DE69212329T2

DE69212329T2 - Ultraschallunterstützte beschichtungsvorrichtung und -verfahren

Info

Publication number: DE69212329T2
Application number: DE69212329T
Authority: DE
Inventors: John Louks; Donald Pochardt; Robert Secor; Karl Warren
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1991-10-15
Filing date: 1992-09-09
Publication date: 1997-03-06
Anticipated expiration: 2012-09-10
Also published as: HU9401022D0; JP3302016B2; MX9205742A; WO1993007969A1; JPH07500051A; BR9206633A; KR100215322B1; DE69212329D1; AU663116B2; CA2116962A1; EP0608265A1; TW216404B; ZA927084B; CZ67094A3; HUT68044A; AU2642592A; EP0608265B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine schallunterstützte Beschichtungsvorrichtung und ein Verfahren zum Aufbringen einer oder mehrerer Schichten eines Beschichtungsmaterials auf ein sich bewegendes Bahnenmaterial. Die Erfindung betrifft insbesondere die Verwendung von Ultraschallenergie, um das Aufbringen einer glatten, gleichmäßigen Schicht des Beschichtungsmaterials auf das sich bewegende Bahnenmaterial zu verbesseren.
Durch Ultraschall erzeugte Fluideffekte werden in der Literatur seit Anfang des 20-ten Jahrhunderts erwähnt. Seit den 1960er Jahren haben die Aktivitäten auf diesem Gebiet durch die Entwicklung verbesserter Schallgeber zum Erzeugen von Ultraschallenergie zugenommen. Fluidverarbeitungen oder Beschichtungstechnologien betreffende Ultraschallerscheinungen sind beispielsweise Kavitation oder Hohlraumbildung, viskose Erwärmung, erhöhte Scherung, Mikroturbulenzen und akustische oder Schallströmungseffekte. Diese Erscheinungen erzeugen Effekte wie beispielsweise eine erhöhte Benetzbarkeit, Mikromischung, Dispersion, Emulgierung, Entgasung, Agglomeration, Komponententrennung, Viskositätsabnahme, Polymerkettenentwirrung, hohe Polymerabbauraten und erhöhte chemische Reaktionsgeschwindigkeiten.
In der US-A-4302485 wird von Last et al. die Verwendung von Ultraschallenergie in einem Tauchsättigungssystem beschrieben, um eine ein Bad von flüssigem Appreturhilfsmittel bzw. Ausrüstungsmittel durchlaufende Stoffbahn anzuregen. Dadurch werden im Bad Kavitationen und vermehrt Mikroturbulenzen erzeugt, wodurch die Dochtwirkung verbessert wird. Der Stoff wird von beiden Seiten durchfeuchtet, wobei die dem Stoff zugeführte Flüssigkeitsmenge nicht dosiert ist.
Gemäß der US-A-4307128 von Nagano et al. wird Ultraschallenergie in einem Schmelzmetallbad verwendet, um einen Teil der geschmolzenen Metallfläche lokal anzuheben, so daß sie mit einer bewegten Oberfläche eines Substrats in Kontakt kommt. Die Beschichtungsmenge ist nicht dosiert. Ohne Ultraschallenergie ist diese Vorrichtung nicht betriebsfähig.
Gemäß der US-A-3676216 von Abitboul wird einem zuvor beschichteten Bahnenmaterial Ultraschallenergie zugeführt, um das Beschichtungsmaterial gleichmäßiger über das Bahnenmaterial zu verteilen und Unregelmäßigkeiten der Beschichtung zu glätten bzw. auszugleichen. Die Ultraschallenergie wird jedoch über die Luft übertragen, um das beschichtete Bahnenmaterial anzuregen, nachdem das Bahnenmaterial vollständig beschichtet ist.
In der JP-A-57-187071 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem Ultraschallenergie der Rückseite eines beschichteten Bahnenmaterials zugeführt wird. Die Ultraschallquelle ist jedoch zu weit von der Beschichtungsposition entfernt, so daß die Ultraschallenergie die Flüssigkeit an der Position des ersten Kontakts zwischen der Flüssigkeit und dem Bahnenmaterial oder des letzten Kontakts zwischen der Flüssigkeit und der Beschichtungsvorrichtung nicht beeinflussen kann.
In der CN-A-869959 wird eine Düse zum Aufbringen eines flüssigen Beschichtungsmaterials von einem Trichter auf ein sich bewegendes Bahnenmaterial durch Ultraschall angeregt. Ein Schalltrichter bringt die Düse im Ultraschallbereich zum schwingen, um zu verhindern, daß das Beschichtungsmaterial in der Düse anhaftet und diese verstopft. Die Ultraschallschwingungen beeinflussen jedoch das Beschichtungsmaterial nur bevor dieses auf dem Bahnenmaterial aufgebracht wird, und beeinflussen nicht das Verfahren während des Anfangskontakts zwischen dem Beschichtungsmaterial und dem Bahnenmaterial oder die nachfolgenden Verfahren. Daher beeinflussen die Ultraschallschwingungen nicht die Gleichmäßigkeit der Dicke des Beschichtungsmaterials, wenn dieses aufgebracht wird. Dieses Patent stellt einen Technikbereich dar, bei dem Ultraschallenergie während des Beschichtens einer Düse zugeführt wird, um das Strömungsverhalten in der Düse und an der Düsenauslaßöffnung zu verbessern. Diese Vorrichtung ist jedoch zur Verwendung für eine Großfabrikation, wo breite Beschichtungen aufgebracht werden, nicht praktisch. Bei der Herstellung von Bahnenmaterialrollen, wie beispielsweise Klebebändern, werden normalerweise Rollen bis zu einer Breite von 150 cm (60 Zoll) hergestellt. Rollen dieser Größe können nicht hergestellt werden, weil es schwierig ist, die notwendigen Massen und Längen durch eine an der Düse erzeugte gleichmäßige Ultraschallanregung mit ausreichender Intensität anzuregen.
