Trägermaterial ablegt. Alle der oben erwähnten Variationen sind nützlich, und alle können dafür verwendet werden, die Leistung der Verbesserungsstation und die Gleichmäßigkeit der Dicke der fertigen Beschichtung zu beeinflussen und zu verbessern. Wenn es zum Beispiel während eines Beschichtungslaufs zu einem teilweisen Verstopfen eines Tiefdruckwalzenmusters kommt, dann können die resultierende Defekte beseitigt werden, ohne den Vorgang anzuhalten, indem eine der oben beschrieben Variationstechniken verwendet wird, um eine geeignete Ausgleichsvariation bei der Drehzahl von einer oder mehreren der Verbesserungswalzen relativ zur Bahn vorzunehmen.
Zusätzlich zum Variieren der Periode von einer oder mehreren Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen, wie oben beschrieben, kann die Beschichtungsgleichmäßigkeit ebenfalls durch Variieren der Periode oder Größe eines hineingetragenen, sich wiederholenden Defekts verbessert werden. Zum Beispiel kann die Drehzahl einer Tiefdruckwalzenbeschichtungsvorrichtung oder sonstigen Walzenbeschichtungsvorrichtung geändert werden, um die Frequenz der hineingetragenen periodischen Defekte, die mit der Walzenbeschichtungsvorrichtung verbunden ist, zu ändern. Gleichermaßen kann die Periode einer Streifenbeschichtungsvorrichtung geändert werden, um die Streifenfrequenz oder den Abstand zwischen Beschichtungsstreifen zu ändern. Durch Überwachen der Gleichmäßigkeit der Beschichtung, welche die Verbesserungsstation verlässt, und durch Vornahme geeigneter Justierungen bei der Periode oder Größe des hineingetragenen Defekts kann die Gesamtbeschichtungsgleichmäßigkeit deutlich verbessert werden.
19a bis 19d veranschaulichen die Beziehung zwischen dimensionsloser Walzengröße, dimensionsloser Lückengröße und dimensionsloser Mindestdicke für eine Verbesserungsstation mit drei im Wesentlichen identischen Verbesserungswalzen. Die Verbesserungsschaubilder in 19a bis 19d sind um eine Linie herum symmetrisch, die bei X = 0,5 gezogen ist, so dass nur die Region von X = 0,5 bis X = 1,0 gezeigt ist. In 19a bis 19d ist die dimensionslose Mindestdicke als Funktion der dimensionslosen Walzengröße und dimensionslosen Lückengröße aufgetragen. Die dimensionslose Lückengröße ist die Zeit des Vorbeibewegens einer sich wiederholenden Lücke an einem sich nicht bewegenden Beobachter, geteilt durch die Periode des sich wiederholenden Defekts. Die dimensionslose Mindestdicke ist anhand einer sechsstufigen Grauskala gezeigt, wobei Schwarz einen Wert von 0 bis 0,8 anzeigt und Weiß einen Wert von 0,88 bis 0,897 anzeigt. Die Zwischenbereiche 0,8 bis 0,82, 0,82 bis 0,84, 0,84 bis 0,86 und 0,86 bis 0,88 sind anhand von vier Graustufen gezeigt, die von sehr dunkelgrau über dunkelgrau, mittelgrau bis hellgrau reichen. In 19a sind die drei Walzen identisch mit einer Periodenvariation von ±0 %. In 19b hat die erste der drei Walzen eine Periode gleich der Nennwalzenperiode; die zweite der drei Walzen hat eine Periode gleich der Nennwalzenperiode minus 0,5 % der Lückenperiode; und die dritte der drei Walzen hat eine Periode gleich der Nennwalzenperiode plus 0,5 % der Lückenperiode. 19c ist ähnlich, aber die Abweichungen der zweiten Walze und der dritte Walze vom Nennwert betragen +1 % bzw. –1 % der Lückenperiode. 19d ist ähnlich, aber die Abweichungen der zweiten Walze und der dritte Walze vom Nennwert betragen +5 % bzw. –5 % der Lückenperiode. Oder anders ausgedrückt: Bei allen in Betracht gezogenen Walzengrößen wurde die Toleranz ihrer Abweichungen von ihren Nenngrößen bei einem angegebenen Wert konstant gehalten, der als ein Prozentsatz der Länge der Periode die sich wiederholenden Lücken ausgedrückt wurde.
In 19a bis 19d wird eine verbesserte Gleichmäßigkeit erreicht, wenn das dimensionslose Verhältnis der Lückengröße zur Walzenperiodenabweichung (Maximum minus Minimum) weniger als eins ist. In 19b stehen die weißen Regionen, wie beispielsweise die Region 408, und eine hellgraue Region 406 für Lückengrößen von weniger als 0,01. Vor dem Hintergrund, dass Weiß und Hellgrau das beste und das zweitbeste Gleichmäßigkeitsniveau bezeichnen, kann man diese Regionen in Kontrast zu der sehr dunkelgrauen Region 402 in 19a für die gleichen Walzengrößen- und Lückengrößenkombinationen setzen. In 19c stehen die weißen Regionen, wie beispielsweise die Region 412, und eine hellgraue Region 410 für Lückengrößen von weniger als 0,02. Diese Regionen kann man in Kontrast zu der sehr dunkelgrauen Region 402 und zu Abschnitten der dunkelgrauen Region 404 in 19a für die gleichen Walzengrößen- und Lückengrößenkombinationen setzen. In 19d stehen die weißen Regionen, wie beispielsweise die Region 416, und eine hellgraue Region 414 für Lückengrößen von weniger als 0,02. Dies steht in Kontrast zu der sehr dunkelgrauen Region 402 und zu Abschnitten der dunkelgrauen Region 404 in 19a für die gleichen Walzengrößen- und Lückengrößenkombinationen.
