DE60224574T2

DE60224574T2 - Verfahren zum Verbessern der Gleichmäßigkeit einer Beschichtung

Info

Publication number: DE60224574T2
Application number: DE60224574T
Authority: DE
Inventors: James M. Saint Paul NELSON; Raghunath Saint Paul PADIYATH; Robert B. Saint Paul SECOR; Mark J. Saint Paul STEVENSON; Michael J. Saint Paul TICHY; Robert A. Saint Paul YAPEL
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2001-12-19
Filing date: 2002-11-01
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2022-11-02
Also published as: US6813820B2; EP1458545B1; EP1458545A1; WO2003053655A1; BR0214504A; JP2005512853A; TW200301188A; AU2002342259A1; US20030116881A1; DE60224574D1; US7615175B2; US20050008782A1; TWI256337B; KR20040068949A; ATE383236T1; KR100921583B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formen eines Extrudats wie zum Beispiel durch Aufbringen einer Beschichtung auf einem Substrat. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Extrusionsdüse zum Verbessern der Gleichmäßigkeit des Extrudats.
Die Produktion hochwertiger Artikel, insbesondere Elektronikartikel, Bandmaterial, optischer Artikel, fotografischer Artikel, fotothermografischer Artikel, thermografischer Artikel, Schleifmaterialien, Klebstoffe, Anzeigevorrichtungen und Pharmazeutika, beinhaltet das Aufbringen eines dünnen Films einer Beschichtungslösung auf ein sich kontinuierlich bewegendes Substrat oder eine sich kontinuierlich bewegende Bahn. Dünnfilme können mittels einer Vielzahl verschiedener Techniken aufgebracht werden, einschließlich Tauchbeschichtung, Vorwärts- und Umkehrwalzbeschichtung, Drahtwickelstabbeschichtung und Düsenbeschichtung. Zu Düsenbeschichtungsvorrichtungen gehören unter anderem Rakelbeschichtungsvorrichtungen, Schlitzbeschichtungsvorrichtungen, Gleitbeschichtungsvorrichtungen, Gleitvorhangbeschichtungsvorrichtungen, Falldüsenvorhangbeschichtungsvorrichtungen und Extrusionsbeschichtungsvorrichtungen. In der Literatur werden viele Arten von Beschichtungsvorrichtungen beschrieben, wie zum Beispiel von Edward Cohen und Edgar Gutoff, Modern Coating and Drying Technology, VCH Publishers, New York 1992, ISBN 3-527-28246-7, und Gutoff und Cohen, Coating and Drying Defects: Troubleshooting Operating Problems, Wiley Interscience, New York, ISBN 0-471-59810-0.
Die Düsenbeschichtung ist ein Prozess, bei dem ein druckbeaufschlagter Strom eines Beschichtungsmaterials durch einen inneren Verteilerkanal einer Düsenbeschichtungsvorrichtung bewegt wird und aus einem Austritts schlitz ausgegeben wird, um ein Band aus Beschichtungsmaterial zu bilden. Die Gleichmäßigkeit der Überzugsschicht richtet sich nach der Präzision des Beschichtungsschlitzes der Beschichtungsdüsen, durch welche die Überzugsschicht (oder das Extrudat) fließt. Beschichtungen können als eine einzelne Schicht oder als zwei oder mehr übereinander gelegte Schichten aufgebracht werden. Obgleich es in der Regel am zweckmäßigsten ist, dass das Substrat die Form einer durchgängigen Bahn hat, kann es auch zu einer Abfolge voneinander getrennter Folien geformt werden. Bei der Herstellung von beschichteten Produkten ist es im Allgemeinen wünschenswert, eine gleichmäßige Beschichtungsdicke zu erreichen, welche die kleinstmögliche Variation der Beschichtungsdicke aufweist. Dies gilt ganz besonders für Produkte für kritische optische oder elektronische Anwendungen.
Alle Düsenbeschichtungsvorrichtungen haben mindestens einen Schlitz. Jeder Schlitz hat eine Schlitzbreite, die der beschichteten Breite entspricht, eine Schlitzlänge, die der Entfernung von dem Verteilerkanalhohlraum zu dem Austritt des Schlitzes entspricht, und eine Schlitzhöhe, welche die schmale Abmessung des Schlitzes zwischen den zwei parallelen Flächen, die den Schlitz selbst definieren, ist. Eines der fundamentalen Probleme in Verbindung mit Düsenbeschichtungsvorrichtungen ist die Fähigkeit, einen gleichmäßigen Fluss je Breiteneinheit über die gesamte Breite des Schlitzes der Düse zu erreichen. Ein fundamentaler Problempunkt bei der Erreichung dieser Gleichmäßigkeit des Flusses und somit der kritischen Gleichmäßigkeit des beschichteten Produkts ist die Fähigkeit, eine Düse mit der bestmöglichen Präzision der Schlitz-"Höhe" herzustellen (zum Beispiel eine gleichmäßige Düsenschlitz-"Höhe" über die gesamte Breite des Schlitzes hinweg).
In einem Versuch, die Beschichtungsgleichmäßigkeit zu verbessern, sind schon verschiedene manuelle, mechanische, thermomechanische, piezomechanische, magnetostriktive und motorbetriebene Aktuatoren an Beschichtungsdüsen installiert worden, um den Düsenschlitz zu steuern. Die Aktuatoren können so angeordnet sein, dass eine individuelle Verschiebungskraft lokal über die Breite des Schlitzaustritts hinweg erzeugt wird. Da die lokale Abgaberate aus dem Schlitzaustritt an jedem Punkt über die Düsenbreite hinweg von dem lokalen Spalt abhängt, kann die Gleichmäßigkeit der Strömungsrate aus der Düse über die Breite hinweg gesteuert werden. US-Patent Nr. 5,587,184 offenbart eine Beschichtungsdüse mit einem Schlitzdickensteuermechanismus, der von dem Schlitzaustritt entfernt angeordnet ist.
Die Steuerung des Düsenschlitzes wird in der Regel durch Messen der Dicke des Films oder der Beschichtung an verschiedenen Punkten über dessen bzw. deren Breite hinweg mit einer Dickenlehre, wie zum Beispiel einer Betastrahlen-, Röntgenstrahlen- oder Lichtabsorptionslehre, bewerkstelligt. Mit Hilfe der Informationen von solchen Messungen kann ein Maschinenarbeiter manuell einen bolzenartigen Aktuator verstellen, der gegen die Beschichtungsdüse drückt. Alternativ kann ein Steuersystem die Aktivierung von Aktuatoren signalisieren, die gegen die Beschichtungsdüse drücken oder die Bolzen drehen, die gegen die Beschichtungsdüse drücken. Die manuelle Verstellung der Beschichtungsdüsen-Biegebolzen durch einen Maschinenarbeiter erfordert Ausbildung und Erfahrung. Es hat sich gezeigt, dass die Qualität des extrudierten oder beschichteten Produkts durch ein Regelkreis-Steuersystem verbessert werden kann, das die manuelle Verstellung durch den Maschinenarbeiter ersetzt.
Der Düsenschlitz ist bei der Erstmontage in der Regel nicht auf eine optimale Gleichmäßigkeit eingestellt.
Der Justierzyklus ist zeitaufwändig und führt in der Regel zu einem erheblichen Abfall an Beschichtungsmaterial und Substrat. Des Weiteren sind die Aktuatoren nicht wirklich voneinander unabhängig, sondern stehen miteinander in einer Wechselbeziehung. Das heißt, eine Verstellung eines Aktuators kann eine Verstellung benachbarter Aktuatoren erfordern. Folglich führt die mechanische Auflösung in der Maschinenquerrichtung (quer zur Bahn) in Verbindung mit den oben besprochenen Einschränkungen zu einer unzureichenden Genauigkeit des Düsenschlitzes.
US 4 142 010 betrifft Düsenanordnungen zum Extrudieren von Flüssigkeiten, insbesondere hoch-viskosen Flüssigkeiten, auf ein sich bewegendes Substrat. Die Düsenbaugruppe besteht aus einem Paar Platten, die durch Distanzscheibenmittel voneinander getrennt sind, um einen Fluiddurchgang zu definieren. Der Fluiddurchgang steht mit einem Fluidvorratsbehälter in Strömungsverbindung, der eine Öffnung aufweist, die durch glatte Flächen zum Berühren des Substrats begrenzt ist. Der Flüssigkeitsvorrat wird in dosierter Form dem Durchgang zugeführt. Das Substrat wird in Kontakt mit den glatten Flächen bewegt, und die Flüssigkeit wird mittels des Vorratsbehälters darauf aufgebracht. Die hintere oder stromabwärtige Kante der glatten Oberfläche ist mit einem spitzen Winkel ausgebildet.
US 3 241 183 betrifft Düsen zum Extrudieren von Kunststofffilm. Die Extrusionsdüse umfasst ein Paar in Längsrichtung ausgerichteter, länglicher, gegeneinander stoßender Stützblöcke, die an einem Ende einen Austrittsspalt aufweisen. In einem der Stützblöcke ist ein flexibler Einsatz angeordnet, wobei ein Randabschnitt des flexiblen Einsatzes eine Lippe des Austrittsspalts definiert. Ein Düsenhohlraumeinsatz ist direkt gegenüber dem flexiblen Einsatz angeordnet und an dem anderen Stützblock montiert. Ein Randabschnitt des Düsen hohlraumeinsatzes ist gegenüber der einen Lippe angeordnet und definiert die andere Lippe des Austrittsspalts. Die Extrusionsdüse umfasst des Weiteren ein Mittel an dem Austrittsspalt-Ende der Düse zum Verstellen der Position des flexiblen Einsatzes, um dadurch den Austrittsspalt zu verstellen, ein Mittel am Ende der Düse gegenüber dem Austrittsspalt-Ende, das in dem Bereich der Berührung zwischen den zwei Stützblöcken positioniert ist, zum Verstellen der relativen Position der zwei Stützblöcke und somit zum Verstellen des Austrittsspalts, und ein Klemmmittel zum Befestigen der beiden Stützblöcke in einem Klemmeingriff miteinander.
Die Erfindung wird durch die Merkmale der Ansprüche definiert und betrifft ein Verfahren zum Formen von Extrudat mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Dicke. Es wird eine Distanzscheibe gebildet, die eine Dickenvariation von maximal etwa 0,5 Mil (13 Mikron) an insgesamt angezeigter Unrundheit aufweist. Diese Distanzscheibe ist zwischen einem ersten Werkzeugabschnitt mit einer ersten Oberfläche und einem zweiten Werkzeugabschnitt mit einer zweiten Oberfläche angeordnet. Ein Schlitz ist zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche ausgebildet. Der Schlitz hat eine Höhenmaß, das im Wesentlichen gleich der Dicke der Distanzscheibe ist. Fließfähiges Material wird durch den Schlitz extrudiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In dieser Offenbarung sind alternative Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht. In allen Zeichnungen werden gleiche Bezugszahlen verwendet, um gemeinsame Merkmale oder Komponenten dieser Vorrichtungen zu bezeichnen.
1 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Beschichtungsdüse.
2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 in 1.
3 ist eine Querschnittsansicht einer alternativen beispielhaften Beschichtungsdüse.
4 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Distanzscheibe, die in einer Beschichtungsvorrichtung verwendet wird.
5 ist ein Kurvendiagramm, das die Auswirkung der insgesamt angezeigten Unrundheit eines Schlitzes auf die Fließgleichmäßigkeit von Extrudat veranschaulicht, das aus einem Schlitz austritt.
5A ist ein Schaubild des erfindungsgemäßen Schleifprozesses mit einer flachen Distanzscheibe.
5B ist ein Schaubild des erfindungsgemäßen Schleifprozesses mit einer profilierten Distanzscheibe.
6 ist eine perspektivische Ansicht einer Vakuum-Aufspannvorrichtung.
6A ist eine Draufsicht auf eine Vakuum-Aufspannvorrichtung.
6B ist ein teilweiser Querschnitt einer Vakuum-Aufspannvorrichtung.
7 ist eine Querschnittsansicht der Beschichtungsdüse von 3 mit angebrachten Armaturen.
8 ist eine alternative Querschnittsansicht der Beschichtungsdüse von 3 mit angebrachten Armaturen.
9 ist eine alternative Querschnittsansicht der Beschichtungsdüse von 3.
10 ist eine Draufsicht auf eine beispielhafte Armatur.
11 ist eine Seitenansicht einer beispielhaften Armatur.
12 ist ein Kurvendiagramm, das die Auswirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Gleichmäßigkeit des Schlitzes veranschaulicht.
13 ist ein Kurvendiagramm, das die Auswirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Gleichmäßigkeit des Schlitzes veranschaulicht.
14 ist ein Kurvendiagramm, das die Auswirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Gleichmäßigkeit des Flusses veranschaulicht.
Obgleich die oben genannten Zeichnungsfiguren alternative Ausführungsformen der in der Erfindung verwendeten Vorrichtung darlegen, kommen auch andere Ausführungsformen in Betracht, wie in der Besprechung angemerkt wird. In allen Fällen stellt diese Offenbarung die Erfindung in veranschaulichender und nicht in einschränkender Form dar. Es versteht sich, dass der Fachmann zahlreiche weitere Modifikationen und Ausführungsformen ersinnen kann, die in den Geltungsbereich und Geist der Prinzipien der Erfindung fallen.
1 und 2 veranschaulichen eine Art einer Beschichtungsvorrichtung, in dieser Ausführungsform eine Gleitbeschichtungsvorrichtung 20, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt ist. 1 ist eine perspektivische Ansicht der Gleitbeschichtungsvorrichtung 20, und 2 ist eine Querschnittsansicht der Gleitbeschichtungsvorrichtung 20 entlang der Linie 2-2 von 1. Die Gleitbeschichtungsvorrichtung 20 enthält die Düsenbaugruppe 22, die gegenüber der sich vorwärts bewegenden Bahn 24 angeordnet ist, die durch die Stützwalze 26 gestützt wird. Die Düsenbaugruppe 22 sitzt auf der Grundplatte 40 und enthält eine Reihe von Düsenblöcken 28A, 28B, 28C, die jeweils mit Verteilerkanalhohlräumen 30A, 30B, 30C konfiguriert sind, die mit einer Reihe von Düsenschlitzen 32A, 32B bzw. 32C in Strömungsverbindung stehen. Eine Reihe von Distanzscheiben 33A, 33B, und 33C sind zwischen den einzelnen Düsenblöcken 28A, 28B und 28C angeordnet. Beschichtungsmaterial, das in die Verteilerkanalhohlräume 30A, 30B und 30C eingeleitet wird, wird aus den Schlitzen 32A, 32B, 32C extrudiert und gleitet die Gleitflächen 34A, 34B, 34C hinab, um auf die sich vorwärts bewegende Bahn 24 beschichtet zu werden.
Wie erwähnt, wird jeder Düsenschlitz 32 durch eine Distanzscheibe 33 gebildet. Durch Anordnen einzelner Distanzscheiben 33 zwischen Abschnitten der Düsenbaugruppe 22 (in dieser Ausführungsform die Düsenblöcke 28A, 28B und 28C) wird ein Raum zwischen diesen Abschnitten aufrecht erhalten, wodurch die Düsenschlitze 32A, 32B und 32C entstehen. Die Schlitzhöhe "H" (siehe 1) ist die schmale Abmessung jedes Schlitzes 32. Die Distanzscheiben 33 verleihen der Düsenbaugruppe 22 Flexibilität, da ein Vergrößern oder Verkleinern der Höhe des Schlitzes dadurch erreicht werden kann, dass man einzelne Distanzscheiben 33 durch dickere bzw. dünnere ersetzt. Es ist anzumerken, dass in der gesamten Anmeldung auf Elemente allgemein Bezug genommen werden kann, indem die Bezugszahl (zum Beispiel Distanzscheiben 33) verwendet wird, und speziell Bezug genommen werden kann, indem eine Bezugszahl mit einem angehängten Buchstaben (zum Beispiel Distanzscheibe 33A, 33B und 33C) verwendet wird.