Die JP-A-59-225772 betrifft ein Beschichtungsverfahren, bei dem einem bewegten Substrat nach dem Aufbringen einer Beschichtung eine Ultraschallschwingungswelle zugeführt wird.
Bei keiner der bekannten Vorrichtungen und bei keinem der bekannten Systeme wird eine dosierte Aufbringung des Beschichtungsmaterials auf nur eine Seite des Bahnenmaterials und die Verwendung von Schallenergie beschrieben, um die Eigenschaften einer aufgebrachten Beschichtung zu verbessern, bevor das Beschichten des Bahnenmaterials abgeschlossen ist.
Die vorliegende Erfindung ist gekennzeichnet durch die Merkmale der Patentansprüche.
Durch die vorliegende Erfindung werden die Probleme des Standes der Technik gelöst und wird Schallenergie verwendet, um das Beschichten mit einer glatten kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Schicht einer dosierten Menge eines flüssigen Beschichtungsmaterials mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Dicke in Bahnquerrichtung auf eine Oberfläche eines bewegten Bahnenmaterials zu unterstützen. Die Vorrichtung weist eine Einrichtung auf, durch die ein Beschichtungsmaterial auf mindestens einen Abschnitt der Oberfläche des Bahnenmaterials aufgebracht wird. Die Einrichtung kann ein beliebiges Beschichtungssystem sein, durch das die Beschichtung auf eine Seite des Bahnenmaterials aufgebracht werden kann, wie beispielsweise eine Extrusionsbeschichtungseinrichtung, eine Schleier- oder Fächerstrahlbeschichtungseinrichtung, eine Beschichtungseinrichtung mit schlitzgeführtem Messer, eine Trichterbeschichtungseinrichtung, eine fluidunterstützte Beschichtungseinrichtung oder Fluiddruckbeschichtungseinrichtung, eine Schlitzschienen-, eine Klingen- oder eine Walzenbeschichtungseinrichtung.
Eine Vorrichtung zum Aufbringen einer Beschichtung dosiert eine gesteuerte Beschichtungsmaterialmenge und bringt diese über die Breite des Bahnenmaterials auf eine Oberfläche des Bahnenmaterials auf. Eine Ultraschallenergiequelle regt die Linie des Anfangskontaktes zwischen dem Beschichtungs- und dem Bahnenmaterial vorzugsweise mit einer gleichmäßigen Schallintensität und -amplitude und einer am unteren Ende des Ultraschallspektrums angeordneten Frequenz an. Wenn eine in Bahntransportrichtung nachgeschaltete Struktur als Teil einer Düse oder als separate Struktur zum Ausgleichen oder Glätten der Beschichtung verwendet wird, kann die Linie des letzten Kontaktes zwischen der Einrichtung zum Aufbringen des Beschichtungsmaterials oder der nachgeschalteten Struktur und dem beschichteten Bahnenmaterial durch die Ultraschallenergiequelle angeregt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Linie des Anfangskontaktes zwischen dem Beschichtungs- und dem Bahnenmaterial durch die Ultraschallenergie angeregt werden. Die Schallintensität wird gemäß den Eigenschaften des Beschichtungsmaterials und des Bahnenmaterials ausgewählt, um ein beschichtetes Bahnenmaterial mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Dicke in Querrichtung der Bahn herzustellen.
Wenn das Beschichtungsmaterial durch eine Düse aufgebracht wird, kann der Ultraschallenergiegenerator die Ultraschallenergie über die Düse der Grenzfläche zwischen dem Beschichtungsmaterial und dem Bahnenmaterial zuführen. Alternativ kann Ultraschallenergie über die Rückseite des Bahnenmaterials über einen an Stelle einer herkömmlichen Halterung oder Unterstützung verwendeten Andruckschalltrichter zugeführt werden. Die Ultraschallenergie kann außerdem über die Luft oder ein anderes Kopplungsfluid übertragen werden.
Figur 1 zeigt schematisch ein Kontakt-Extrusionsverfahren. Figur 1A zeigt eine Kontakt-Extrusion ohne Schallanregung und die Figuren 1B, 1C, 1D, 1E, 1F und 1G zeigen eine Kontakt-Extrusion, bei der auf verschiedene Weisen Schallenergie zugeführt wird.
Figur 2 zeigt schematisch ein Fächerstrahlbeschichtungsverfahren. Figur 2A zeigt eine Fächerstrahlbeschichtung ohne Schallanregung und die Figuren 2B, 2C, 2D und 2E zeigen eine Fächerstrahlbeschichtung, bei der auf verschiedene Weisen Schallenergie zugeführt wird.
Figur 3 zeigt schematisch ein Beschichtungsverfahren mit schlitzgeführtem Messer. Figur 3A zeigt eine Beschichtung mit schlitzgeführtem Messer ohne Schallanregung und die Figuren 3B, 3C und 3D zeigen eine Beschichtung mit schlitzgeführtem Messer, bei dem auf verschiedene Weisen Schallenergie zugeführt wird.
Figur 4 zeigt schematisch ein Gleitbeschichtungsverfahren. Figur 4A zeigt eine Gleitbeschichtung ohne Schallanregung, und Figur 4B zeigt eine Gleitbeschichtung mit Schallanregung.
Figur 5 zeigt schematisch ein Walzbeschichtungsverfahren. Figur 5A zeigt eine Walzbeschichtung ohne Schallanregung, und Figur 5B zeigt eine Walzbeschichtung mit Schallanregung.
Figur 6 zeigt schematisch ein kontaktfreies Extrusionsbeschichtungsverfahren. Figur 6A zeigt eine Extrusionsbeschichtung ohne Schallanregung, und die Figuren 6B und 6C zeigen eine Extrusionsbeschichtung mit Schallanregung.