Wenn man die wahrscheinlichste Größe eines sich wiederholenden Defekts kennt oder messen kann, dann ist es möglich, eine Gruppe von Walzen mit absichtlich ausgewählten Periodenabweichungen (Größenabweichungen) zu wählen, die ein Verhältnis von dimensionsloser Lückengröße zu Walzenperiodenabweichung von weniger als eins ergeben. Ein solcher Walzensatz erbringt eine verbesserte Gleichmäßigkeit im Vergleich zu einem Walzensatz, bei dem das Verhältnis von dimensionsloser Lückengröße zu Walzenperiodenabweichung größer als eins ist. Eine verbesserte Gleichmäßigkeit erhält man auch mittels anderer Maßnahmen zur Verringerung des Verhältnisses von dimensionsloser Lückengröße zu Walzenperiodenabweichung auf einen Wert von weniger als eins. Zum Beispiel kann man Walzen verwenden, die nominal die gleiche Größe haben, aber größere Abmessungstoleranzen aufweisen. Eine andere Maßnahme wäre, die Drehzahlen der Walzen geringfügig zu variieren. Wenn die Walzen nicht angetrieben sind, dann kann, wie oben angesprochen, ihre Traktion mit der Bahn geändert werden, oder es kann eine Reibungsbremsung verwendet werden. Wenn die Walzen aus sich bei Wärme ausdehnenden Materialien hergestellt sind, können die Walzengrößen (und die Walzenperiodenabweichung) modifiziert werden, indem man die Walzen bei unterschiedlichen Temperaturen betreibt.
Detaillierte Simulationsuntersuchungen haben außerdem gezeigt, dass die Leistung der erfindungsgemäßen Verbesserungswalzen in unerwarteter Weise geändert werden kann. Zum Beispiel zeigen 20 bis 24, dass größere Lücken oft zu besseren Ergebnissen führen können. Die Verbesserungsschaubilder in 20 bis 24 sind um eine Linie herum symmetrisch, die bei X = 0,5 gezogen ist, so dass nur die Region von X = 0,5 bis X = 1,0 gezeigt ist. Die dimensionslose Mindestdicke ist als Funktion der dimensionslosen Walzengröße und der dimensionslosen Lückengröße aufgetragen und anhand einer fünfstufigen Grauskala angezeigt. 20 zeigt die Ergebnisse, die unter Verwendung von drei Walzen mit exakt gleichen Perioden erhalten wurden. In 20 zeigt Schwarz eine dimensionslose Mindestdicke von 0 bis 0,82 an, und Weiß zeigt einen Wert von 0,88 bis 0,897 an. Die Zwischenbereiche 0,82 bis 0,84, 0,84 bis 0,86 und 0,86 bis 0,88 sind durch drei Graustufen angezeigt, die von dunkelgrau über mittelgrau bis hellgrau reichen.
21 zeigt die Ergebnisse, die unter Verwendung nur einer einzigen Verbesserungswalze erhalten wurden. Schwarz zeigt eine dimensionslose Mindestdicke von 0 bis 0,3 an, und Weiß zeigt eine dimensionslose Mindestdicke von 0,6 bis 0,622 an. Die Zwischenbereiche 0,3 bis 0,4, 0,4 bis 0,5 und 0,5 bis 0,6 sind durch drei Graustufen angezeigt, die von dunkelgrau über mittelgrau bis hellgrau reichen.
22 zeigt die Ergebnisse, die unter Verwendung von zwei Verbesserungswalzen erhalten wurden. Schwarz zeigt eine dimensionslose Mindestdicke von 0 bis 0,5 an, und Weiß zeigt eine dimensionslose Mindestdicke von 0,8 bis 0,833 an. Die Zwischenbereiche 0,5 bis 0,6, 0,6 bis 0,7 und 0,7 bis 0,8 sind durch drei Graustufen angezeigt, die von dunkelgrau über mittelgrau bis hellgrau reichen.
23 zeigt die Ergebnisse, die unter Verwendung von drei Verbesserungswalzen erhalten wurden. Schwarz zeigt eine dimensionslose Mindestdicke von 0 bis 0,7 an, und Weiß zeigt eine dimensionslose Mindestdicke von 0,85 bis 0,9535 an. Die Zwischenbereiche 0,7 bis 0,75, 0,75 bis 0,8 und 0,8 bis 0,85 sind durch drei Graustufen angezeigt, die von dunkelgrau über mittelgrau bis hellgrau reichen.