Die Fläche 42A an dem Düsenblock 28A und die Fläche 44A an dem Düsenblock 28B nehmen eine erste und eine zweite Fläche 45A und 45B an der Distanzscheibe 33A in Eingriff. Der Schlitz 32A befindet sich zwischen den zwei parallelen Flächen 50A und 52A. Diese Abmessung kann zwar jede beliebige Distanz sein, doch sie ist in der Regel relativ zur Größe der Gleitbeschichtungsvorrichtung 20 viel kleiner, als es zu beispielhaften Zwecken veranschaulicht wurde. Die Schlitzlänge "L" (siehe 2) entspricht der Entfernung von jedem Verteilerkanal (zum Beispiel Verteilerkanalhohlraum 30A) zu jeder Gleitfläche (zum Beispiel Gleitfläche 34A). Die Schlitzbreite "W" (siehe 1) entspricht der Breite der Überzugsschicht (oder des Extrudats). In der hier besprochenen Ausführungsform wird die beschichtete Breite durch die Randführungen 38 bestimmt. Die Ausrichtfläche 42A an dem Block 28A ist dafür konfiguriert, eine entsprechende erste Fläche 45A der Distanzscheibe 33A in Eingriff zu nehmen. Die Fläche 44A ist dafür konfiguriert, eine entsprechende zweite Fläche 45B der Distanzscheibe 33A in Eingriff zu nehmen. Die Flächen 42A, 45A, 45B und 44A sind vorzugsweise parallel, so dass der Schlitz 32A eine gleichmäßige Höhe "H" mit Bezug auf die Flächen 50A und 52A hat.
Die Düsenschlitze 32B und 32C sind in einer ähnlichen Weise ausgebildet. Der Düsenschlitz 32B wird dadurch gebildet, dass die Fläche 42B an dem Block 28B und die Fläche 44B an dem Block 28C eine ersten und eine zweite Fläche 46A und 46B an der Distanzscheibe 33B in Eingriff nehmen. Die Schlitzhöhe "H" wird durch den Spalt zwischen den zwei parallelen Flächen 50B und 52B definiert. Die Schlitzlänge "L" entspricht der Entfernung von dem Verteilerkanalhohlraum 30B zu der Gleitfläche 34B. Die Schlitzbreite "W" wird durch die Randführungen 38 bestimmt. Die Ausrichtfläche 42B an dem Block 28B ist dafür konfiguriert, eine entsprechende erste Fläche 46A an der Distanzscheibe 33B in Eingriff zu nehmen.
Die Ausrichtfläche 44B an dem Block 28C ist dafür konfiguriert, eine entsprechende zweite Fläche 46B an der Distanzscheibe 33B in Eingriff zu nehmen. Die Flächen 42B, 46A, 46B und 44B sind vorzugsweise parallel, so dass der Schlitz 32B eine gleichmäßige Höhe "H" mit Bezug auf die Flächen 50B und 52B hat.
Der Düsenschlitz 32C wird dadurch gebildet, dass die Fläche 42C an dem Düsenblock 28C und die Fläche 44C an dem stromaufwärtigen Block 36 eine erste und eine zweite Fläche 47A und 47B an der Distanzscheibe 33C in Eingriff nehmen. Die Schlitzhöhe "H" wird durch den Spalt zwischen den zwei parallelen Flächen 50C und 52C definiert. Die Schlitzlänge "L" entspricht der Entfernung von dem Verteilerkanalhohlraum 30C zu der Gleitfläche 34C. Die Schlitzbreite "W" wird durch die Randführungen 38 bestimmt. Die Ausrichtfläche 42C an dem Block 28C ist dafür konfiguriert, eine entsprechende erste Fläche 47A an der Distanzscheibe 33C in Eingriff zu nehmen. Die Ausrichtfläche 44C an dem stromaufwärtigen Block 36 ist dafür konfiguriert, eine entsprechende zweite Fläche 47B an der Distanzscheibe 33C in Eingriff zu nehmen. Die Flächen 42C, 47A, 47B und 44C sind vorzugsweise parallel, so dass der Schlitz 32C eine gleichmäßige Höhe "H" mit Bezug auf die Flächen 50C und 52C hat.
Obgleich drei Schlitze veranschaulicht sind, ist anzumerken, dass dies lediglich beispielhaften Zwecken dient. Es kann jede beliebige Anzahl von Düsenschlitzen (mit entsprechenden Distanzscheiben) verwendet werden, ohne dass der Geltungsbereich der Erfindung verlasen wird.
Wie besprochen, ist ein fundamentales Problem bei allen Düsenbaugruppen, wie zum Beispiel der Düsenbaugruppe 22, die Fähigkeit, einen gleichmäßigen Fluss des Materials durch jeden Schlitz 32 je Flächeneinheit über die Breite "W" der Düsenbaugruppe 22 hinweg zu bewerkstelligen. Ein wichtiges Kriterium zum Erreichen einer Gleichmäßigkeit des Flusses und damit einer kritischen Gleichmäßigkeit der Beschichtung ist die Fähigkeit, die Schlitze 32A, 32B und 32C so herzustellen, dass eine exakt gleichmäßige Düsenschlitzhöhe "H" entsteht. Wie in der PCT-Publikation WO 00/06364 besprochen, kann das Ausbilden der Ausrichtflächen 42A, 42B, 42C, 44A, 44B und 44C und der Schlitzflächen 50A, 52A, 50B, 52B, 50C und 52C an den Düsenblöcken 28A, 28B und 28C (wie zum Beispiel durch Schleifen) auf eine geringe angezeigte Gesamt-Unrundheit die Präzision der Schlitzhöhe erhöhen.
Eine alternative Art der Nutzung einer Distanzscheibe ist durch die Extrusionsbeschichtungsdüse 70 in 3 veranschaulicht. Diese Düsenart wird in der PCT-Publikation WO 95/29764 näher besprochen. Die Beschichtungsflüssigkeit 71 wird durch eine Pumpe 72 zu der Düse 70 geleitet, um auf die sich bewegende Bahn 24, die durch eine Stützwalze 26 gestützt wird, aufgetragen zu werden. Die Beschichtungsflüssigkeit wird durch einen Kanal 74 zu einem Verteilerkanalhohlraum 76 geleitet, um durch einen Schlitz 78 hindurch verteilt zu werden, und wird auf die sich bewegende Bahn 24 beschichtet (oder als Extrudat extrudiert). Die Beschichtungsflüssigkeit 71 kann eine von zahlreichen Flüssigkeiten oder anderen Fluiden sein. Die Düse 70 ist in einen oberen Abschnitt 80 und einen unteren Abschnitt 82 unterteilt. Die Höhe "H" des Schlitzes 78 kann gesteuert werden, indem man eine C-förmige Distanzscheibe 84 zwischen den oberen Abschnitt 80 und den unteren Abschnitt 82 der Düse 70 schiebt. Die Distanzscheibe 84 sowie die Distanzscheiben 33, die mit Bezug auf 1 besprochen wurden, können aus Kunststoff, vernickeltem Blech, Messing, Edelstahl oder magnetischem Edelstahl bestehen. In der Regel kann jedes maschinell bearbeitbare Metall für die Distanzscheiben in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Eine Oberseite 86 der Distanzscheibe 84 nimmt eine Ausrichtfläche 80A des oberen Abschnitts 80 der Düse 70 in Eingriff. Eine Unterseite 88 der Distanzscheibe 84 nimmt eine Ausrichtfläche 82B des unteren Abschnitts 82 der Distanzscheibe 84 in Eingriff. Befestigungselemente (wie zum Beispiel Schraubbolzen) werden in der Regel dafür verwendet, um die verschiedenen Abschnitte der Extrusionsdüse 70 (die mit Bezug auf die 7–9 besprochen und veranschaulicht wurden) miteinander zu verbinden.
Eine typische Distanzscheibe, die in der Extrusionsdüse 70 verwendet wird, ist in 4 bei 84 veranschaulicht. Endabschnitte 54A und 54B der Distanzscheibe 84 sind zusammen mit dem hinteren mittleren Abschnitt 56 so angeordnet, dass die Distanzscheibe 84 eine "C"-Form annimmt. Die Oberseite 86 und die Unterseite 88 an der Distanzscheibe 84 werden verwendet, um die die Ausrichtflächen 80A und 82B des oberen und des unteren Abschnitts 80 und 82 der Extrusionsdüse 70 in Eingriff zu nehmen (ähnlich der Besprechung mit Bezug auf die Flächen 45A und 45B der Distanzscheibe 33 in den 1 und 2). Der Spalt 60 zwischen den Endabschnitten 54A und 54B bildet die Breite des Extrusionsschlitzes 78. Befestigungselement-Löcher 62 zeigen beispielhafte Positionen von Befestigungselementen (mit Bezug auf die 7–9 besprochen), die sich durch die Distanzscheibe 84 hindurch erstrecken und die Extrusionsdüse 70 zusammenhalten. Ein erstes und ein zweites Schlitzloch 62A bzw. 62B sind so angeordnet, dass ein Verändern des Drehmoments auf Befestigungselemente, die durch diese Löcher hindurchgeführt sind, eine Feineinstellung der Höhe jedes Endes des Extrusionsschlitzes 78 (der durch den Spalt 60 definiert ist), bewirken kann.
Obgleich die obigen zwei Vorrichtungs-Ausführungsformen Beschichtungsdüsen sind, versteht es sich, dass auch die Verwendung der Erfindung mit anderen Arten von Extrusionsdüsen in Betracht gezogen wird. Zum Beispiel wird die Verwendung einer Thermoplastfolien-Extrusionsdüse, die kein Substrat (oder keine Bahn) in dem Extrusionsprozess verwendet, ebenfalls durch die Erfindung in Betracht gezogen.
Wie mit Bezug auf die 1–4 veranschaulicht und besprochen wurde, ist es bekannt, Distanzscheiben zu verwenden, um den oder die Schlitze der Düse zu bilden, wenn sie zwischen zwei Düsenhälften für Beschichtungsvorrichtungen vom Schlitztyp angeordnet werden. Die Distanzscheibe bietet die Flexibilität, die Düsenschlitzhöhe zu verändern, indem eine Distanzscheibe einer Dicke durch eine Distanzscheibe einer zweiten Dicke ersetzt wird. Diese Änderung wird je nach den Beschichtungsanforderungen für eine bestimmte Anwendung, wie zum Beispiel Strömungsrate, Viskosität, Beschichtungsleistung und Fließgleichmäßigkeitsverteilung, oft benötigt. Des Weiteren ermöglichen Distanzscheiben das Ändern der Beschichtungsbreite bei einem bestimmten Düsenverteilerkanal-Aufbau. Anstatt also die Verwendung einer komplett anderen Düse zu erfordern, kann die Düse durch die Verwendung einer anderen Distanzscheibe modifiziert werden.
Beim Bau der Düse werden die Düsenabschnitte selbst auf einen hohen Präzisionsgrad geschliffen (wie in der PCT-Publikation WO 00/06364 besprochen). In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Distanzscheiben ebenfalls präzise geschliffen. Früher wurden Distanzscheiben wie zum Beispiel jene, die zur Verwendung mit den in den 1–4 veranschaulichten Beschichtungsdüsen beschrieben wurden, aus handelsüblichem Präzisionsdistanzscheiben-Ausgangsmaterial geschnitten. Die Distanzscheiben bestehen in der Regel aus Materialien wie Kunststoff, Messing oder Edelstahl. Die beste Toleranzspezifikation für das handelsübliche Edelstahldistanzscheiben-Ausgangsmaterial ist in der Regel etwa 0,001 Inch (25,4 Mikron) für ein 0,010 Inch (254 Mikron) dickes Distanzscheiben-Ausgangsmaterial (oder 10% Variabilität). Das bedeutet, dass das Verwenden von Distanzscheiben allgemein zu einer höheren insgesamt angezeigten Unrundheit (Total Indicated Runout – TIR) jedes Schlitzes führte. Das hatte eine größere Variation der Schlitzgleichmäßigkeit zur Folge, was wiederum zu einer größeren Variation der Beschichtungsdicke quer zur Bahn führte. Eine andere Möglichkeit, die Variabilität der Dicke der Schlitze und der Distanzscheiben zu besprechen, ist anhand der Variabilität. Variabilität ist die TIR des gemessenen Gegenstandes (zum Beispiel Schlitz oder Distanzscheibe), geteilt durch die mittlere Dicke des Gegenstandes, mal 100. Die vorliegende Erfindung verringert die Variabilität der Distanzscheibendicke auf etwa 1 Prozent oder weniger. Folglich kann die Variabilität der Düsenschlitzhöhe auf etwa 1 Prozent oder weniger verringert werden. Insbesondere beeinflusst diese Verringerung der Variabilität der Distanzscheiben von weniger als etwa 30 Mil (760 Mikron) ganz erheblich die resultierende Gleichmäßigkeit des Extrudatflusses.
Die Beziehung zwischen dem Fluss in den Düsenschlitzen (wie zum Beispiel 32A, 32B, 32C und 78 in die ersten zwei Düsen-Ausführungsformen) und der Schlitzgeometrie für ein Kraftgesetz-Fluid ist durch folgende Gleichung gegeben:
wobei Q/W der Fluss je Einheitsbreite ist, H die Schlitzhöhe ist, ΔP der Druckunterschied zwischen dem Eintritt und dem Austritt des Schlitzes ist, L die Schlitzlänge ist, K der Konsistenzindex ist und n der Kraftgesetzindex ist. Für Newtonsche Fluide n = 1 und K = μ, die Newtonsche Viskosität. Diese Beziehung wird in Bird, Armstrong und Hassager, Dynamics of Polymeric Liquids, Band 1, Wiley & Sons, New York, 1987 ISBN 0-471-80245-X (Band 1), besprochen.
In den Düsen-Ausführungsformen, die in den 1–4 veranschaulicht sind, richtet sich die Gleichmäßigkeit der Düsenschlitzhöhe "H" jedes Düsenschlitzes nach der insgesamt angezeigten Unrundheit (oder "TIR"), d. h. der Ebenheit jeder der Ausrichtflächen 42A, 44A, 42B, 44B, 42C, 44C, 80A, 82B. Außerdem richtet sich die Gleichmäßigkeit der Düsenschlitzhöhe nach der TIR der Dicke der Distanzscheiben 33 und 84. Diese steht in Beziehung zur TIR der Distanzscheibenflächen 45A, 45B, 46A, 46B, 47A, 47B, 86 und 88.
Die Messung der "TIR" ist ein Anzeichen der Toleranz, Präzision und Ebenheit der Flächen. Die TIR ist gleich dem Maximalwert des gemessenen Gegenstandes minus dem Minimalwert des gemessenen Gegenstandes. Obgleich die TIR ein Messwert ist, der in der Regel von Maschinenbedienern verwendet wird, impliziert dies nicht, dass das einzige Verfahren zum Erhalten der präzisen Toleranzen die maschinelle Bearbeitung ist. Es können, ganz im Gegenteil, auch andere Techniken verwendet werden. Die Fläche kann unter anderem durch Verfahren wie zum Beispiel Schleifen (wird später noch besprochen), chemisches Ätzen oder Sputtern gebildet werden, um eine Fläche auf eine geringstmögliche Toleranz (oder größtmögliche Präzision) zu bearbeiten.
In der vorliegenden Erfindung erhöht ein Erhöhen der Präzision der Distanzscheibenflächen (wie zum Beispiel durch Schleifen) die Gleichmäßigkeit des Flusses (oder anders ausgedrückt: die Querschnittsgleichmäßigkeit der Dicke des Extrudats) aus jedem Schlitz 32. Wenn zum Beispiel jeder der Schlitze eine angezeigte Unrundheit von t hat, so ist die prozentuale Gleichmäßigkeit des Flusses aus den Schlitzen 32A, 32B, 32C gleich:
wobei H und n der obigen Definition entsprechen. Werte der prozentualen Gleichmäßigkeit werden als (maximaler Fluss – minimaler Fluss)/mittleren Fluss × 100% berechnet. 0% entspricht einem perfekt gleichmäßigen Profil quer zur Bahn.
5 veranschaulicht den Einfluss von Variation und Größenordnung der Schlitzhöhe auf die Fließgleichmäßigkeit für eine Newtonsche Flüssigkeit unter Verwendung der obigen Formel. Das Kurvendiagramm veranschaulicht das Profil quer zur Bahn (d. h. die Dickenvariation) für Material, das durch einen Schlitz mit folgenden TIR fließt:

1) etwa 40 Mikroinch (1,0 Mikron) (Bezugszahl 53A)
2) etwa 80 Mikroinch (2,0 Mikron) (Bezugszahl 53B)
3) etwa 120 Mikroinch (3,0 Mikron) (Bezugszahl 53C)
4) etwa 160 Mikroinch (4,1 Mikron) (Bezugszahl 53D)
5) etwa 200 Mikroinch (5,1 Mikron) (Bezugszahl 53E)
6) etwa 300 Mikroinch (7,6 Mikron) (Bezugszahl 53F)
7) etwa 400 Mikroinch (10,2 Mikron) (Bezugszahl 53G)
8) etwa 500 Mikroinch (12,7 Mikron) (Bezugszahl 53H)
9) etwa 600 Mikroinch (15,2 Mikron) (Bezugszahl 53I)
10) etwa 700 Mikroinch (17,8 Mikron) (Bezugszahl 53J)
11) etwa 800 Mikroinch (20,3 Mikron) (Bezugszahl 53K)
12) etwa 900 Mikroinch (22,9 Mikron) (Bezugszahl 53L)
13) etwa und 1000 Mikroinch (25,4 Mikron) (Bezugszahl 53M)

Wie veranschaulicht, nimmt bei abnehmender Schlitzhöhe die Fließvariation drastisch zu. Eine Verringerung der TIR der Flächen, die den Schlitz bilden, hat die Auswirkung einer deutlichen Verringerung der prozentualen Variation des Materialflusses durch den Schlitz. Somit ist klar, dass die Gleichmäßigkeit der Schlitzhöhe eine grundsätzliche Auswirkung auf die Gleichmäßigkeit der Beschichtung quer zur Bahn hat.
Da die TIR der Distanzscheibendicke (zum Beispiel der Flächen 45A, 45B, 46A, 46B, 47A, 47B, 86 und 88) die TIR des Schlitzes direkt beeinflusst, verringert ein Verbessern der Distanzscheibe auf Toleranzen, die kleiner als bei dem handelsüblichen Distanzscheiben-Ausgangsmaterial sind, Schwankungen der Gleichmäßigkeit des Flusses durch Düsen mit Schlitzen, während obendrein dem Düsendesign Flexibilität verliehen wird. Dadurch werden die Gleichmäßigkeitsgrenzen überwunden, die vorhanden sind, wenn herkömmliche Distanzscheiben in Düsen von Beschichtungsvorrichtungen verwendet werden.
Um diese Distanzscheibe mit verbesserter Toleranz herzustellen, wird herkömmliches Distanzscheiben-Ausgangsmaterial aus Metall, in der Regel Edelstahl, gewählt (obgleich jegliche der zuvor erwähnten Materialien verwendet werden können). Dieses Material hat ein größeres Dickenmaß als die letztendlich gewünschte Dicke. Wie in 5A veranschaulicht, wird eine erste Seite (oder erste Fläche) 90 eines Distanzscheibenmaterials 92 unter Verwendung einer Schleifmaschine 94 geschliffen. Die Schleifmaschine 94 ist vorzugsweise eine Präzisionsschleifmaschine, die ein Schleifen des Distanzscheibenmaterials 92 auf eine Präzision von 5% Variabilität gestattet. Ganz besonders bevorzugt ist die Schleifmaschine in der Lage, auf weniger als etwa 80 Mikroinch (2 Mikron) Unrundheit über einen 80 Inch (2 Meter) langen Teil zu schleifen. Zu Beispielen für Hersteller von Schleifmaschinen, die für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden können, gehören Cranfield Precision, ein Unternehmensbereich von Unova UK, Cranfield, England, Elb-Schliff GmbH, Babenhausen, Deutschland, Okamoto Machine Tool Works, Ltd., Atsugi, Japan, und Waldrich Coburg GmbH, Coburg, Deutschland. Es kommen auch andere Hersteller von Präzisionsschleifmaschinen, die hier nichtausdrücklich genannt sind, in Frage. Je besser die Ebenheits- und Parallelitätsfähigkeiten der Schleifmaschine 94, desto geringer ist die Variation (oder TIR) an der entstandenen Distanzscheibe. Nachdem die erste Seite 90 behandelt wurde, wird das Distanzscheibenmaterial 92 auf die andere Seite gedreht, und die zweite Seite (oder zweite Fläche) 96 wird mit derselben Schleifmaschine 94 geschliffen. Schleifen und Drehen des Distanzscheibenmaterials 92 können wiederholt werden, bis das Distanzscheibenmaterial 92 die gewünschte Dicke erreicht hat. Die fertige Distanzscheibe (wie zum Beispiel die Distanzscheibe 84, die in 4 veranschaulicht ist) wird dann aus dem geschliffenen Distanzscheibenmaterial 92 lasergeschnitten. Alternativ kann die Distanzscheibe vor dem Schleifen aus dem Distanzscheibenmaterial geschnitten werden.
Das Ergebnis ist eine Variation der Distanzscheibendicke von maximal etwa 0,5 Mil (13 Mikron) TIR oder 5% Variabilität für eine Distanzscheibe von 10 Mil (250 Mikron). Wenn die Ausrichtflächen 80A und 82B des oberen Werkzeugabschnitts 80 und des unteren Werkzeugabschnitts 82 unter Verwendung der Präzisionsschleifmaschine geschliffen werden, wie in PCT WO 00/06364 besprochen, so ist das Endergebnis eine TIR von 4 Mikron oder weniger für den Schlitz 78.
Während eine Ausführungsform die Präzisionsschleifmaschine verwendet, um das Distanzscheibenmaterial 92 innerhalb einer minimalen Toleranz auf im Wesentlichen die gleiche Dicke zu bringen, kann eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Präzisionskronenschleifmaschine 94A verwenden (wie zum Beispiel die Schleifmaschine Modell 0-15 SNC-Q 2020 × 2500 mm von Waldrich Coburg), um die Distanzscheibe 92A so herzustellen, dass sie einen profilierten Querschnitt (d. h. eine veränderliche Dicke) aufweist, wie in 5B veranschaulicht. Profilierte Distanzscheiben 92A erweitern die Flexibilität eines bestimmten Verteilerkanaldesigns durch bewusstes Verändern der Höhe des Verteilerkanalschlitzes 78.
Die Endprozessanwendung kann vorschreiben, dass, obgleich die Toleranz des Schlitzes der Düse präzise sein muss (wie zuvor beschrieben), der Schlitz in der Höhe möglicherweise variieren muss. Somit muss die Distanzscheibe möglicherweise einen veränderlichen Querschnitt haben. Zum Beispiel lässt sich die in 3 veranschaulichte Extrusionsdüse in zwei Hauptkonstruktionstypen unterteilen: einen T-Verteilerkanal (auch als ein Verteilerkanal mit "unendlichem Hohlraum" bezeichnet) und den Kleiderbügel-Verteilerkanal. Beide Typen sind in der Literatur beschrieben, wie zum Beispiel Robert Secor, "Analysis and Design of Internal Coating Die Cavities" in Stephan Kistler und Peter Schweizer, Liquid Film Coating, Chapman & Hall, Großbritannien, 1997, ISBN 0-412-06481-2. Bei dem T-Verteilerkanal-Design hat der Verteilerkanalhohlraum 76 einen konstanten Querschnitt, und der Schlitz 78 hat eine konstante Länge über die Breite des Verteilerkanalhohlraums 76 hinweg.
Bei dem mittig gespeisten T-Verteilerkanal-Design (das aus der Secor-Verweisquelle bekannt und dort beschrieben ist) ist der Druckabfall der Beschichtungsflüssigkeit seitlich in dem Verteilerkanalhohlraum 76 im Vergleich zu dem Druckabfall der Beschichtungsflüssigkeit über die Länge des Schlitzes 78 von dem Verteilerkanalhohlraum 76 zum Austritt des Düsenschlitzes 78 sehr gering gehalten. Wenn der Druckabfall im Verteilerkanal (aufgrund einer zu hohen Strömungsrate, eines zu kleinen Hohlraums oder der Lösungsrheology) zu hoch ist, so kommt es in der Regel zu einem quer zur Bahn verlaufenden "Runzel"-Profil in der Beschichtungsdicke entlang der Breite der Überzugsschicht (mit einer größeren Dicke in der Mitte als an den Rändern). Wenn der Verteilerkanalhohlraum 76 ein am Ende gespeistes T-Verteilerkanal-Design ist (das aus der Secor-Verweisquelle bekannt und dort beschrieben ist) und der seitliche Druckabfall in dem Verteilerkanalhohlraum 76 relativ zu dem Druckabfall am Schlitz zu hoch ist, so kommt es zu einem Beschichtungsprofil mit höherer Dicke entsprechend der Zufuhrseite der Düse. Die profilierte Distanzscheibe 92A kann dafür verwendet werden, die Form des Düsenschlitzes 78 zu verändern, um diesem Profil gegenzusteuern und ein Extrudat zu erzeugen, das in der Richtung quer zur Bahn gleichmäßig ist. Obgleich 5B eine profilierte Distanzscheibe 92A mit einem bestimmten Profil zeigt (mit zunehmender Dicke entlang der Breitenabmessung der Distanzscheibe 92A), versteht es sich, dass jedes beliebige Profil gemäß der Endanwendung verwendet werden kann. Zum Beispiel kann das Dickenprofil unter anderem so variieren, dass die profilierte Distanzscheibe 92A zur Mitte der Breitenabmessung der Distanzscheibe 92A hin allmählich dicker wird, zur Mitte der Breitenabmessung der Distanzscheibe 92A hin allmählich dünner wird oder entlang der Brei tenabmessung der Distanzscheibe 92A allmählich dicker wird.
Gleichermaßen werden bei einem Kleiderbügel-Verteilerkanal-Design die Größe des Querschnitts des Verteilerkanalhohlraums 76 und die Länge des Schlitzes 78 mit zunehmender Entfernung von der Einspeisungsstelle des Verteilerkanalhohlraums 76 kleiner. Die grundsätzliche Problematik bei der Erreichung der Gleichmäßigkeit des Flusses (und somit der kritischen Gleichmäßigkeit des beschichteten Produkts) beinhaltet die Fähigkeit, die Geometrie des Verteilerkanalhohlraums 76 und des Schlitz 78 an die Eigenschaften der Beschichtungsflüssigkeit und die Bedingungen der Beschichtungsverarbeitung anzupassen, sowie die Fähigkeit, eine Düse herzustellen, bei der sich die Geometrie des Verteilerkanalhohlraums 76 so nahe wie möglich an dem beabsichtigten Design orientiert.
Bei der Konstruktion von Kleiderbügel-Verteilerkanälen in Extrusionsdüsen verteilt ein bestimmtes Verteilerkanal-Design allgemein lediglich Beschichtungsflüssigkeiten mit ähnlichen Materialeigenschaften gleichmäßig über einen kleinen Bereich von Durchsatzraten. Das liegt daran, dass der Verteilerkanal in der Regel dafür ausgelegt ist, unter Berücksichtigung einer spezifischen Strömungsrate und der Materialeigenschaften einer spezifischen Flüssigkeit oder einer kleinen Anzahl von Flüssigkeiten die beste Gleichmäßigkeit quer zur Bahn zu erreichen. Die Verwendung von Flüssigkeiten mit anderen Materialeigenschaften als denen, für die der Verteilerkanal konstruiert wurde, hat allgemein eine weniger gleichmäßige Verteilung quer zur Bahn zur Folge. Gleichermaßen verschlechtert das Ändern der Strömungsrate der Beschichtungsflüssigkeit durch den Düsenverteilerkanal hindurch allgemein die Fließgleichmäßigkeit (obwohl die Gleichmäßigkeit im Allgemeinen weniger für Strömungsratenänderungen als für Änderungen der Materialeigenschaften empfindlich ist). Infolge dessen geht es beim Verteilerkanal-Designprozess um das Auswählen zweckmäßiger Kompromisse, damit die geforderte Gleichmäßigkeit über das gesamte Designfenster hinweg erhalten wird.
Wenn ein Kleiderbügel-Verteilerkanal für einen breiten Bereich an Bedingungen ausgelegt wird, so kann es von Vorteil sein, eine Distanzscheibe herzustellen, die eine zuvor festgelegte ungleichmäßige Dicke aufweist, wie zum Beispiel die in 5B veranschaulichte Distanzscheibe 92A. Ein Beispiel ist ein Kleiderbügel-Verteilerkanal-Design in einer Anwendung, die das Erreichen einer annehmbaren Gleichmäßigkeit für die Extrusion zweier verschiedener Materialien bei gleichzeitigem Beibehalten einer relativ kurzen Flüssigkeitsverweildauer in dem Verteilerkanalhohlraum verlangt.
Die prognostizierte Gleichmäßigkeit quer zur Bahn für zwei beispielhafte Flüssigkeiten (oder Extrudate) ist in den Tabellen 1 und 2 angeführt. Diese Prognosen des Profils quer zur Bahn sind die Ergebnisse von Berechnungen auf der Grundlage von Masse- und Momenterhaltungsprinzipien, wie sie in der Literatur beschrieben sind, wie zum Beispiel Robert Secor, "Analysis and Design of Internal Coating Die Cavities" in Stephan Kistler und Peter Schweizer, Liquid Film Coating, Chapman & Hall, Großbritannien, 1997, ISBN 0-412-06481-2. Die Strömungsberechnungen gelten für einen am Ende gespeisten krummlinig-verjüngten Kleiderbügel-Verteilerkanal (siehe 10.1(d) in der obigen Verweisquelle), der 8,5 Inch (220 mm) breit ist.
Die Länge des Schlitzes (in Inch) variiert gemäß:
wobei X die Entfernung in der Richtung quer zur Bahn von dem Zufuhr-Ende des Verteilerkanals ist. Der Verteilerkanalhohlraum 76 hat die in 3 gezeigte Querschnittsform, hat aber ein Höhenmaß (in Inch), das sich zusammen mit der Breite der Extrusionsdüse 70 ändert, und zwar gemäß:

Der Hohlraumquerschnitt hat einen Radius von 0,125 Inch (3,12 mm) im unteren Abschnitt der Düse und einen 15-Grad-Winkel zwischen dem oberen und unteren Abschnitt der Düse neben dem Schlitzeintritt. Das Viskositätsverhalten der zwei Flüssigkeiten wird durch das Bingham-Carreau-Yasuda-Modell (Gleichung 10.10 in der oben angeführten Verweisquelle) mit den folgenden Parameterwerten dargestellt:

	Material A	Material B
η₀	0,2902 psi-s (2000 Pa-s)	0,0002374 psi-s (1,636 Pa-s)
n	0,1132	0,2155
λ	384,6 s	0,230 s
a	8,471	6,311
η_∞	9,13 × 10^–6 psi-s (0,0629 Pa-s)	0
τ_Y	0	0,000424 psi (2,923 Pa)
F	10	10

Die Dichte beider Flüssigkeiten wurde mit 1,0 g/cm³ angenommen. Die Strömungsberechnungen gehen davon aus, dass die Düse so hergestellt ist, dass der Verteilerkanal exakt der obigen Beschreibung entspricht.
Tabelle 1 – Prognostizierte Gleichmäßigkeit für die Extrusion eines Materials "A" unter Verwendung einer 10 Mil (254 Mikron) nicht-profilierten Distanzscheibe (d. h. einer flachen Distanzscheibe oder einer Distanzscheibe mit konstanter Dicke). Das Profil des Extrudats quer zur Bahn ist auf der Seite des Schlitzes, die der Zuleitung (oder dem Eingang) zu dem Verteilerkanal am nächsten ist, niedrig.