Figur 7A zeigt eine graphische Darstellung eines Schichtdickenprofils in Querrichtung einer Materialbahn ohne Ultraschallanregung, und Figur 7B zeigt eine graphische Darstellung des Schichtdickenprofils in Querrichtung einer mit Ultraschallanregung beschichteten Materialbahn.
Figur 8A zeigt eine graphische Darstellung zum Vergleichen des mittleren Prozentsatzes der Änderung des Schichtdickenbereichs für Testläufe mit Ultraschallanregung und für Testläufe ohne Ultraschallanregung. Figur 8B zeigt eine graphische Darstellung zum Vergleichen der Änderung der Standardabweichung der Schichtdicke als Prozentsatz für Testläufe mit Ultraschallanregung und für Testläufe ohne Ultraschallanregung.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Grenzfläche zwischen einer Materialbahn und einem auf die Materialbahn aufgebrachten flüssigen Beschichtungsmaterial Schallenergie zugeführt. Obwohl bei allen Beschichtungssystemen Schallenergie an verschiedenen Positionen zugeführt werden kann, wird eine verbesserte Beschichtung am besten in Systemen erreicht, bei denen nur eine Oberfläche des Gewebes beschichtet wird. Bei diesem System wird die Schallenergie verwendet, um die Gleichmäßigkeit der Schichtdicke auf der beschichteten Materialbahn zu verbessern, die Benetzbarkeit (die Fähigkeit einer Flüssigkeit, ein mit einem Substrat in Kontakt stehendes Gas zu ersetzen) zu erhöhen, Randbläschen- bzw. -wulst- oder -streifenbildungen zu vermindern, viskose Strömungen zu vermindern, den Beschichtungsabstand zwischen der Beschichtungsvorrichtung und der Materialbahn zu erhöhen, einen stabileren Betrieb der Beschichtungsvorrichtung und eine selbstreinigende Vorrichtung zu erhalten, die Tendenz zum Mitreißen von Luft zu vermindern, höhere Beschichtungsgeschwindigkeiten zu erreichen und die minimale mögliche Schichtdicke zu vermindern. Durch die erhöhte Gleichmäßigkeit der Beschichtung werden Verzerrungen, Anhäufungen und Fehlstellen von Beschichtungsmaterial, Stellen hoher Beschichtungsdicke und das Ineinanderschieben aufgewickelter Rollen beschichteter Materialbahnen vermindert.
Die Erfindung wird bezüglich des Aufbringens glatter kontinuierlicher Beschichtungen beschrieben. Die gleichen Ergebnisse können jedoch auch erhalten werden, wenn glatte diskontinuierliche Beschichtungen aufgebracht werden. Beispielsweise kann Ultraschallenergie beim Beschichten einer Materialbahn mit einer Makrostruktur, wie beispielsweise Poren, verwendet werden, die mit dem Beschichtungsmaterial gefüllt werden, wobei die Beschichtung zwischen benachbarten Poren jedoch nicht gleichmäßig bzw. kontinuierlich ist. In diesem Fall wird die Gleichmäßigkeit der Beschichtung und die bessere Benetzbarkeit sowohl in diskreten Beschichtungsbereichen als auch von Bereich zu Bereich erhalten, wobei die Bereiche sowohl in Längs- als auch in Querrichtung der Materialbahn voneinander getrennt sind.
Die Materialbahn kann aus einem beliebigen Material bestehen, wie beispielsweise Polyester, Polypropylen, Papier oder einem Vliesmaterial. Die verbesserte Benetzbarkeit der Beschichtung ist insbesondere bei rauhen, texturierten oder porösen Materialbahnen unabhängig davon nützlich, ob die Porengröße mikroskopisch oder makroskopisch ist.
Das Bahnenmaterial und das Beschichtungsmaterial werden mit einer vorzugsweise gleichmäßigen Ultraschallintensität quer über die Breite des beschichteten Bahnenmaterials angeregt. Die Intensität wird gemäß den Beschichtungsmaterialeigenschaften ausgewählt, um die Gleichmäßigkeit der Beschichtungsdicke in Querrichtung der Materialbahn zu maximieren. Obwohl die Frequenz und die Amplitude verändert werden können, während eine gleichmäßige Ultraschallenergie beibehalten wird, sind Ultraschallwellen mit gleichmäßiger Amplitude und gleichmäßiger Frequenz bevorzugt.
Schallwellen sind Longitudinalwellen, die durch periodische Verdichtungen und Verdünnungen des Mediums verursacht werden, das sie durchlaufen. Diese Wellen können außerdem andere Schallwellen erzeugen, wie beispielsweise transversale Oberflächenschallwellen. Schallwellen enthalten sowohl kinetische Bewegungsenergie als auch potentielle Energie der verdichteten Materie. Die Schallenergiedichte E ist bei einer longitudinalen Schallwelle ein Maß der Energie je Volumen und wird dargestellt durch:
E = π² of²xo,
wobei o die Dichte des Mediums, wenn keine Schallwelle das Medium durchläuft, f die Frequenz der Schallwelle und xo die Spitzen-Spitzen- oder Doppelamplitude bezeichnen. Wo Differenzen der Schallenergiedichte auftreten, existieren Kräfte, die Beschichtungsflüssigkeiten beeinflussen können.
Die Intensität der Ultraschallenergie 1 ist eine Funktion der Amplitude und der Frequenz der Wellen und der Eigenschaften des Mediums und wird dargestellt durch:
I = cπ² of²xo,
wobei c die Geschwindigkeit der Schallwellen im Medium ist.
Wenn eine Schallwelle auf eine Grenzfläche zwischen zwei Medien auftrifft, wird ein Teil der Welle durchgelassen bzw. transmittiert und der Rest von der Grenzfläche reflektiert. Das Verhältnis des durchgelassenen Anteils zum reflektierten Anteil hängt von der Ahnlichkeit der akustischen Impedanzen der beiden Medien ab. Die charakteristische akustische Impedanz R wird dargestellt durch:
R = oc.