24 zeigt die Ergebnisse, die unter Verwendung von vier Verbesserungswalzen erhalten wurden. Schwarz zeigt eine dimensionslose Mindestdicke von 0 bis 0,75 an, und Weiß zeigt eine dimensionslose Mindestdicke von 0,9 bis 0,9785 an. Die Zwischenbereiche 0,75 bis 08, 0,8 bis 0,85 und 0,85 bis 0,9 sind durch drei Graustufen angezeigt, die von dunkelgrau über mittelgrau bis hellgrau reichen.
In jeder der 20 bis 24 kommen viele Regionen vor, bei denen ein Vergrößern der Lücken bei gleichzeitigem Konstanthalten aller anderen Variablen eine verbesserte Gleichmäßigkeit über einen breiten Bereich von Lückengrößen erbringt. Beispiele sind Lückenvergrößerungen entlang der vertikale Liniensegmente 418 (in einem Ordinatenwertebereich von 0 bis 0,18) in 20, 420 (in einem Ordinatenwertebereich von 0 bis 0,24) in 21, 422 (in einem Ordinatenwertebereich von 0 bis 0,24) in 22, 424 (in einem Ordinatenwertebereich von 0,03 bis 0,17) in 23 und 426 (in einem Ordinatenwertebereich von 0 bis 0,23) in 24. 20 bis 24 zeigen außerdem, dass beim Korrigieren von periodischen Lücken die Leistung der Verbesserungswalzen gesteigert werden kann, indem man die Periode und die Größe des Defekts ermittelt und eine oder mehrere Verbesserungswalzenperioden auf der Grundlage der Untersuchung eines Verbesserungsschaubildes, wie sie beispielsweise in den 20 bis 24 gezeigt sind, auswählt. Wenn die Lückengröße, die Lückenperiode und die Walzenperiode bekannt oder gemessen sind, so kann jede dieser Variablen so justiert werden, dass der Betrieb einer Verbesserungsstation mit einer, zwei, drei, vier oder mehr Walzen optimiert wird, indem man zu einer günstigeren Kombination von dimensionslosen Walzen- und Lückengrößen übergeht. Zum Beispiel führt das Arbeiten innerhalb einer – oder unter Hinbewegung zu einer – hellgrauen oder – besonders bevorzugt – einer weißen Region in 21 (für eine einzelne Walze), 22 (für zwei Walzen), 23 (für drei Walzen), 24 (für vier Walzen) oder ihrer jeweiligen Spiegelbilder um die Achse X = 0,5 herum zu einer gleichmäßigeren Beschichtungsdicke als das Arbeiten innerhalb von – oder unter Hinbewegung zu – dunkleren Bereichen in diesen Verbesserungsschaubildern.
Bei Beschichtungen, die zufällige anstelle von sich wiederholenden Lücken enthalten, und einer Verbesserungsstation, die mit 5 oder mehr im Wesentlichen gleichmäßigen Walzen arbeitet, ist die Verbesserung der Gleichmäßigkeit allgemein besser, wenn die im Wesentlichen gleichmäßigen Walzen in ihrer Größe um einen Betrag von mehr als 0,5 mal der Lückengröße variieren. Bei solchen zufälligen Lücken ist die durchschnittliche Walzengröße unwichtig. Statt dessen beeinflussen in erster Linie die Anzahl der Walzen, die Größe der zufälligen Lücken und die Walzenperiodenänderungen die Gleichmäßigkeitsergebnisse. Zum Beispiel ist, wie oben im Zusammenhang mit 16 gezeigt, und bei ansonsten gleichen Umständen, das Ergebnis in dieser Situation um so schlechter, je größer die Lücke ist.
Eine Beschichtung mit zufälligen oder periodischen Bereichen, in denen Beschichtungsmaterial fehlt, kann analysiert werden, indem man sich die Beschichtung als eine Beschichtung vorstellt, die aus einer gleichmäßigen Grundbeschichtung besteht, die unter einer lückenhaften Beschichtung mit der gleichen Zusammensetzung liegt. Die im vorliegenden Text beschriebenen Verbesserungsvorrichtungen bewirken ein Abheben und Wiederablegen der obersten lückenhaften Beschichtung in einer ähnlichen Weise, wie sie es auf einer einzelnen lückenhaften Beschichtung tun. Somit gelten die Lehren des vorliegenden Textes, die sich auf eine lückenhafte Beschichtung beziehen, ebenso für eine nicht-lückenhafte, aber ungleichmäßige Beschichtung, die Beschichtungsvertiefungen enthält. In einer ähnlichen Weise können periodische oder zufällige Überschüsse in einer Beschichtung analysiert werden, indem man sich die Beschichtung als eine Beschichtung vorstellt, die aus einer gleichmäßigen Grundbeschichtung besteht, die unter einer diskontinuierlichen oberen Beschichtung liegt. Somit gelten die Lehren des vorliegenden Textes, die sich auf eine lückenhafte Beschichtung beziehen, ebenso für eine nicht-lückenhafte, aber ungleichmäßige Beschichtung, die Beschichtungsspitzen enthält.