Strömungsrate (gal/h)(Liter/h) % Gleichmäßigkeit

1,0 (3,8) 5,22478

1,5 (5,7) 7,61043

2,0 (7,6) 8,90507

2,5 (9,5) 9,72098

3,0 (11,4) 10,2842
Tabelle 2 – Prognostizierte Gleichmäßigkeit für die Extrusion eines Materials "B" unter Verwendung einer nicht-profilierten Distanzscheibe von 5 Mil (254 Mikron). Das Profil des Extrudats quer zur Bahn ist auf der Seite des Schlitzes, die der Zufuhrseite des Verteilerkanals am nächsten ist, hoch.

Strömungsrate (gal/h) (Liter/h) % Gleichmäßigkeit

1,0 (3,8) 14,6242

1,5 (5,7) 15,9154

2,0 (7,6) 15,7397

2,5 (9,5) 15,2414

3,0 (11,4) 14,6825
Somit verursacht dieselbe Distanzscheibe in derselben Düse ein anderes Profil für zwei verschiedene Materialien.
Es kann eine bessere Gleichmäßigkeit mit diesem Verteilerkanal erreicht werden, wenn wir eine andere Distanzscheibendicke (wenngleich auch immer noch eine gleichmäßige Dicke) für die zwei Materialien verwenden. Wie in den Tabellen 3 und 4 unten veranschaulicht, erhöht eine dickere Distanzscheibe für das erste Material die Zuleitungsseite des Profils, während eine dünnere Distanzscheibe für das zweite Material die Zuleitungsseite für dieses Material senkt.
Tabelle 3 – Prognostizierte Gleichmäßigkeit für Material "A" unter Verwendung einer Distanzscheibe von 11 Mil (280 Mikron). Das Profil quer zur Bahn ist an der Zuleitungsseite niedrig.

Strömungsr ate (gal/h) (Liter/h) % Gleichmäßigkeit

1,0 (3,8) 1,09141

1,5 (5,7) 4,43701

2,0 (7,6) 6,3384

2,5 (9,5) 7,55157

3,0 (11,4) 8,3953
Tabelle 4 – Prognostizierte Gleichmäßigkeit für Material "B" unter Verwendung einer Distanzscheibe von 8,5 Mil (216 Mikron).

Strömungsrate (gal/h) (Liter/h) % Gleichmäßigkeit

1,0 (3,8) 1,59459

1,5 (5,7) 0,75431

2,0 (7,6) 1,14962

2,5 (9,5) 1,59667

3,0 (11,4) 2,04409
Es gibt jedoch insofern Grenzen, als das Profil quer zur Bahn geändert werden kann, indem lediglich die Dicke der Distanzscheibe geändert wird. Außerdem kann das Ändern der Distanzscheibendicke andere Aspekte der der Beschichtungsleistung beeinträchtigen, wie zum Beispiel die Stabilität der Beschichtungsraupe in einer Anwendung mit einer Extrusionsschlitzdüse. Darum besteht eine bessere Lösung zum Verbessern der Gleichmäßigkeit quer zur Bahn für verschiedene Materialien oder verschiedene Prozessbedingungen darin, die Distanzscheibendicke in einer zuvor festgelegten, nicht-gleichmäßigen Weise zu profilieren. Die Tabellen 5 und 6 zeigen Beispiele des Verbesserns der Gleichmäßigkeit der extrudierten Materialien "A" und "B", während die Distanzscheibendicke näher bei der ursprünglichen Dicke von etwa 10 Mil (254 Mikron) gehalten wird.
Tabelle 5 – Prognostizierte Gleichmäßigkeit für Material "A" unter Verwendung einer Distanzscheibe, deren Dicke von etwa 10 Mil (254 Mikron) auf der Zuleitungsseite bis etwa 9,8 Mil (249 Mikron) auf der fernen Seite linear variiert.

Strömungsrate (gal/h) (Liter/h) % Gleichmäßigkeit

1,0 (3,8) 1,92505

1,5 (5,7) 0,873492

2,0 (7,6) 2,26608

2,5 (9,5) 3,1737

3,0 (11,4) 3,80458
Tabelle 6 – Prognostizierte Gleichmäßigkeit für das Material "B" unter Verwendung einer Distanzscheibe, deren Dicke von 10 Mil (254 Mikron) auf der Zuleitungsseite bis 10,25 (260,35 Mikron) Mil auf der fernen Seite linear variiert.