Wenn die Impedanzen der beiden Medien ähnlich sind, wird der größte Teil der Welle durchgelassen. Wenn die Impedanzen wesentlich voneinander verschieden sind, wird der größte Teil der Welle reflektiert. Wenn jedoch zwischen zwei Materialien mit ähnlichen akustischen Impedanzen eine dünne Schicht angeordnet ist, läßt die dünne Schicht die Schallwellen durch, auch wenn sich deren Impedanz von denjenigen der anderen Materialien unterscheidet.
Durch die Verwendung von Ultraschallenergie werden die gewünschten Ergebnisse bei Verwendung einer beliebigen Beschichtungsvorrichtung erhalten, bei der das Beschichtungsmittel dosiert bzw. abgemessen und auf eine Oberfläche einer Materialbahn aufgebracht wird. In den Figuren 1 bzw. 6 sind kontaktfreie und Kontakt-Extrusionsbeschichtungseinrichtungen dargestellt. In Figur 2 sind Fächerstrahlbeschichtungseinrichtungen dargestellt. Messerbeschichtungseinrichtungen umfassen Beschichtungseinrichtungen mit schlitzgeführtem Messer, Trichterbeschichtungseinrichtungen, fluidunterstützte Beschichtungseinrichtungen oder Fluiddruckbeschichtungseinrichtungen, Schlitzschienen- und Klingenbeschichtungseinrichtungen und werden unter Bezug auf eine in Figur 3 dargestellte Beschichtungseinrichtung mit schlitzgeführtem Messer beschrieben. In Figur 4 sind Gleitbeschichtungseinrichtungen dargestellt. Walzenbeschichtungseinrichtungen umfassen Gravurstreichbeschichtungseinrichtungen und Schleifauftrag- oder -beschichtungseinrichtungen und sind allgemein in Figur 5 dargestellt. Obwohl andersartige Beschichtungsvorrichtungen durch Verwendung von Schallenergie ebenfalls verbesserte Leistungen zeigen, stellen die nachstehend beschriebenen Systeme repräsentative Beispiele dar. Die Arbeitsweise der Erfindung ist im wesentlichen bei all diesen Beschichtungsverfahren ähnlich.
Figur 1 zeigt ein Kontakt-Extrusionsbeschichtungssystem. In Figur 1A ist keine Ultraschallanregung vorgesehen. Ein Beschichtungssystem 10 weist eine angrenzend an eine Andruckrolle oder -walze angeordnete Extrusionsdüse 12 auf. Eine Bahn 16 aus einem zu beschichtenden Material bewegt sich in der Figur von links nach rechts. Ein Beschichtungsmaterial 18 wird, wie dargestellt, auf und quer über die Bahn 16 extrudiert. Das Beschichtungsmaterial 18 kann auf bekannte Weise quer über die gesamte Breite der Bahn 16 oder quer über einen beliebigen Abschnitt der Breite aufgebracht werden.
In den Figuren 1B, 1C, 1D, 1E, 1F und 1G wird dem System 10 Ultraschallenergie zugeführt, so daß die Energie im Bereich des Anfangskontaktes zwischen dem Bahnenmaterial 16 und dem Beschichtungsmaterial 18 auf das Bahnenmaterial 16 und das Beschichtungsmaterial 18 wirkt. Nachstehend wird diese Ultraschallanregung ausführlich beschrieben. Im Beschichtungssystem 10' von Figur 1B ist die Andruckwalze 14 durch eine Resonanzsonotrode oder einen Ultraschall-Schalltrichter 20 ersetzt. Der Ultraschall-Schalltrichter 20 ist ein besonders konstruierter Schalltrichter, der mit ausgewählten Schwingungsfrequenzen oder amplituden schwingen kann. Die Ultraschallenergie wird dem Bahnenmaterial 16 direkt zugeführt und regt das Bahnenmaterial 16 und das Beschichtungsmaterial 18 an der Position des Anfangskontaktes zwischen dem Beschichtungsmaterial 18 und dem Bahnenmaterial 16 an.
In Figur 1C werden im Beschichtungssystem 10' sowohl ein Ultraschalltrichter 20 als auch eine Andruckwalze 14 verwendet. Die Andruckwalze 14 ist gegenüberliegend der Extrusionsdüse 12 und der Ultraschalltrichter 20 bezüglich dieser Position in Bahntransportrichtung abwärts angeordnet. Die Ultraschallenergie wird der beschichteten Bahn 16 direkt zugeführt und die Energie durch die Bahn 16 und das Beschichtungsmaterial 18 übertragen, um die Linie des Anfangskontaktes zwischen dem Beschichtungsmaterial 18 und dem Bahnenmaterial 16 anzuregen. Obwohl der Schalltrichter an einer in Transportrichtung nach der Düse 12 angeordneten Position dargestellt ist, kann dieser auch vor der Düse 12 angeordnet sein. Außerdem wird, obwohl die Ultraschallenergie der Linie des Anfangskontaktes zwischen dem Beschichtungsmaterial 18 und dem Bahnenmaterial 16 nicht direkt zugeführt wird, die Energie mit ausreichender Intensität zugeführt, so daß sie, wenn sie die Anfangskontaktlinie erreicht, einen ausreichenden Energiewert besitzt.