Wie oben angesprochen, besteht ein weiterer Aspekt der Erfindung darin, dass die Verbesserungsstation die Trocknungsrate von flüchtigen Flüssigkeiten auf einem Trägermaterial erhöht. Die Trocknung erfolgt oft, nachdem ein Trägermaterial einer Waschbehandlung unterzogen wurde oder durch eine Behandlungsflüssigkeit geleitet wurde. Das Hauptziel der Verarbeitung besteht hier nicht darin, eine Flüssigbeschichtung aufzubringen, sondern vielmehr darin, Flüssigkeit zu entfernen. Zum Beispiel trifft man häufig auf Flüssigkeitströpfchen, -pfützen oder -filme während Bahnverarbeitungsoperationen, wie beispielsweise Plattieren, Beschichten, Ätzen, chemische Behandlung, Drucken und Schneiden sowie beim Waschen und Reinigen von Bahnen zur Verwendung in der Elektronikindustrie.
Wenn eine Flüssigkeit in Form von Tröpfchen, Pfützen oder Beschichtungen von variierender Gleichmäßigkeit auf einem Trägermaterial abgelegt wird oder auf einem Trägermaterial vorhanden ist und wenn ein trockenes Trägermaterial gewünscht wird, dann muss die Flüssigkeit entfernt werden. Dieses Entfernen kann beispielsweise durch Verdampfen oder durch Umwandeln der Flüssigkeit in einen festen Rest oder Film geschehen. In einer industriellen Umgebung erfolgt die Trocknung in die Regel mittels eines Ofens. Die Zeit, die erforderlich ist, um eine trockene Bahn zu erhalten, ist durch die Zeit vorgegeben, die erforderlich ist, um die größte vorhandene Dicke zu trocknen. Herkömmliche Umluftöfen erzeugen einen gleichmäßigen Wärmetransfer und weisen an Stellen mit größerer Dicke keine höhere Trocknungsrate auf. Dementsprechend muss der Ofen für die größte erwartete Trocknungsbelastung konstruiert und bemessen sein.
Die erfindungsgemäßen Verbesserungsstationen verringern beträchtlich die Zeit, die erforderlich ist, um ein trockenes Trägermaterial zu erzeugen, und mindern deutlich die Auswirkung von Beschichtungsdickenspitzen. Die Verbesserungsstation verringert Beschichtungsdickenspitzen aus den Gründen, die oben bereits erläutert wurden. Selbst wenn die Beschichtung, die in die Verbesserungsstation eintritt, bereits gleichmäßig ist, erhöht die Verbesserungsstation die Trocknungsrate beträchtlich. Ohne an theoretische Betrachtungen gebunden sein zu wollen, wird davon ausgegangen, dass die wiederholte Berührung der Nassbeschichtung mit den Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen die frei liegende Flüssigkeitsoberfläche vergrößert, wodurch die Rate des Wärme- und Massentransfers vergrößert wird. Das wiederholte Aufteilen, Entfernen und erneute Ablagen von Flüssigkeit auf dem Trägermaterial erhöht möglicherweise ebenfalls die Trocknungsrate durch Erhöhen der Temperatur- und Konzentrationsgradienten und die Rate des Wärme- und Massentransfers. Außerdem hilft möglicherweise die Nähe und Bewegung der Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtung zu dem nassen Trägermaterial beim Aufbrechen von ratenbegrenzenden Grenzschichten nahe der flüssigen Oberfläche der Nassbeschichtung. Alle diese Faktoren unterstützen augenscheinlich die Trocknung. Bei Prozessen, in denen sich eine Bahn bewegt, ermöglicht dies die Verwendung von kleineren oder kürzeren Trocknungsstationen (beispielsweise Trocknungsöfen oder -gebläsen) bahnabwärts von der Beschichtungsstation. Die Verbesserungsstation kann sich gewünschtenfalls in die Trocknungsstation hinein erstrecken.
Die erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen können dafür verwendet werden, Beschichtungen auf eine(r) Vielfalt von flexiblen oder starren Trägermaterialien, einschließlich Papier, Kunststoffen, Glas, Metallen und Verbundmaterialien, aufzubringen, gleichmäßiger zu machen oder zu trocken. Die Trägermaterialien können im Wesentlichen kontinuierlich (beispielsweise Bahnen) oder von endlicher Länge (beispielsweise Bögen) sein. Die Trägermaterialien können eine Vielfalt von Oberflächentopografien aufweisen, einschließlich glatter, texturierter, gemusterter, mikrostrukturierter und poröser Oberflächen (beispielsweise glatte Filme, gewellte Filme, prismatische optische Filme, elektronische Schaltungen und Vliesbahnen). Die Trägermaterialien können eine Vielfalt von Verwendungszwecken haben, einschließlich Bänder, Membranen (beispielsweise Brennstoffzellenmembranen), Isolierungen, optische Filme oder Komponenten, elektronische Filme, Komponenten oder Vorläufer davon und dergleichen. Die Trägermaterialien können ein Schicht oder viele Schichten unter der Beschichtungsschicht aufweisen. Die Erfindung eignet sich besonders zur Umwandlung einer diskontinuierlichen Beschichtung (wie beispielsweise einer solchen, die mittels der oben beschriebenen Streifenbeschichtungsvorrichtung aufgebracht wurde) in eine kontinuierliche Beschichtung.