Strömungsrate (gal/h) (Liter/h) % Gleichmäßigkeit

1,0 (3,8) 0,631963

1,5 (5,7) 2,1629

2,0 (7,6) 2,33164

3,0 (11,4) 2,25164
Der erfindungsgemäße Schleifprozess kann auch verwendet werden, um profilierte Distanzscheiben herzustellen (wie durch die Distanzscheibe 92A in 5B veranschaulicht). Der oben beschriebene Schleifprozess kann dafür verwendet werden, die profilierte Distanzscheibe 92A unter Verwendung einer Schleifmaschine mit Kronenschleiffähigkeit (d. h. einer "Kronenschleifmaschine") herzustellen. Das "Profil" wird durch Verändern der Dicke der Distanzscheibe hergestellt. Die Distanzscheibe wird auf ein Distanzscheibendickenprofil geschliffen, das auf der Grundlage von Berechnungen des Verteilerkanalflusses oder anderer Techniken ermittelt wird. Vorzugsweise besitzt die Präzisionsschleifmaschine die Fähigkeit, ein Kronenprofil oder ein umgekehrtes Kronenprofil mit einer Dickenvariation im Bereich von etwa 0,0 Mil (0,0 Mikron) bis etwa 6 Mil (152 Mikron) zu schleifen.
Somit kann der nützliche Arbeitsbereich eines Beschichtungsdüsen-Verteilerkanals durch Verwenden der profilierten Distanzscheibe 92A effektiv erweitert werden. Die Beibehaltung von Präzisionstoleranzen in der Distanzscheibe verbessert zusätzlich die Gleichmäßigkeit der Dicke quer zur Bahn. In einer Anwendung wird ein relativ kleiner Kleiderbügel-Verteilerkanal benötigt, um eine Agglomeration des Beschichtungsmaterials im fernen Ende des Verteilerkanalschlitzes (d. h. dem Ende des Schlitzes, das vom Eingang in den Verteilerkanal am weitesten entfernt liegt) zu verhindern. Jedoch neigen Verteilerkanal-Designs dieses Typs dazu, für eine kleine Gruppe von Materialeigenschaften oder Prozessbedingungen recht spezifisch zu sein. Das heißt, der Verteilerkanal kann ein Extrudat gut extrudieren, verteilt aber eine andere Flüssigkeit zu einem geringeren Grad. Oder der Verteilerkanal kann ein Extrudat bei einer bestimmten Durchsatzrate gut verteilen und das gleiche Extrudat bei einer anderen Durchsatzrate schlecht verteilen. Infolge dessen war es vor dieser Erfindung erforderlich, mehrere Düsen herzustellen, um eine Vielzahl verschiedener Beschichtungsflüssigkeiten mit einem guten Gleichmäßigkeitsgrad zu verteilen. Die hier beschriebene Fähigkeit, profilierte Distanzscheibe zu verwenden, macht es einem einzelnen Düsen-Verteilerkanal möglich, eine Vielzahl verschiedener Beschichtungsflüssigkeiten bei einer Vielzahl verschiedener Prozessbedingungen zu verteilen, indem profilierte Distanzscheiben verwendet werden, die speziell auf jede konkrete Beschichtungsflüssigkeit oder Prozessbedingung oder Gruppe von Beschichtungsflüssigkeiten und Prozessbedingungen abgestimmt sind. Das Variieren des Distanzscheibenprofils kann Variationen des Extrudatmaterials (d. h. der Beschichtungsflüssigkeit) infolge der Fluidrheologie, der Strömungsraten des Materials durch die Düse, der Form des Verteilerkanalhohlraums in der Düse sowie des Schlitz-Designs und der Arbeitsbedingungen der Düse ausgleichen.
Distanzscheiben mit einer solchen Präzision zu schleifen (seien sie flach oder profiliert, wie mit Bezug auf die 5A und 5B besprochen), kann spezielle Werkzeuge und Techniken erfordern. Die meisten Oberflächenschleifmaschinen halten das Werkstück mit Hilfe eines elektromagnetischen Spannfutters und manchmal durch Festschrauben oder Festklemmen an seinem Platz. Keine dieser Lösungen kommt für ein Distanzscheibenmaterial, wie es in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, in Betracht, weil die Dicke der Distanzscheibe oft kleiner als etwa 20 Mil (500 Mikron) ist. Bei dieser Dicke kann der Elektromagnet nicht genügend Niederhaltekraft ausüben, und durch Festschrauben oder Festklemmen kann das Distanzscheibenmaterial geknickt werden.
Darum wird eine speziell an diesen Zweck angepasste Vakuum-Aufspannvorrichtungsbaugruppe (oder Vakuum-Aufspannvorrichtung) 100, wie in den 6, 6A und 6B veranschaulicht, in dem Schleifprozess verwendet. In der Regel ist die Vakuum-Aufspannvorrichtungsbaugruppe 100 groß genug, um eine Distanzscheibe für eine Extrusionsdüse bis etwa 30 Inch (762 mm) Länge herzustellen. In einer Ausführungsform ist die Vakuum-Aufspannvorrichtung 100 ungefähr 84 Inch (2,1 m) lang und 18 Inch (46 cm) breit, obgleich auch andere Größen verwendet werden können, ohne von dem Geltungsbereich der Erfin dung abzuweichen. Eine Oberseite 102 der Vakuum-Aufspannvorrichtungsbaugruppe 100 ist die Montagefläche für das Distanzscheibenmaterial 92. Vakuumkanäle 104 verlaufen durch die Oberseite 102. Es wird ein Vakuum an die Vakuum-Aufspannvorrichtungsbaugruppe 100 angelegt, wodurch ein unter dem Umgebungsdruck liegender Druck in den Vakuumkanälen 104 entsteht. Die Vakuum-Aufspannvorrichtung 100 besteht vorzugsweise aus einem magnetischen Material, wie zum Beispiel Stahl, so dass sie auf einem typischen magnetischen Spannfutter einer Oberflächenschleifmaschine niedergehalten werden kann. Es ist zu beachten, dass es in der Regel viel mehr Vakuumkanäle 104 in der Oberseite 102 der Vakuum-Aufspannvorrichtungsbaugruppe 100 gibt, als in den 6 und 6A veranschaulicht ist. Im Interesse einer übersichtlicheren Darstellung ist die Anzahl der veranschaulichten Vakuumkanäle 104 begrenzt worden.
Die Vakuum-Aufspannvorrichtung 100 weist einen hohen Grad an Steifigkeit auf, so dass sie sich nicht infolge der Kräfte beim Schleifen oder des angelegten Vakuums durchbiegt. Ein Durchbiegen der Vakuum-Aufspannvorrichtung 100 kann zu einer Variation der Distanzscheibendicke führen. Die Vakuum-Aufspannvorrichtung 100 ist dafür konstruiert, ein ausreichendes Vakuum zu erzeugen, um das Distanzscheibenmaterial an seinem Platz zu halten. Wenn sich die Distanzscheibe löst, so kann sie (oder die Schleifmaschinenausrüstung) beschädigt werden, was überdies zu einem Sicherheitsrisiko für den Schleifmaschinenbediener werden kann.
Die Vakuum-Aufspannvorrichtung 100 wird auf einem Oberflächenschleifmaschinenfutter 101 montiert, und es wird ein Magnetfeld angelegt, das die Vakuum-Aufspannvorrichtungsbaugruppe 100 an dem magnetischen Futter 101 hält. Eine Oberseite 102 der Vakuumbaugruppen-Aufspannvorrichtung ist, vorzugsweise auf die erreichbare Toleranz der Präzisionsschleifmaschine, flach geschliffen. Das Distanzscheibenmaterial 92 (in 6B in Strichlinie gezeigte) wird auf der Oberseite 102 der Vakuum-Aufspannvorrichtungsbaugruppe 100 montiert, indem ein Vakuum an die Vakuum-Aufspannvorrichtungsbaugruppe 100 angelegt wird. Das Vakuum verursacht einen unter dem Umgebungsdruck liegenden Druck in den Vakuumkanälen 104 und eine abwärts gerichtete Kraft auf das Distanzscheibenmaterial 92, die das Distanzscheibenmaterial 92 an seinem Platz hält. Die erste Fläche 90 des Distanzscheibenmaterials 92 wird unter Verwendung der Präzisionsschleifmaschine geschliffen. Das Vakuum wird dann von der Vakuum-Aufspannvorrichtungsbaugruppe 100 fortgenommen, so dass das Distanzscheibenmaterial 92 auf die andere Seite gedreht werden kann. Die soeben geschliffene erste Fläche 90 wird gegen die Oberseite 102 der Vakuum-Aufspannvorrichtungsbaugruppe 100 gelegt. Die zweite Fläche 96 des Distanzscheibenmaterials 92 ist dann für die Präzisionsschleifmaschine zugänglich. Das Vakuum wird erneut an die Vakuum-Aufspannvorrichtungsbaugruppe 100 angelegt, und die zweite Fläche 96 wird geschliffen. Das Schleifen und Umdrehen wird fortgesetzt, bis das Distanzscheibenmaterial 106 die gewünschte Dicke erreicht hat. Es ist zu beachten, dass die Oberseite 102 der Vakuum-Aufspannvorrichtungsbaugruppe 100 vorzugsweise jedes Mal nachgeschliffen wird, wenn die Aufspannvorrichtung verwendet wird, um eine minimale TIR der Aufspannvorrichtungsoberfläche zu gewährleisten, was sich unmittelbar in der letztendlichen Gleichmäßigkeit des Distanzscheibenmaterials 92 niederschlägt. Außerdem kann es durch Variieren der Form der Oberseite 102 der Vakuum-Aufspannvorrichtung 100 möglich sein, den Bereich zu beeinflussen, in dem die Präzisionsschleifmaschine die Dicke der profilierten Distanzscheibe 92A variieren kann (zuvor mit Bezug auf 5B besprochen).
Ein Steigern der Leistungsfähigkeit der Schleifmaschine ermöglicht ein entsprechendes Verringern der letztend lichen TIR des Distanzscheibenmaterials 92. Die fertige Distanzscheibe (wie zum Beispiel die in 4 veranschaulichte Distanzscheibe 84) wird dann aus dem nun speziell geschliffenen Distanzscheibenmaterial 92 in einer Weise geschnitten, die jegliches weitere Verziehen der Distanzscheibe minimiert. Das Schneiden des Distanzscheibenmaterials 92 mittels Laser ist bevorzugt. Des Weiteren werden keine Entgratungsschritte ausgeführt, welche die Ebenheit der Distanzscheibe 84 beeinträchtigen könnten. Wasserstrahlschneiden, funkenerosives Schneiden (Electrical Discharge Machining – EDM) mit ablaufender Drahtelektrode, Fräsoperationen oder Scheroperationen können alternativ ebenfalls eingesetzt werden. Ausrüstung zum Wasserstrahlschneiden ist bei der Flow International Corporation, Kent, Washington, zu beziehen. Wie angesprochen, kann die fertige Form der Distanzscheibe 84 vor oder nach dem Schleifen des Distanzscheibenmaterials durch die Präzisionsschleifmaschine geschnitten werden, wenn eine geeignete Aufspannvorrichtung zum Halten des fertigen geformten Films verwendet wird. In einer Ausführungsform wird das Distanzscheibenmaterial zwischen Schichten eines Stütz-Opfermaterials, wie zum Beispiel Stahl, angeordnet, während mit einem Wasserstrahl geschnitten wird, um Gratbildung zu minimieren.
Manchmal, im Fall von dickem Distanzscheibenmaterial 92 (etwa 20 Mil (508 Mikron) oder mehr), oder außerdem, wenn größere Mengen (1–2 Mil (25–51 Mikron)) Material durch die Schleifmaschine abgetragen werden, kann sich das Distanzscheibenmaterial 92 von der Aufspannvorrichtung lösen, wodurch das Distanzscheibenmaterial 92 beschädigt wird. Dieses Lösen kann durch die Bearbeitung, der das Distanzscheibenmaterial 92 unterzogen wird, in Kombination mit der inneren Steifigkeit des Distanzscheibenmaterials 92 und/oder inneren mechanischen Spannungen, die sich auf dem Distanzscheibenmaterial 92 aufbauen, verursacht werden, wodurch die Vaku umdichtung zwischen dem Distanzscheibenmaterial 92 und der Vakuum-Aufspannvorrichtungsbaugruppe 100 aufgebrochen wird.
In einer Ausführungsform können zusätzliche Vorkehrungen getroffen werden, um das Distanzscheibenmaterial 92 an der Vakuumbaugruppe 100 abzudichten. Klebstoff wird entlang des Umfangsrandes des Distanzscheibenmaterials aufgetragen, wie in 6B veranschaulicht. Zum Beispiel kann die Vakuum-Aufspannvorrichtung 100 in Bilderrahmenform mit Hochleistungs-Doppelklebeband 112 beklebt werden. Das Band 112 verstärkt nicht nur die Adhäsion an den Rändern des Distanzscheibenmaterials 92, sondern fungiert auch als eine Vakuumabdichtung am Rand des Distanzscheibenmaterials 92. Das Band 112 hat eine begrenzte Dicke, weshalb eine Ausnehmung 114 in der Vakuum-Aufspannvorrichtungsbaugruppe 100 angeordnet ist. Die Fläche des Distanzscheibenmaterials 92, die mit dem Band 112 in Kontakt steht, kann letztlich gegebenenfalls während des Laserschneidprozesses entsorgt werden.