Das Beschichtungssystem 10' von Figur 1D weist ähnliche Komponenten auf wie das in Figur 1A dargestellte bekannte System. Die Bahn 16 wird um eine Andruckrolle 14 geführt, und das Beschichtungsmaterial 18 wird auf und quer über die gewünschte Breite der Bahn 16 extrudiert. Das Beschichtungsmaterial 18 wird durch eine Extrusionsdüse 22 auf die Bahn 16 aufgebracht. In Figur 1D wird jedoch die Düse 22 durch Ultraschall angeregt, um das Beschichtungsmaterial 18 in der Düse 22 anzuregen, so daß das angeregte Beschichtungsmaterial 18 auf die Bahn 16 extrudiert wird. Die Ultraschalldüse 22 ist eine besonders konstruierte Düse, die entweder, wie dargestellt, in einem einzelnen Gehäuse mit einem Ultraschallenergiegenerator verbunden ist, oder, beispielsweise durch eine Klammer, extern mit dem Generator verbunden ist. Die Ultraschallenergie wird über das Beschichtungsmaterial 18 übertragen, um den Bereich des Anfangskontaktes zwischen der Beschichtung 18 und der Bahn 16 anzuregen.
Figur 2 zeigt ein Fächerstrahlbeschichtungssystem. Im Beschichtungssystem 26 von Figur 2A ist keine Ultraschallanregung vorgesehen. Die Fächerstrahlbeschichtungsdüse 28 ist über der Andruckrolle 14 beabstandet angeordnet. Die Bahn 16 bewegt sich in der Figur von links nach rechts. Das Beschichtungsmaterial 18 wird von der Düse 28 extrudiert und fächerartig quer über die gewünschte Breite der Bahn 16 auf die Bahn 16 aufgetragen.
In Figur 2B wird dem Beschichtungssystem 26' Ultraschallenergie zugeführt, so daß die Energie im Bereich des Anfangskontaktes zwischen dem Bahnenmaterial 16 und dem Beschichtungsmaterial 18 auf das Bahnenmaterial 16 und das Beschichtungsmaterial 18 wirkt. Die Andruckwalze 14 ist durch den Ultraschall-Schalltrichter 20 ersetzt. Die Ultraschallenergie wird der Bahn 16 direkt zugeführt und regt das Bahnenmaterial 16 und das Beschichtungsmaterial 18 im Bereich des Anfangskontaktes zwischen dem Beschichtungsmaterial 18 und dem Bahnenmaterial 16 an. In Figur 2C werden sowohl ein Ultraschall-Schalltrichter 20 als auch eine Andruckwalze 14 verwendet. Die Ultraschallenergie wird der beschichteten Bahn 16 direkt zugeführt, und die Energie breitet sich durch die Bahn 16 und das Beschichtungsmaterial 18 stromaufwärts aus, um die Linie des Anfangskontaktes zwischen dem Beschichtungsmaterial 18 und dem Bahnenmaterial 16 anzuregen. Außerdem kann, wenn die Fächerstrahllänge kurz ist, eine Ultraschalldüse (nicht dargestellt) auf ähnliche Weise verwendet werden wie beim System 10' von Figur 1D.
Außerdem kann eine in Bahntransportrichtung nachgeschaltete Struktur, wie beispielsweise eine in Figur 2D dargestellte starre Ausgleichstange 30 oder ein in Figur 2E dargestelltes flexibles Ausgleichpolster 32 verwendet werden, um das Beschichtungsmaterial 18 zu glätten oder zu nivellieren, nachdem dieses aufgebracht wurde, um die Gleichmäßigkeit der Dicke zu verbessern. Wenn eine in Transportrichtung nachgeschaltete Einrichtung, wie beispielsweise die Ausgleichstange 30 oder das Ausgleichpolster 32 als Teil des Beschichtungssystems 26' verwendet wird, kann Ultraschallenergie vorteilhaft im Abschnitt des letzten Kontaktes zwischen der beschichteten Bahn 16 und der in Transportrichtung nachgeschalteten Ausgleichs- oder Nivellierungsstruktur zugeführt werden. Daher muß die Ultraschallenergie nicht den Bereich des Anfangskontaktes zwischen dem Bahnenmaterial 16 und dem Beschichtungsmaterial 18 erreichen, wenn sie den Bereich des letzten Kontaktes zwischen der beschichteten Bahn 16 und der Ausgleichstange 30 bzw. dem Ausgleichpolster 32 erreicht. Die Bahn kann unter der Ausgleichstange 30 bzw. dem Ausgleichpolster 32 unterstützt sein, wie dargestellt, oder nicht unterstützt sein. Diese Einrichtungen können durch Ultraschall direkt angeregt werden. Es kann auch eine durch Ultraschall angeregte nicht unterstützte Struktur verwendet werden, um das Fluid zu dosieren.
Figur 3 zeigt ein Beschichtungssystem 36 mit schlitzgeführter Messerdüse. In Figur 3A ist keine Ultraschallanregung vorgesehen. Das Beschichtungssystem 36 weist eine angrenzend an die Andruckrolle 14 angeordnete schlitzgeführte Messerdüse 38 auf. Die Bahn 16 des zu beschichtenden Materials bewegt sich in der Figur von links nach rechts, und das Beschichtungsmaterial 18 wird, wie dargestellt, quer über die gewünschte Bahnbreite aufgebracht.
In den Figuren 3B, 3C und 3D wird dem System 36' Ultraschallenergie zugeführt, so daß die Energie im Bereich des Anfangskontaktes zwischen der Bahn 16 und dem Beschichtungsmaterial 18 auf das Bahnenmaterial 16 und das Beschichtungsmaterial 18 wirkt. In Figur 38 ist die Andruckwalze 14 durch den Ultraschall-Schalltrichter 20 ersetzt. Die Ultraschallenergie wird der Bahn 16 direkt zugeführt und regt das Bahnenmaterial 16 und das Beschichtungsmaterial 18 im Bereich des Anfangskontaktes zwischen dem Beschichtungsmaterial 18 und dem Bahnenmaterial 16 sowie das Beschichtungsmaterial 18 zwischen der Düse 38 und dem Schalltrichter 20 an. In Figur 3C werden sowohl ein Ultraschall-Schalltrichter 20 als auch eine Andruckwalze 14 verwendet. Die Ultraschallenergie wird der beschichteten Bahn 16 direkt zugeführt und die Energie über das Bahnenmaterial 16 und das Beschichtungsmaterial 18 übertragen, um die Linie des Anfangskontaktes zwischen dem Beschichtungsmaterial 18 und dem Bahnenmaterial 16 anzuregen. In Figur 3D wird die durch das Bezugszeichen 40 dargestellte Messerdüse durch Ultraschall angeregt. Das Beschichtungsmaterial 18 wird angeregt, während es in der Messerdüse 40 angeordnet ist, und die Energie wird über das Beschichtungsmaterial 18 zum Bereich des Anfangskontaktes zwischen dem Beschichtungsmaterial 18 und dem Bahnenmaterial 16 übertragen.