Die Erfindung wird im folgenden Beispiel weiter veranschaulicht, wobei alle Teile und Prozentangaben nach Gewicht erfolgen, sofern nicht anders angegeben.
BEISPIEL
Unter Verwendung einer modifizierten Beschichtungsmaschine, die mit einer erfindungsgemäßen Verbesserungsstation ausgestattet war, wurde eine Kunststoffbahn mit intermittierenden, periodischen und weit verteilt aufgetragenen, quer zur Bahn verlaufenden Streifen einer Beschichtungsflüssigkeit beschichtet und dann in eine Bahn mit einer kontinuierlichen, gleichmäßigen Beschichtung umgewandelt. Bei der Bahn handelte es sich um einen 0,05 mm dicken und 51 mm breiten, biaxial orientierten Polyesterfilm. Die Beschichtungsflüssigkeit enthielt 2600 Volumenteile Glycerin, 260 Volumenteile Isopropylalkohol und 1 Volumenteil eines fluorchemischen Benetzungsmittels (3M^TM FLUORAD^TM FC-129 Fluorosurfactant von der Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota). Die Beschichtungsflüssigkeit wurde auf eine Transferwalze aufgetragen und dann zur Bahn übertragen. Die Beschichtungsstation arbeitete mit einem luftbetriebenen oszillierenden Mechanismus, der eine flexible Polypropylennadel über die Transferwalze vor und zurück bewegte. Bei dem oszillierenden Mechanismus handelte es sich um einen Pneumatikbandzylinder, Modell BC406SK13.00 TOLOMATIC^TM, mit einem linearen Stellglied (Tol-O-Matic, Inc., Hamel, Minnesota). Die Beschichtungsflüssigkeit wurde mittels einer Spritzenpumpe vordosiert, die als Modell 55-1144 von Harvard Apparatus bezogen wurde. Die Polypropylennadel hatte eine 0,48 mm messende Spitze und wurde unter der Artikelnummer 560105 von der I & J Fisnar, Inc. bezogen. Die Verbindung zwischen der Spritzenpumpe und der Nadel wurde mittels eines flexiblen Kunststoffschlauchs mit einem Außendurchmesser von 4 mm hergestellt. Die Nadel wurde so positioniert, dass die Nadelspitze die Transferwalze berührte.
Die Transferwalze hatte einen Durchmesser von 62,7 mm und wurde durch Berührung mit der – und Bewegung durch die – Bahn angetrieben. Unter Verwendung einer Bahngeschwindigkeit von 7,77 Metern in der Minute, einer Flüssigkeitsströmungsrate von 0,5 ml/min, einer Hubrate von 120 Hüben in der Minute und einer Hublänge von 127 mm wurde ein Muster aus schmalen, kreuzschraffierten Streifen auf die Bahn vordosiert, und zwar mit einer Rate, die ausreichte, damit eine durchschnittliche Gesamtbeschichtungsdicke von 0,5 Mikrometern erhalten wurde.
Die beschichtete Bahn wurde dann mit einer Verbesserungsstation in Kontakt gebracht, die 25 nicht-angetriebene mitdrehende Walzen enthielt. Die Verbesserungsstationswalzen wurden von der Webex, Inc. bezogen und waren dynamisch ausgewuchtete Festwellenwalzen aus Aluminium mit glatten eloxierten Walzeflächen, einer Flächenlänge von 355,6 mm und einem Nenndurchmesser von 50,8 mm. Die tatsächlichen Messungen der Walzendurchmesser zeigten, dass 1 Walze einen Durchmesser von 49,42 mm hatte, dass 3 Walzen einen Durchmesser von 49,40 mm hatten, dass 2 Walzen einen Durchmesser von 49,36 mm hatten, dass 13 Walzen einen Durchmesser von 49,34 mm hatten, dass 1 Walze einen Durchmesser von 49,33 mm hatte und dass 5 Walzen einen Durchmesser von 49,28 mm hatten. Der resultierende Satz hatte somit einen durchschnittlichen Durchmesser von 49,36 mm, wobei 5 Walzen in dem Satz einen Durchmesser hatten, der 0,2 % kleiner war als der durchschnittliche Durchmesser, und 1 Walze in dem Satz einen Durchmessers hatte, der 0,1 % größer war als der durchschnittliche Durchmesser. Jede Walze wurde um wenigstens 30 Grad des Walzenumfangs von der Bahn umwickelt. Mittels eines handgehaltenen mechanischen Tachometers konnte keine Abweichung der Walzengeschwindigkeit im Vergleich zur Bahngeschwindigkeit festgestellt werden.