Das Band 112 wird an der Vakuum-Aufspannvorrichtungsbaugruppe 100 in der Ausnehmung 114 angebracht. Vorzugsweise wird die Vakuum-Aufspannvorrichtungsbaugruppe 100 gereinigt, um die Adhäsion zu verbessern. Das Band 112 wird mit einer (nicht gezeigten) Rasierklinge auf die Breite der Ausnehmung 114 zurechtgeschnitten. Jegliches Abdeckmaterial auf dem Band 112 wird von der frei liegenden Seite des Bandes 112 entfernt. Das Distanzscheibenmaterial 92 wird auf die Vakuum-Aufspannvorrichtungsbaugruppe 100 gelegt. Ein Vakuum wird angelegt, und das Distanzscheibenmaterial 92 wird auf das Band 112 gepresst, um eine gute Adhäsion zu gewährleisten. Das Distanzscheibenmaterial 92 wird geschliffen, wie zuvor beschrieben. Das Vakuum wird fortgenommen, und das Distanzscheibenmaterial 92 wird von der Vakuum-Aufspannvorrichtungsbaugruppe 100 abgenommen.
Das Ablösen des Distanzscheibenmaterials 92 kann mit Hilfe von Wärme geschehen (zum Beispiel unter Verwendung einer Wärmepistole). Das Distanzscheibenmaterial 92 kann dann auf die andere Seite gedreht werden, und der Prozess kann für die andere Seite des Distanzscheibenmaterials 106 wiederholt werden (wie zuvor beschrieben). Das Distanzscheibenmaterial 106 wird dann in seine fertige Form geschnitten, wie zuvor beschrieben (durch Laser, Wasserstrahl usw.).
Ein bevorzugtes Band 112 für die Vakuum-Aufspannvorrichtungsbaugruppe 100 ist das 3M Flexomount^TM-Plattenmontageband, Nr. 411 (graues Band), hergestellt von der Firma 3M, St. Paul, Minnesota. Das Band 112 ist dafür ausgelegt, Fotopolymer- und Gummidruckplatten an flexografischen Druckzylindern zu befestigen. Es ist in Standardbreiten von ½ Inch (12,7 mm), ¾ Inch (19 mm), 1 Inch (25,4 mm), 2 Inch (51 mm) und bis zu etwa 18 Inch (45,7 mm) erhältlich. Das Band ist 0,015 Inch (0,381 mm) dick und nicht sonderlich komprimierbar. Es könnten auch andere Klebematerialien anstelle des Flexomount-Bandes verwendet werden (zum Beispiel Kitt), ohne vom Geist und Geltungsbereich dieser Erfindung abzuweichen.
Eine weitere Verbesserung beim Niederhalten des Distanzscheibenmaterials 92 zum Schleifen ist die Verwendung einer magnetischen Niederhaltekraft zusätzlich zu der oben beschriebenen Vakuumkraft. Dies kann durch Anhaften einer Schicht aus magnetischem Kunststoffmaterial, wie zum Beispiel Plastiform^TM- oder Plastimag^TM-Material, das in Bahnform bei Group Arnold, Norfolk, Nebraska, erhältlich ist, auf die Oberfläche der Vakuum-Aufspannvorrichtung 100 erfolgen. Durch das Plastiform-Material werden Löcher geschnitten, die den Vakuumkanälen (oder -löchern) 104 in der Vakuum-Aufspannvorrichtung 100 entsprechen, so dass sowohl Vakuum- als auch Magnetkräfte das Niederhalten des Distanzscheibenmaterials unterstützen können. In dieser Ausführungsform wird ein magnetisches Distanzscheibenmaterial verwendet, wie zum Beispiel ein magnetischer Edelstahl (zum Beispiel Reihe 400, 15-5 oder 17-4) oder vernickeltes Blech.
Größe und Form der Vakuumkanäle 104 in der Vakuum-Aufspannvorrichtungsbaugruppe 100 müssen mit Bedacht gewählt werden. Zu kleine (oder zu wenige) Kanäle 104 begrenzen die Vakuum-Niederhaltekraft. Zu große Kanäle 104 führen zu einem Durchbiegen des Distanzscheibenmaterials 92 in dem ungestützten Bereich über den Vakuumkanälen 104 infolge der Vakuumkräfte und der Kräfte des maschinellen Bearbeitungsvorgangs selbst. Große Vakuumkanäle 104 können bei dickerem Distanzscheibenmaterial 92 verwendet werden, weil die Festigkeit des dickeren Blechs einem Durchbiegen widersteht. Auf der Grundlage einer numerischen Analyse der Durchbiegung für ein Loch mit einem Durchmesser von 1/16 Inch (1,5 mm) ist davon auszugehen, dass sich ein 0,005 Inch (0,127 mm) dickes Edelstahlblech um 1 bis 5 Mikroinch (0,03–0,1 Mikron) unter der Vakuumkraft durchbiegt, während davon auszugehen ist, dass sich ein 0,010 Inch dickes Edelstahlblech nur um etwa 0,2 bis 0,7 Mikroinch (50–200 Angström) durchbiegt. Die in 6A gezeigte beispielhafte Vakuum-Aufspannvorrichtungsbaugruppe 100 verwendet Löcher von 1/16 Inch (1,6 mm), die in einem 0,25 Inch (6,4 mm) großen rechteckigen Gitter voneinander beabstandet sind. Um den Luftstrom für eine bessere Vakuum-Niederhaltekraft zu verbessern, können die Löcher von der Rückseite der Platte her, welche die Oberseite 102 der Vakuum-Aufspannvorrichtungsbaugruppe 100 bildet, auf einen größeren Durchmesser (wie zum Beispiel 1/8 Inch (3,2 mm)) gesenkt werden. In diesem Beispiel wird eine 1,0 Inch (25 mm) dicke obere Platte der Vakuum-Aufspannvorrichtung verwendet, die eine 1/8 Inch (3,2 mm) große Senkung von 0,75 (19,7 mm) Inch von der Rückseite der Platte her aufweist, wodurch nur eine Tiefe von 0,25 Inch (6,4 mm) der 1/16 Inch (1,6 mm) messenden Löcher nahe der Plattenoberfläche übrig bleibt.
Viele Extrusionsdüsen (wie zum Beispiel die in 3 veranschaulichte Extrusionsbeschichtungsdüse 70) können eine Schlitzvariation haben, die das Ergebnis der physischen Verbindung zwischen dem oberen Düsenabschnitt 80 und dem unteren Düsenabschnitt 82 ist. Wie in 7 gezeigt, kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Vermeidung eines Verbiegens der Düsenbeschichtungsvorrichtung 70 infolge der Montagekräfte außerdem beinhalten, die Düsenteile der Schlitzbeschichtungsvorrichtung so zu konstruieren, dass ein Durchbiegen der Düsenabschnitte unter den Montagekräften minimiert wird. Die Montagekräfte entstehen in der Regel durch eine Anordnung aus Schraubbolzen (oder Befestigungselementen) 130. Ein beispielhaftes Anordnungsmuster ist in 4 durch die Löcher 62, 62A und 62B in der Distanzscheibe 84 veranschaulicht. Eine Ausnehmung (oder ein Relief) 132 ist in dem unteren Abschnitt 82 der Düse 70 angeordnet und ist ein typisches Merkmal von Beschichtungsvorrichtungsdüsen vom Produktionstyp. Diese Ausnehmung 132 wird in der Regel hergestellt, um schmale Absätze (oder Abstandsbolzen) 134 auszubilden, die den oberen Abschnitt 80 der Düse 70 in Eingriff nehmen. Mindestens ein Schraubbolzen 130 erstreckt sich in der Regel durch den oberen Werkzeugabschnitt 80, durch die Ausnehmung 132 und in den unteren Werkzeugabschnitt 82 (zwei Schraubbolzen 130 sind in 7 veranschaulicht). Die Schraubbolzen 130 werden in der Regel in den unteren Werkzeugabschnitt 82 eingeschraubt, obgleich auch andere Befestigungsmöglichkeiten bekannt sind, wie zum Beispiel, dass sich die Schraubbolzen 130 vollständig durch den unteren Werkzeugabschnitt 82 erstrecken (was mit Bezug auf 8 näher besprochen wird). Die Schraubbolzen 130 werden dann auf ein richtiges Drehmoment angezogen, um dem hydrodynamischen Druck der Flüssigkeit zu widerstehen, die durch den Düsen-Verteilerkanalhohlraum und den Schlitz 78 strömt. Früher führte das Festziehen der Befestigungselemente zu einer Wölbung des oberen Werkzeugabschnitts 80 in einer Weise, die durch den Pfeil 136 angedeutet ist. Der untere Werkzeugabschnitt 82 wurde ebenfalls in einer Weise gewölbt, die durch den Pfeil 138 angedeutet ist. Klemmkraftvektoren 139, die entlang den Befestigungselementen 130 und darum durch die Ausnehmung 132 hindurch verlaufen, rufen dieses Wölben hervor. Dieses Biegen oder Wölben des oberen Abschnitts 80 und des unteren Abschnitts 82 ließ Variationen der Höhe "H" des Schlitzraums 78 entstehen, was die gewünschte konstante Querschnittsdicke des Materials beeinträchtigte, das durch den Schlitz 78 strömte. Es ist zu beachten, dass zwar zwei Befestigungselemente 130 veranschaulicht sind und dass die Ausnehmung 132 in dem unteren Abschnitt 82 der Düse 70 angeordnet ist, dass aber jede beliebige Anzahl von Düsenkonfigurationen in Betracht gezogen wird, einschließlich einer beliebigen Zahl von Befestigungselementen oder einer alternativen Positionierung der Ausnehmung.
In einer Ausführungsform wird die Auswirkung der Durchbiegung der Düsenbeschichtungsvorrichtung 70 (wie durch die Pfeile 136 und 138 gezeigt) unter dem Drehmoment der Schraubbolzen spürbar verbessert, indem mindestens eine Armatur 140 auf den Schraubbolzen über der Ausnehmung 132 hinzugefügt wird. Diese Armaturen 140 verteilen die Klemmkraft 139A von den Schraubbolzen 130 direkt über die Absatzbereiche 134. Auf diese Weise wirkt sich jegliches Verbiegen und Verziehen auf die Armatur 140 (wie durch den Pfeil 142 veranschaulicht) und nicht auf den oberen Abschnitt 80 der Düse 70 aus. Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung werden die Befestigungselemente 130 aus der Ausnehmung 132 herausgenommen, und statt dessen werden Befestigungselemente 130A (durch Strichlinien angezeigt) so angeordnet, dass sie sich durch die Absatzbereiche 134 hindurch erstrecken, so dass keine Armatur 140 benötigt wird.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in 8 veranschaulicht. Hier erstrecken sich die Befestigungselemente 130 vollständig durch den oberen Abschnitt 80 und den unteren Abschnitt 82 der Düse 70. Es werden Armaturen 140 verwendet, um die Klemmkraft 139, die durch die Befestigungselemente 130 auf den oberen Werkzeugabschnitt 80 und auf den unteren Werkzeugabschnitt 82 ausgeübt werden, über die Absatzbereiche 134 zu übertragen. Somit bewirken die Armaturen 140 ein Minimieren der Durchbiegung sowohl des oberen Werkzeugabschnitts 80 als auch des unteren Werkzeugabschnitts 82.
Eine weitere Ausführungsform dieser Erfindung besteht darin, die Werkzeugabschnitte 80 und 82 ohne die herkömmliche Ausnehmung in dem oberen Abschnitt 80 oder dem unteren Abschnitt 82 herzustellen, wie in 9 veranschaulicht. Darum kommt es zu keiner Durchbiegung, wenn der obere Abschnitt 80 und der untere Abschnitt 82 ohne eine Ausnehmung flach geschliffen werden. Eine eventuell verbliebene minimale Durchbiegung kann weiter verringert werden, indem der Abstand zwischen den Befestigungselementen und die Größe der Befestigungselemente zum Montieren der Düse 130 verringert werden.