Außerdem kann die Ultraschallenergie den Bereich zwischen dem Bereich des Anfangskontaktes zwischen dem Beschichtungs- und dem Bahnenmaterial und dem Bereich des letzten Kontakt zwischen der Vorrichtung zum Aufbringen der Beschichtung oder der in Bahntransportrichtung angeordneten Struktur und dem Beschichtungsmaterial anregen. Dies trifft auf alle diskutierten Beschichtungsverfahren zu, bei denen in Bahntransportrichtung nachgeschaltete Strukturen verwendet werden.
Figur 4 zeigt ein Gleitbeschichtungssystem 44. In Figur 4A ist keine Ultraschallanregung vorgesehen. Das Beschichtungssystem 44 ist eine angrenzend an die Andruckwalze 14 angeordnete Gleitdüse 46. Die Bahn 16 des zu beschichtenden Materials bewegt sich in der Figur von links nach rechts, und das Beschichtungsmaterial 18 wird wie dargestellt auf die Bahn 16 aufgebracht. Die Beschichtung wird quer über die gewünschte Breite der Bahn 16 aufgebracht.
In Figur 4B wird dem System 44' Ultraschallenergie zugeführt, so daß die Energie im Bereich des Anfangskontaktes zwischen der Bahn 16 und dem Beschichtungsmaterial 18 auf das Bahnenmaterial 16 und das Beschichtungsmaterial 18 wirkt. Die Andruckwalze 14 ist durch den Ultraschall-Schalltrichter 20 ersetzt, und die Ultraschallenergie wird der Bahn 16 direkt zugeführt und regt das Bahnenmaterial 16 und das Beschichtungsmaterial 18 an der Position des Anfangskontaktes zwischen dem Beschichtungsmaterial 18 und dem Bahnenmaterial 16 an. Außerdem kann eine Ultraschall-Gleitdüse (nicht dargestellt) verwendet werden, in der das Beschichtungsmaterial 18 angeregt wird, während es noch in der Gleitdüse angeordnet ist, wobei die Energie über das Beschichtungsmaterial 18 zum Bereich des Anf angskontaktes zwischen dem Beschichtungsmaterial 18 und dem Bahnenmaterial 16 übertragen wird.
Figur 5 zeigt ein Walzenbeschichtungssystem 50. In Figur 5A ist keine Ultraschallanregung vorgesehen. Das Beschichtungssystem 50 weist eine Wanne oder Pfanne 52, in der ein flüssiges Beschichtungsmaterial 18 angeordnet ist, und eine für eine Drehbewegung mit der Wanne 52 angeordnete Walze 54 auf. Die Andruckwalze 14 ist angrenzend bzw. anliegend an die Walze 54 angeordnet. Die Bahn 16 des zu beschichtenden Materials bewegt sich in der Figur von links nach rechts. Das Beschichtungsmaterial 18 wird der Bahn quer über die gewünschte Breite zugeführt, wobei eine Glätt- oder Abstreichklinge 56 verwendet werden kann, um überschussiges Beschichtungsmaterial 18 abzustreichen und die Beschichtung 18 auf der Bahn 16 zu nivellieren oder zu glätten.
In Figur 5B wird dem System 50' Ultraschallenergie zugeführt, so daß die Energie im Bereich des Anfangskontaktes zwischen dem Bahnenmaterial 16 und dem Beschichtungsmaterial 18 auf die Bahn 16 und das Beschichtungsmaterial 18 wirkt. Dies wird erreicht, indem die Andruckwalze 14 durch einen Ultraschall-Schalltrichter 20 ersetzt wird. Die Ultraschallenergie wird der Bahn 16 direkt zugeführt und regt das Bahnenmaterial 16 und das Beschichtungsmaterial 18 an der Position des Anfangskontaktes zwischen dem Beschichtungsmaterial 18 und dem Bahnenmaterial 16 an. Alternativ kann, wenn eine Abstreichklinge 56 als Teil der Vorrichtung 10 zum Aufbringen der Beschichtung verwendet wird, um die Beschichtung 18 auf der Bahn 16 zu nivellieren oder zu glätten, Ultraschallenergie vorteilhaft dem Bereich des letzten Kontaktes zwischen der beschichteten Bahn 16 und der in Bahntransportrichtung nachgeschalteten Abstreichklinge zugeführt werden. Daher muß, wenn die Abstreichklinge verwendet wird, die Ultraschallenergie nicht den Bereich des Anfangskontaktes zwischen der Bahn 16 und dem Beschichtungsmaterial 18 erreichen, wenn sie den Bereich des letzten Kontaktes zwischen der beschichteten Bahn 16 und der Abstreichklinge erreicht. Ultraschallenergie kann vorteilhaft auch bei anderen Beschichtungssystemen angewendet werden, einschließlich solchen Beschichtungssystemen, bei denen mehrere Walzen vorgesehen sind.
Die Figuren 6A, 6B und 6C entsprechen den Figuren 1A, 1B bzw. 1C und zeigen kontaktfreie Extrusionsbeschichtungssysteme 60, 60'.