Nach dem Passieren der Verbesserungsstation wurde die sehr diskontinuierliche, anfänglich aufgetragene Beschichtung in eine kontinuierliche lückenlose, aber gemusterte Beschichtung umgewandelt. Mit bloßem Auge und ohne Hilfsmittel betrachtet, wies das Muster kreuzschraffierte, überlappende Bereiche mit überdicker Beschichtung auf, zwischen denen sich Bereiche von dünnerer Beschichtung befanden. Mit dem Auge beurteilt, schien die Gesamtvariation etwa +50 % der durchschnittlichen Dicke zu betragen. Um eine gleichmäßigere Beschichtung zu erhalten, wurde die Bahn als nächstes um eine 76,2 mm durchmessende Luftwendestange geführt, die so angeordnet war, dass ihre Achse koplanar zur Achse der vorangehenden Verbesserungswalze, aber in einem Winkel zu ihr lag. Eine 360°-Umdrehung um die Luftwendestange führte zu einem seitlichen Versatz des Bahnpfades, der größer war als die Bahnbreite. Durch Verwendung mehrerer Übergangs-Mitläuferwalzen, die dazu dienten, die Bahn zurück in die Richtung der Verbesserungsstation zu drehen, konnte die beschichtete Bahn zurück in Kontakt mit den Walzen der Verbesserungsstation auf einem Pfad gebracht werden, der parallel zum ursprünglichen Bahnpfad verlief, aber diesen nicht überlappte. Das Endergebnis bestand darin, dass die beschichtete Seite der Bahn 50 Mal nahezu identische Walzen berühren und erneut berühren konnte. Nach diesem zweiten Durchlauf durch die Verbesserungswalzen war das Erscheinungsbild der beschichteten Bahn sichtbar lückenlos, musterfrei und gleichmäßig. Dementsprechend erbrachte die Verbesserungsstation einen deutlichen Zuwachs in der Beschichtungsgleichmäßigkeit.
Dem Fachmann fallen verschiedene Modifizierungen und Änderungen an der vorliegenden Erfindung ein, ohne vom Geltungsbereich dieser Erfindung abzuweichen. Diese Erfindung ist nicht auf das zu beschränken, was im vorliegenden Text lediglich zu veranschaulichenden Zwecken dargelegt wurde, unter dem Vorbehalt, dass die Erfindung innerhalb des Geltungsbereichs verbleibt, der in den Ansprüchen definiert ist.

Claims

Verfahren zum Verbessern der Gleichmäßigkeit einer Nassbeschichtung (11) auf einem Trägermaterial (10), aufweisend: Berühren und erneutes Berühren der Beschichtung (11) mit benetzten Oberflächenabschnitten von einer ausreichenden Anzahl periodischer Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen, welche an aufeinanderfolgenden Positionen entlang des Trägermaterials (10) angeordnet sind und welche einen Abschnitt der Nassbeschichtung (11) von einer ersten Position entlang des Trägermaterials (10) aufnehmen und ihn dann an einer zweiten Position ablegen und welche die gleichen oder im Wesentlichen die gleichen Perioden der Berührung mit dem Trägermaterial (10) aufweisen, dergestalt, dass Defekte in der Beschichtungsdicke, die von einem vollständigen Fehlen der Beschichtung (11) bis zu einem Überschuss von bis zu 200 % der durchschnittlichen Beschichtungsdicke reichen, so umgewandelt werden, dass sie im Bereich von 85 % bis 115 % der durchschnittlichen Beschichtungsdicke liegen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Beschichtungslücken so umgewandelt werden, dass sie wenigstens 90 % der durchschnittlichen Beschichtungsdicke betragen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Beschichtungsübermaße von bis zu 200 % der durchschnittlichen Beschichtungsdicke so umgewandelt werden, dass sie maximal 110 % der durchschnittlichen Beschichtungsdicke betragen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Nassbeschichtung (11) eine Dickenschwankung aufweist und wobei die Periode der Dickenschwankung, die Größe der Dickenschwankung oder die Periode der Berührung von wenigstens einer Vorrichtung dergestalt geändert wird, dass Beschichtungsdefekte verringert oder minimiert werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Beschichtung (11) als ein Streifenmuster, das mit Vertiefungen durchsetzt ist, auf das Trägermaterial (10) aufgebracht wird und wobei die Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen Walzen umfassen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Vertiefungen Lücken umfassen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Beschichtung (11) auf eine zuvor aufgebrachte Nassbeschichtung aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung (11) zu einer lückenlosen oder im Wesentlichen lückenlosen Beschichtung mit einer Dicke von weniger als 5 Mikrometern umgewandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung (11) zu einer lückenlosen oder im Wesentlichen lückenlosen Beschichtung mit einer Dicke von weniger als 0,5 Mikrometern umgewandelt wird.