Dass die Klemmkräfte 139 von der Ausnehmung 132 der Düse 70 in jeder der Ausführungsformen, die mit Bezug auf die 7–9 beschrieben wurden, weg verteilt werden, ist eine beträchtliche Verbesserung gegenüber den Standardverfahren der Konstruktion, des Festklemmens und der Verwendung von Schlitzbeschichtungsdüsen. Es gestattet eine beträchtliche Verbesserung der Gleichmäßigkeit quer zur Bahn. Eine beispielhafte Armatur 140, die in dem erfindungsgemäßen Design verwendet werden kann, ist in den 10 und 11 veran schaulicht. Die beispielhafte Armatur 140 ist in 10 in einer Draufsicht gezeigt und ist in 11 in einer Seitenansicht gezeigt. Befestigungselement-Löcher 144 erstrecken sich durch die Armatur 140 und ermöglichen es, dass sich die Befestigungselemente 130 durch die Düse 70 hindurch und in die Düse 70 hinein erstrecken. Beine 146 nehmen die Düse 70 in Eingriff. Da ein Raum 148 zwischen den Beinen 146 angeordnet ist, biegt sich die Stützauflage 140, während die Beine 146 die Klemmkraft zu der Düsenbeschichtungsvorrichtung 70 übertragen.
BEISPIELE
Beispiel 1
Die resultierende Verbesserung der Gleichmäßigkeit des Schlitzes und der Gleichmäßigkeit der Beschichtung quer zur Bahn dank des Hinzufügens der Armaturen sowie die verbesserte Distanzscheibe wurden durch Messen des Düsenschlitzes in einer Extrusionsdüsenbeschichtungsvorrichtung vor und nach der Vornahme der Düsenverbesserungen veranschaulicht. Der Düsenschlitz wurde unter Verwendung eines speziellen Kapazitätssondensystems von der Capacitec, Inc., Ayer, Massachusetts, gemessen. Das System enthielt ein 4-Kanal-taugliches Ausrüstungsgestell 4004-P115-OBNC mit Stromversorgung, ein LED-Uhr-/Anzeigemodul 4100-CM3-4.5, einen Spezial-Handlesekopf GPD-2G-A-150-FX90-5509-5961 (0,009 Nenndicke), einen Spezial-GPD-Handlesekopfhalter, Spezial-Bargrafx-Software, eine Datenerfassungskarte Modell 700PC16/12 und einen Notebook-PC-Computer mit Windows 95 oder 98.
Die Wiederholbarkeit der Schlitzmessung mit der Capacitec-Sonde wurde ermittelt, indem die Sonde an einem bestimmten Punkt in den Düsenschlitz eingeführt wurde, die Messung durchgeführt und die Sonde entfernt wurde. Dies wurde über 15 Messungen wiederholt. Die statisti sche Analyse der Messungen ergab, dass die Wiederholbarkeit der Sondenmessungen innerhalb von etwa ±0,0025 Mil (0,064 Mikron) lag.
Es wurde eine Extrusionsdüse 70 verwendet, wie sie mit Bezug auf 7 beschrieben wurde. Die Ausrichtflächen 80A und 82B des oberen und des unteren Abschnitts 80 und 82 der Düse 70 wurden auf einer (oben besprochenen) Schleifmaschine von Waldrich Coburg auf eine Ebenheit im freien Zustand von etwa 25–30 Mikroinch (0,64–0,76 Mikron) flach geschliffen. Die Schlitzgleichmäßigkeit der Düse 70 wurde verbessert, indem Armaturen 140 über allen Schraubbolzen 130 verwendet wurden, um die Düsendurchbiegung zu minimieren. Die Distanzscheibe 84 wurde installiert, und die Düse wurde unter Verwendung eines Drehmomentschlüssels montiert. Der Schlitz 78 war 27 Inch (684 mm) breit.
Die Messergebnisse zeigten, dass mit der optimierten Versteifungseinrichtung und einer standardmäßigen massenproduzierten Distanzscheibe der Schlitz mit der größtmöglichen Gleichmäßigkeit eine TIR von 128 Mikroinch (3,25 Mikron) für den Schlitz 78 hatte. Für ein Newtonsches Fluid bedeutet das eine kleinste erwartete Variation der Beschichtungsdicke quer zur Bahn von 3,8% unter Verwendung der zuvor mit Bezug auf 5 besprochen Formel. Zum Vergleich wurde eine verbesserte Distanzscheibe der vorliegenden Erfindung installiert. Die Distanzscheibe war 10 Mil (254 Mikron) dick und wurde unter Verwendung einer (oben besprochenen) Elb-Schliff-Schleifmaschine auf eine TIR von weniger als 50 Mikroinch (1,2 Mikron) geschliffen. Unter Verwendung der verbesserten Distanzscheibe der Erfindung, in Kombination mit der verbesserten Versteifung, wurde die Schlitzvariation auf etwa 51 Mikroinch (1,3 Mikron) verringert, was einer erwarteten Variation des Gewichts der Beschichtung quer zur Bahn von 1,5% entspricht. Durch Justieren des Drehmoments auf die Schraubbolzen, die durch die Düse an den Positionen hindurchgeführt werden, die durch das erste und das zweite Schlitzloch 62A und 62B in 4 angedeutet sind, wurde die TIR weiter auf etwa 24 Mikroinch (0,61 Mikron) verringert, und die erwartete Variation der Beschichtung quer zur Bahn betrug 0,7% Ein Justieren der End-Schraubbolzen 130, die durch das erste und das zweite Schlitzloch 62A und 62B hindurch verlaufen, kompensierte das Wölben des unteren Werkzeugabschnitts 82, d. h. die Linie 138 in 7.
Diese Ergebnisse sind in 12 veranschaulicht. Für den Messversuch eins (Bezugszahl 160) wurde die verbesserte Distanzscheibe 84 verwendet, die Armaturen 140 wurden an der Düse 70 angebracht, und die Düsenbefestigungselemente 130 wurden auf etwa 20 ft-lbs (27 Nm) angezogen. Wie durch die Messungen der Schlitzhöhen von einem Ende der Schlitzbreite zum anderen Ende der Schlitzbreite veranschaulicht, war die Variation der Schlitzhöhe minimal. Der Messversuch zwei (Bezugszahl 162) verwendete eine verbesserte Distanzscheibe 84 mit Armaturen 140, die an der Düse 70 befestigt waren, und die Düsenbefestigungselemente 130 wurden auf etwa 20 ft-lbs (27 Nm) festgezogen. Schraubbolzen, die sich durch das erste und das zweite Schlitzloch 62A und 62B hindurch erstreckten, wurden zum Optimieren des Düsenschlitzes verwendet, so dass noch weniger Variation der Schlitzhöhe auftrat. Der Messversuch drei (Bezugszahl 164) verwendete eine Standard-Distanzscheibe (nicht präzisionsgeschliffen) mit Armaturen 140, die an der Düse 70 befestigt waren, und die Düsenbefestigungselemente wurden auf etwa 20 ft-lbs (27 Nm) angezogen. Wie aus 12 zu erkennen ist, war das Ergebnis ein breiter Bereich an Schlitzhöhen über die Breite des Schlitzes hinweg.
Beispiel 2
Es wurde eine zweite Gruppe von Versuchen unternommen, um die Verbesserung der Düsenleistung dank des erfindungsgemäßen Düsenmontageverfahrens zu verifizieren. Auch hier ähnelt die Düseneinrichtung der in 7 veranschaulichten Extrusionsdüse. Die Düsenausrichtflächen 80A und 82B wurden auf einer Schleifmaschine von Waldrich Coburg auf eine Ebenheit im freien Zustand von etwa 25–30 Mikroinch flach geschliffen. Die spezielle geschliffene Distanzscheibe 84 (d. h. die Distanzscheibe war 10 Mil (254 Mikron) dick und wurde auf eine TIR von weniger als 50 Mikroinch (1,2 Mikron) geschliffen) wurde verwendet, um die von der Distanzscheibe selbst ausgehende Schlitzvariation zu minimieren. Die Kurve 170 in 13 zeigt die Schlitzhöhenmessungen ohne Armaturen 140 und mit den Schraubbolzen-Befestigungselementen 130 auf ein Drehmoment von 40 ft-lbs (27 Nm) festgezogen. Die zweite Kurve 172 zeigt die Schlitzhöhenmessungen ohne Armaturen 140 und mit den Befestigungselementen 130 auf ein Drehmoment von 20 ft-lbs (27 Nm) festgezogen. Das Ausmaß der Durchbiegung des oberen Abschnitts 80 und des unteren Abschnitts 82 nimmt augenscheinlich mit dem Drehmoment zu. Die TIR des Schlitzes 78 stieg von 103 Mikroinch (2,62 Mikron) bei 20 ft-lbs (27 Nm) auf etwa 150 Mikroinch (3,81 Mikron) bei 40 ft-lbs (54 Nm) Drehmoment. Die Kurve 174 zeigt die Schlitzmessungen mit 20 ft-lbs (27 Nm) an allen Befestigungselementen 130, aber unter Verwendung der Armaturen 140 zum Verteilen der Klemmkraft 139 auf die Absatzbereiche 134 des unteren Abschnitts 80 der Düse 70. Das Runzelprofil der Schlitzhöhe ist nun auf etwa 39 Mikroinch (0,99 Mikron) verringert. Der übrige Teil der Runzelbildung stimmt mit der übrigen Durchbiegung des unteren Werkzeugabschnitts 82 überein, die augenscheinlich nicht durch die Armaturen auf dem oberen Werkzeugabschnitt 80 verringert wird. Die Kurve 162 (wie mit Bezug auf 12 beschrieben) ist in 13 wiederholt, um den vollständig optimierten Schlitz 78 mit den Kurven 170, 172 und 174 zu vergleichen. Um die Beziehung zwischen dem gleichmäßigen Düsenschlitz und dem gleichmäßigen Strömungsquerschnitt des Extrudats zu verifizieren, wurde eine Newtonsche Polymerlösung mit einer Viskosität von etwa 10 cps unter Verwendung der optimierten Düse 70 (siehe Kurve 162) mit folgenden Parametern auf eine Bahn beschichtet:
75 fpm Bahngeschwindigkeit (0,38 m/s)
250 g/min Strömungsrate des Extrudats
0,007 Inch Beschichtungsspalt (0,178 mm)
Polyesterfilm, 0,004 Inch (0,102 mm) dick × 28 Inch (0,71 mm) breit
18 Gewichts Feststoffe im Beschichtungsmaterial
Ein Vergleich zwischen der gemessenen Variation der Schlitzhöhe, die durch die Bezugszahl 178 angezeigt wird, und einer Messung der optischen Dichte (ODU) des durch die Bezugszahl 176 gezeigten Extrudatquerschnitts unter Verwendung eines optischen Dichtemessers, wie zum Beispiel dem, der von der Firma Gretag-MacBeth, New Windsor, New York, hergestellt wird, ist in 14 gezeigt. Optische Dichtemessungen wurden alle 0,5 Inch (12,7 mm) in der Breite innerhalb von 3 Inch (76,2 mm) der Ränder der Bahn vorgenommen. Diese Messpunkte wurden dann normalisiert, was die Kurve 176 ergab. Die Kurve 176 wurde dann mit der Kurve 178 verglichen. Die Kurve 178 wurde durch Normalisieren des Würfels von Kurve 162 (wie in den 12 und 13 beschrieben) erhalten. Durch Normalisieren dieser Daten lässt sich die Variation der Kurve 176 leicht mit der Kurve 178 vergleichen. Es ist zu beachten, dass unter Idealbedingungen (Newtonsche Flüssigkeit, keine Temperaturschwankungen, keine Fluidturbulenzen usw.) die best-erreichbare Gleichmäßigkeit für diese Probe 0,7% betragen sollte. Mit Ausnahme des ersten und des letzten auf der Kurve 178 gemessenen Punktes liegt die Gleichmäßigkeit der beschichteten Probe quer zur Bahn bei 0,9%. Es ist zu beachten, dass diese Gleichmäßigkeit plus oder minus 0,01 Mikron entspricht (die mittlere Dicke betrug 2,48 Mikron) und auf der Grundlage des Bereichs der Daten und nicht der Standardabweichung berechnet wird. Für die Flüssigkeit der Beispiele war die beste Gleichmäßigkeit quer zur Bahn vor diesem erfindungsgemäßen Extrusionsverfahren > 7% mit einem "lächelnden" Beschichtungsprofil (d. h. wo die Beschichtung an den Rändern dicker und in der Mitte dünner war). Somit verbesserte das erfindungsgemäße Verfahren die Schlitzgleichmäßigkeit von über etwa 200 Mikroinch (5,1 Mikron) auf weniger als etwa 25 Mikroinch (0,64 Mikron).
Ergebnisse der Beispiele
Die Ergebnisse belegen, dass die Ausnehmung, die in den Extrusionsdüsenkörper eingearbeitet ist, sowie die Distanzscheibenvariationen die großen nachteiligen Ursachen der Ungleichmäßigkeit der Düsenschlitzhöhe sind. Die Armaturen 140 auf den Befestigungselementen 130 überbrücken die Ausnehmung 114 und lenken die Klemmkraft über die Absätze 134 des Düsenkörpers um, wodurch die inhärente Verzerrung des Düsenoberteils beseitigt wird. Die verbesserte Distanzscheibe 84 verringert die Schlitzunrundheit infolge von Variationen der Dicke der Distanzscheibe. Durch Verwenden dieser Düsenmontageverfahren können die Variationen des Extrudats quer zur Bahn beträchtlich verringert werden.
Obgleich die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurde, erkennt der Fachmann, dass Änderungen an Form und Detail vorgenommen werden können. Sofern nicht anders angegeben, sind alle Prozentangaben bei den Materialien Gewichtsprozentangaben.
Schlüssel zu den Figuren
5