Bei einer Anordnung für alle Beschichtungskonfigurationen ist die Ultraschallquelle an der Linie des Anfangskontaktes zwischen dem Beschichtungsmaterial und dem Bahnenmaterial angeordnet. Vorzugsweise wird die Ultraschallenergie über einen an Stelle einer Andruckwalze oder einer anderen Stütze verwendeten Ultraschall- Schalltrichter der Rückseite der Bahn zugeführt. Die Ultraschallquelle kann jedoch auch entfernt von der Anfangskontaktlinie angeordnet sein, um der beschichteten oder der unbeschichteten Bahn Energie zuzuführen, wenn ein ausreichender Ultraschallenergiepegel die Linie des Anfangskontaktes erreicht. Der maximale Abstand beträgt etwa 15 cm, obwohl die besten Ergebnisse innerhalb von 8 cm erhalten wurden. Alternativ kann, wie unter Bezug auf Figur 2 erläutert wurde, die Ultraschallenergie innerhalb von 15 cm bezüglich der Position einer beliebigen in Bahntransportrichtung nachgeschalteten Nivellierungs- oder Glättungsstruktur angeordnet sein. Außerdem kann durch die Ultraschallenergie der Bereich zwischen dem Abschnitt des Anfangskontaktes zwischen dem Beschichtungsmaterial und dem Bahnenmaterial und dem Abschnitt des letzten Kontaktes zwischen der Einrichtung zum Aufbringen der Beschichtung oder der in Bahntransportrichtung nachgeschalteten Struktur und dem Beschichtungsmaterial angeregt werden. Die Ultraschallenergie kann einem beliebigen Bereich oder einer Kombination dieser Bereiche zugeführt werden.
Unabhängig von der Position der Ultraschallenergiequelle wird durch die Ultraschallenergie der Beschichtungsflüssigkeit Energie zugeführt. Wenn die Schallenergiemtensität zunimmt, werden die Beschichtungsqualität und die Verarbeitbarkeit, wie beispielsweise die Gleichmäßigkeit der Dicke, verbessert, bis ein optimaler Schallintensitätspegel erreicht wird. Schallenergie wird vorzugsweise mit einer Intensität in der Nähe dieses optimalen Pegels zugeführt, der in Abhängigkeit von der Art der Beschichtungseinrichtung und der Art des beschichteten Materials zwischen 0.1 W/cm² und 40 W/cm² beträgt. Durch die zugeführte Ultraschallenergie können jedoch Bandschwingungen, wie beispielsweise Oberflächenschallwellen, erzeugt werden, durch die Energie auf die Beschichtung übertragen wird. In Abhängigkeit von der Schwingungsamplitude kann dadurch die Beschichtungsqualität verbessert oder verschlechtert werden. Es muß sorgfältig darauf geachtet werden, daß nachteilige Wirkungen, wie beispielsweise niederfrequente stehende Wellen, durch die eine ungleichmäßige Beschichtung verursacht wird, verhindert werden.
Bei allen Beschichtungsanordnungen ist eine Struktur bevorzugt, bei der die Ultraschallenergie über einen Schalltrichter zugeführt wird, durch den allgemein eine Andruckwalze ersetzt wird. Die Ultraschallenergie kann der Bahn durch direkten Kontakt oder durch ein Medium zugeführt werden, das eine ausreichende Energiemenge überträgt, wie beispielsweise ein Kopplungsfluid. Die Arbeitsfläche des Schalltrichters selbst und auch der mit dem Schalltrichter in Kontakt stehenden Bahn sind an oder in der Nähe eines Druckknotens der stehenden Schallwelle angeordnet. Weil die Ultraschallenergie durch das Bahnen- und das Beschichtungsmaterial durchgelassen bzw. übertragen und reflektiert wird, ziehen die kombinierten Wellen Beschichtungsmaterial zum Schalltrichter-Druckknoten und zur Bahn. Dadurch wird das Absink- oder Abziehverhalten bei der Extrusionsbeschichtung verbessert und sowohl im Extrusions- als auch im Fächerstrahlbeschichtungsverfahren eine stabilere Flussigkeitskontaktlinie erhalten. Das Beschichtungsmaterial wird zur Bahn gezwungen, wodurch die Tendenz vermindert wird, daß zwischen dem Beschichtungs- und dem Bahnenmaterial Luft mitgezogen wird. Andere gewünschte Wirkungen, durch die die Benetzbarkeit verbessert wird, sind Erscheinungen wie beispielsweise eine Verminderung der Ultraschallviskosität und Kontaktlinien- und Massenfluiddynamiken mit den entsprechenden Fluidimpulsverteilungen. Außerdem werden, weil der Schalltrichter eine starr montierte, nicht-drehbare Oberfläche mit geringem Reibungskoeffizient aufweist, ein Andruckwalzen-Unrundlauf und die damit verbundenen stromabwärtigen Variationen eliminiert. Gegebenenfalls kann eine Trägerbahn verwendet werden, um die bewegte Bahn von dem stationären Ultraschall-Schalltrichter abzuschirmen.