Verfahren zum Verbessern der Gleichmäßigkeit einer ungleichmäßigen Nassbeschichtung (11) auf einem Trägermaterial (10) und zum Herstellen einer kontinuierlichen Beschichtung, wobei das Verfahren das Berühren und erneute Berühren der Beschichtung (11) mit benetzten Oberflächenabschnitten von wenigstens fünf periodischen Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen aufweist, welche an aufeinanderfolgenden Positionen entlang des Trägermaterials (10) angeordnet sind und welche einen Abschnitt der Nassbeschichtung (11) von einer ersten Position entlang des Trägermaterials (10) aufnehmen und ihn dann an einer zweiten Position ablegen und welche die gleichen oder im Wesentlichen die gleichen Perioden der Berührung mit dem Trägermaterial (10) aufweisen.
Verfahren zum Beschichten einer sich bewegenden Bahn (10), aufweisend: Aufbringen einer diskontinuierlichen Nassbeschichtung (11) mit einer Dickenschwankung auf diese Bahn; Berühren und erneutes Berühren der Nassbeschichtung (11) mit benetzten Oberflächenabschnitten von einer oder mehreren Walzen, die eine Periode der Berührung mit der Bahn (10) aufweisen; und Ändern der Periode der Dickenschwankung, der Größe der Dickenschwankung oder der Periode der Berührung von wenigstens einer Walze, dergestalt, dass Beschichtungsdefekte verringert oder minimiert werden und dass eine kontinuierliche Beschichtung entsteht.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Nassbeschichtung (11) in Form von Streifen, die durch Lücken voneinander getrennt sind, aufgebracht wird.
Verfahren zum Beschichten einer sich bewegenden Bahn (10), aufweisend: Aufbringen einer Nassbeschichtung (11) in Form von Streifen auf diese Bahn und Berühren und erneutes Berühren der Nassbeschichtung (11) mit benetzten Oberflächenabschnitten von einer oder mehreren Walzen, die eine Periode der Berührung mit der Bahn (10) aufweisen, wobei die dimensionslose Streifenbreite und die dimensionslose Walzengröße hinreichend sind, um eine Beschichtung mit einer dimensionslosen Mindestdicke von wenigstens 0,3 herzustellen.
Verfahren nach Anspruch 13, aufweisend: Berühren und erneutes Berühren der Beschichtung (11) mit benetzten Oberflächenabschnitten von wenigstens zwei Walzen, welche die gleiche oder im Wesentlichen die gleiche Periode der Berührung mit der Bahn (10) aufweisen, wobei die dimensionslose Streifenbreite und die dimensionslosen Walzengrößen hinreichend sind, um eine Beschichtung mit einer dimensionslosen Mindestdicke von wenigstens 0,6 herzustellen.
Verfahren nach Anspruch 13, aufweisend: Berühren und erneutes Berühren der Beschichtung (11) mit benetzten Oberflächenabschnitten von wenigstens drei Walzen, welche die gleiche oder im Wesentlichen die gleiche Periode der Berührung mit der Bahn (10) aufweisen, wobei die dimensionslose Streifenbreite und die dimensionslosen Walzengrößen hinreichend sind, um eine Beschichtung mit einer dimensionslosen Mindestdicke von wenigstens 0,8 herzustellen.
Verfahren nach Anspruch 15, aufweisend: Berühren und erneutes Berühren der Beschichtung (11) mit benetzten Oberflächenabschnitten von wenigstens vier Walzen, welche die gleiche oder im Wesentlichen die gleiche Periode der Berührung mit der Bahn (10) aufweisen.
Verbesserungsstation zur Verwendung in dem Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung (11) Defekte und eine durchschnittliche Beschichtungsdicke aufweist und wobei die Anzahl von Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen, welche die gleichen oder im Wesentlichen die gleichen Perioden der Berührung mit dem Trägermaterial (10) aufweisen, ausreicht, dass Defekte in der Beschichtungsdicke, die von einem vollständigen Fehlen der Beschichtung (11) bis zu einem Überschuss von bis zu 200 % der durchschnittlichen Beschichtungsdicke reichen, so umgewandelt werden, dass sie im Bereich von 85 % bis 115 % der durchschnittlichen Beschichtungsdicke liegen.
Verbesserungsstation zur Verwendung in dem Verfahren nach Anspruch 10, aufweisend wenigstens fünf periodische Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen, welche die Nassbeschichtung (11) an verschiedenen Stellen auf dem Trägermaterial (10) periodisch berühren und erneut berühren können und die gleichen oder im Wesentlichen die gleichen Perioden der Berührung mit dem Trägermaterial (10) aufweisen.
Beschichtungsvorrichtung zur Verwendung in dem Verfahren nach Anspruch 1, aufweisend eine Beschichtungsstation, die eine ungleichmäßige Beschichtung (11) auf ein Trägermaterial (10) aufbringt, sowie eine Verbesserungsstation nach Anspruch 17.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Periode der Berührung von einer oder mehreren der Vorrichtungen so geändert werden kann, dass Beschichtungsdefekte verringert oder minimiert werden.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 20, wobei wenigstens zwei Walzen vorhanden sind und die dimensionslose Streifenbreite und die dimensionslosen Walzengrößen hinreichend sind, um eine Beschichtung mit einer dimensionslosen Mindestdicke von wenigstens 0,6 herzustellen.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 20, wobei wenigstens drei Walzen vorhanden sind und die dimensionslose Streifenbreite und die dimensionslosen Walzengrößen hinreichend sind, um eine Beschichtung mit einer dimensionslosen Mindestdicke von wenigstens 0,8 herzustellen.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 20, wobei wenigstens vier Walzen vorhanden sind und die dimensionslose Streifenbreite und die dimensionslosen Walzengrößen hinreichend sind, um eine Beschichtung mit einer dimensionslosen Mindestdicke von wenigstens 0,8 herzustellen.