vertikal: Strömungsvariation in Prozent
horizontal: Schlitzhöhe, Mil (Mikron)

12

vertikal: Schlitzhöhe, Mil
horizontal: Position entlang des Schlitzes, Inch (cm)

13

14

vertikal: Normalisierte ODU (1 = Durchschnitt X – Bahn)
horizontal: Position entlang des Schlitzes, Inch (cm) 1% Range: Bereich 1%
global: Ändern der Dezimalpunkte zu Dezimalkommas

Claims

Verfahren zum Formen von Extrudat durch einen Schlitz, der durch eine Distanzscheibe geformt wird, gekennzeichnet durch: (a) Formen einer Distanzscheibe (33A; 92; 92A) mit einer gleichmäßigen Dickenvariation von etwa 1 Prozent oder weniger für eine Distanzscheibe mit einer mittleren Dicke von etwa 762 Mikrometer (30 Mil) oder weniger; (b) Anordnen der Distanzscheibe zwischen einem ersten Werkzeugabschnitt (28A; 80) mit einer ersten Oberfläche (42A) und einem zweiten Werkzeugabschnitt (28B; 82) mit einer zweiten Oberfläche (44A), um einen Schlitz (32A; 78) zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche zu formen, wobei der Schlitz (32A; 78) ein Höhenmaß (H) aufweist, das im Wesentlichen gleich der Dicke der Distanzscheibe ist; wobei eine Ausnehmung (132) zwischen dem ersten Werkzeugabschnitt und dem zweiten Werkzeugabschnitt, die durch Abstandsbolzen geformt wird, vorliegt und Befestigungselemente sich durch einen der Werkzeugabschnitte und durch den anderen Werkzeugabschnitt oder in diesen hinein erstrecken, um die Werkzeugabschnitte zusammenzuklemmen; (c) Minimieren der Durchbiegung der Werkzeugteile durch (i) unterstützendes Ineingriffbringen der Befestigungselemente mit einer ersten Armatur (140), welche die Ausnehmung (132) überbrückt und mindestens einen Teil der Klemmkraft der Befestigungselemente verteilt; oder (ii) Einführen eines Befestigungselements (130) zwischen dem ersten Werkzeugabschnitt und dem zweiten Werkzeugabschnitt, derart, dass sich das Befestigungselement nicht durch die Ausnehmung erstreckt; und (d) Extrudieren von fließfähigem Material durch den Schlitz (32A; 78).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Formens der Distanzscheibe (92) umfasst: Befestigen einer Vakuumkastenanordnung (100) an einem Schleifmaschinenfutter (101); Schleifen einer oberen Oberfläche (102) der Vakuumkastenanordnung (100); Anordnen der Distanzscheibe an einer Vakuumkastenanordnung; Anlegen eines Vakuums zwischen der Distanzscheibe und der oberen Oberfläche der Vakuumkastenanordnung, um das Distanzscheibenmaterial an der oberen Oberfläche zu befestigen; und Schleifen einer ersten Oberfläche (90) der Distanzscheibe (92) mit einer Schleifmaschine.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend das Schleifen einer zweiten Oberfläche (96) der Distanzscheibe.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Schleif maschine zu weniger als 2,0 μm (80 Mikroinch) Unrundheit über eine Länge von 2030 mm (80 Inch) in der Lage ist.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: Anordnen eines Klebstoffes (112) in einer Nut (114) in der oberen Oberfläche, um die obere Oberfläche und die Distanzscheibe in Eingriff zu bringen.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: Schneiden der Distanzscheibe, wobei das Verfahren des Schneidens der Distanzscheibe aus der Gruppe bestehend aus Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden und EDM-Drahtschneiden ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Schneidens der Distanzscheibe nach dem Schritt des Schleifens der Distanzscheibe erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Distanzscheibenmaterial aus der Gruppe bestehend aus vernickeltem Folienmaterial, Messing, Edelstahl, magnetischem Edelstahl ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Distanzscheibenmaterial aus einem bearbeitbaren Metall besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit: unterstützendem Ineingriffbringen der Befestigungselemente mit einer zweiten Armatur (140), die gegen den zweiten Werkzeugabschnitt (82) angeordnet ist; wobei die erste Armatur (140) gegen den ersten Werkzeugabschnitt (80) angeordnet ist; und Verteilen von im Wesentlichen der gesamten Klemmkraft des Befestigungselements derart, dass die Klemmkraft durch den ersten Werkzeugabschnitt und den zweiten Werkzeugabschnitt durch andere Bereiche als die Ausnehmung wirkt.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: Anordnen einer Schicht aus magnetischem Kunststoffmaterial an der oberen Oberfläche der Vakuumkastenanordnung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Höhe des Schlitzes eine angezeigte Gesamtunrundheit von etwa 4 Mikrometer oder weniger entlang der Breite des Schlitzes aufweist.