Beschichtungsvorrichtung, aufweisend eine Beschichtungsstation, die eine ungleichmäßige Beschichtung (11) auf ein Trägermaterial (10) aufbringt, sowie eine Verbesserungsstation zum Herstellen einer kontinuierlichen Beschichtung, wobei die Verbesserungsstation sechs oder mehr Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen hat, welche die aufgebrachte Nassbeschichtung (11) an verschiedenen Stellen auf dem Trägermaterial (10) periodisch berühren und erneut berühren können und die gleichen oder im Wesentlichen die gleichen Perioden der Berührung mit dem Trägermaterial (10) aufweisen.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, 10, 17, 18, 19 oder 24, wobei sämtliche Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen die gleiche Berührungsperiode aufweisen.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, 10, 17, 18, 19 oder 24, wobei sämtliche Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen im Wesentlichen die gleiche Berührungsperiode aufweisen und eine Verringerung der Größenordnung wiederholter Beschichtungsdickenspitzen, -vertiefungen oder -lücken ermöglichen.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Beschich tungsvorrichtung nach Anspruch 26, wobei die Perioden der Vorrichtungen innerhalb eines Bereichs von ±0,05 % voneinander liegen.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 26, wobei die Perioden der Vorrichtungen innerhalb eines Bereichs von ±0,5 % voneinander liegen.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 26, wobei die Perioden der Vorrichtungen innerhalb eines Bereichs von ±1 % voneinander liegen.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, 10, 17, 18, 19 oder 24, das/die des Weiteren wenigstens eine zusätzliche Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtung aufweist, welche eine Berührungsperiode aufweist, die sich um mehr als 1 % von der durchschnittlichen Berührungsperiode der anderen Vorrichtungen unterscheidet.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, 10, 17, 18, 19 oder 24, das/die des Weiteren wenigstens eine zusätzliche Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtung aufweist, welche eine Berührungsperiode aufweist, die sich um mehr als 5 % von der durchschnittlichen Berührungsperiode der anderen Vorrichtungen unterscheidet.
Verbesserungsstation oder Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 17, 19 oder 24, wobei die Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen Walzen aufweisen.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 10, 18 oder 32, das/die wenigstens 10 Walzen aufweist.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 10, 18 oder 32, das/die wenigstens 20 Walzen aufweist.
Verbesserungsstation oder Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 18 oder 32, die wenigstens 50 Walzen aufweist.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 19 oder 24, wobei die Beschichtungsstation eine diskontinuierliche Beschichtung (11) aufbringt.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 36, wobei die Beschichtungsstation die Beschichtung (11) als ein Streifenmuster aufbringt.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 37, wobei die dimensionslose Streifenbreite und die dimensionslosen Walzengrößen hinreichend sind, um eine Beschichtung mit einer dimensionslosen Mindestdicke von wenigstens 0,8 herzustellen.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 37, wobei wenigstens zehn Walzen vorhanden sind und die dimensionslose Streifenbreite und die dimensionslosen Walzengrößen hinreichend sind, um eine Beschichtung mit einer dimensionslosen Mindestdicke von wenigstens 0,8 herzustellen.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 19 oder 24, die des Weiteren eine Transferstation zum Transferieren der Beschichtung (11) von einem Trägermaterial (170) auf ein zweites Trägermaterial (190) aufweist.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 40, wobei die Transferstation ein Band (170) aufweist und die Beschichtungsstation ein Streifenmuster auf eine Nassregion des Bandes (170) ohne eine Dreiphasenbenetzungsgrenze an der Streifenauftragsregion aufbringt.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 19 oder 24, wobei ein oder mehrere Sensoren oder Steuerungselemente die Periode einer oder mehrerer der Aufnahme-und-Platzierungsvorrichtungen während des Betriebes der Vorrichtung ändern.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 19 oder 24, wobei die Beschichtung (11) in Form einer ungleichmäßigen Beschichtung aus Tröpfchen aufgebracht wird.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 19 oder 24, wobei die Beschichtung (11) in Form einer diskontinuierlichen Beschichtung aus Tröpfchen aufgebracht wird.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 19 oder 24, wobei die ungleichmäßige Beschichtung (11) eine periodische Dickenschwankung aufweist und wobei die Periode der Dickenschwankung, die Größe der Dickenschwankung oder die Periode der Berührung von einer oder mehreren der Vorrichtungen dergestalt geändert werden kann, dass Beschichtungsdefekte verringert oder minimiert werden.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 19 oder 24, die des Weiteren eine Trocknungsstation aufweist.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 46, wobei sich wenigstens ein Teil der Verbesserungsstation in die Trocknungsstation hinein erstreckt.