Wenn der Abschnitt des Anfangskontaktes zwischen dem Beschichtungsrnaterial und der Bahn durch eine andere Struktur, wie beispielsweise das schlitzgeführte Messersystern von Figur 3B und 3D, eingeschränkt wird, können zusätzliche Effekte auftreten. Weil das Beschichtungsmaterial eine dünne Schicht zwischen zwei akustisch abgestimmten oder ähnlichen Materialien bildet, wird die Schallenergieübertragung wesentlich verbessert. Die Schallenergiedichte im Beschichtungsmaterial ist zwischen der Düse und der Bahn wesentlich größer als diejenige außerhalb dieses Bereichs. Außerdem ist, wenn im Beschichtungsbereich ein geringes Beschichtungsgewicht oder ungefüllte bzw. nicht beschichtete Streifen vorhanden sind, die Schallenergiedichte in diesem Bereich geringer, so daß ein größerer Fluidfluß in Querrichtung verursacht wird, durch den die Streifen gefüllt werden. Durch die erhöhte Energiedichte des Fluids im Beschichtungsbereich wird die Strömung in Querrichtung der Bahn verbessert, wird die Streifenbildung vermindert, die Tendenz zum Mitreißen von Luft vermindert und eine bessere Gleichmäßigkeit der Bahn in Querrichtung und eine bezüglich externen Störungen widerstands fähigere Strömungsstruktur erhalten. Außerdem kann das System mit größeren Abständen zwischen der Düse und dem Bahnenmaterial betrieben werden. Dadurch wird ein Betrieb ermöglicht, bei dem größere Verarbeitungstoleranzen zulässig sind, weil die Düsenposition nicht so kritisch ist wie in dem Fall, wenn keine Ultraschallenergie verwendet wird. Durch die Verwendung größerer Beschichtungsabstände werden Bahn- bzw. Bandrißprobleme reduziert. Außerdem tragen Bearbeitungsabweichungen der Düsenflächen zu einem geringeren Prozentanteil zum Gesamtbeschichtungsabstand bei, so daß ihre nachteiligen Auswirkungen auf die Gleichmäßigkeit der Beschichtung vermindert werden.
Die bevorzugte Schwingungsfrequenz der Schallenergie liegt im Bereich des unteren Endes des Ultraschallspektrums bei 20000 Hz. Weil die Vorteile ultraschallunterstützter Beschichtungsverfahren nicht stark frequenzabhängig sind, ist ein breiter Bereich hoher und niedriger Frequenzen geeignet. Obwohl niedrigere Frequenzen hörbar sind und Geräuschkontrollprobleme darstellen, können sie verwendet werden, wenn beispielsweise bei dickflüssigeren Flüssigkeiten oder zum Erweitern größerer Systeme größere Amplituden erforderlich sind. Bei hochfrequenten Ultraschallsystemen ergeben sich Erweiterungsprobleme, weil sie aufgrund der bei höheren Frequenzen erhaltenen kürzeren Wellenlängen kleiner sind. Hochfrequenzsysteme können jedoch für dünnflüssigere Flüssigkeiten (mit einer Viskosität von weniger als 500 cps) bevorzugt sein, weil sie weniger Niederfrequenzresonanzen erzeugen.
Beim ultraschallunterstützten Beschichten wurden Doppelamplituden der Ultraschallschwingungen von 0.002mm bis 0.20mm untersucht. Die größeren Amplituden sind geeigneter für sehr dickflüssige Flüssigkeiten oder für dünne Schichten, wohingegen für dünnflüssigere Flüssigkeiten oder dicke Schichten kleinere Amplituden erforderlich sind. Beispielsweise ist in einem System mit schlitzgeführtem Messer bei einer auf einem Lösungsmittel basierenden Gummibeschichtung mit 5000 cps eine Doppelamplitude von 0.03mm bei 20000 Hz ausreichend, um die gewünschten Verbesserungen der Beschichtungsqualität zu erhalten. Wenn die Amplitude zu groß ist, kann die Gleichmäßigkeit der Beschichtung durch lokale Ungleichmäßigkeiten, wie beispielsweise Riffelbildungseffekte, unterbrochen werden.
Die Ultraschallwellen werden vorzugsweise senkrecht zur Bahntransportrichtung zugeführt, wie in Figur 1B und 1C dargestellt. Obwohl diese Ausrichtung bevorzugt ist, können die Schallwellen auch in einem Einfallswinkel zwischen 90º und 0º (d.h. zwischen senkrechtem und parallelem Einfall) bezüglich der Ebene der Bahn 16 zugeführt werden. Die Figuren 1E und 1F zeigen ähnliche Systeme wie die in den Figuren 1B und 1C dargestellten Systeme, bei denen die Ultraschallenergie über einen Ultraschall-Schalltrichter 20 bzw. eine Ultraschalldüse 22 übertragen wird. Bei diesen Ausführungsformen übertragen der Schalltrichter 20 und die Düse 22 die Ultraschallenergie unter einem Winkel zwischen 0º und 90º. In Figur 1G überträgt der Ultraschall-Schalltrichter 20 die Ultraschallenergie parallel zur Ebene der Bahn 16, so daß die Schwingungsamplitude der Ultraschallenergie in Transportrichtung der Bahn 16 liegt.
Wenn Ultraschallenergie über die Beschichtungsdüse zugeführt wird (wie in den Figuren 1D und 3D dargestellt), wird dadurch auch die Strömung des Beschichtungsmaterials in der Düse beeinflußt. Es hat sich gezeigt, daß in einigen Fällen, wenn die Pumpkraft konstant gehalten wird, die Strömungsgeschwindigkeit durch die Düse verdoppelt wird, wenn Ultraschallenergie parallel zur Flüssigkeitsbewegung zugeführt wird, und um einen Faktor 5 verbessert wird, wenn sie in senkrechter Richtung zugeführt wird. Außerdem wird durch Ultraschallanregung der Düse die Temperatur des Beschichtungsmaterials erhöht, wodurch die natürliche Strömung des Beschichtungsmaterials von der Düse verbessert wird. Außerdem ktnnen in Rissen der Düse anhaftende Reste durch Ultraschallanregung aus der Düse heraustransportiert werden, wodurch eine durch eingeschlossene Reste verursachte Streifenbildung in der beschichteten Bahn verhindert wird. Die Düse wird vorzugsweise als stehende Welle angeregt. Alternativ können die Ultraschallschwingungen als sich durch die Düse ausbreitende Wanderwelle mit oder ohne Verwendung eines Kopplungsmaterials zugeführt werden.
Es wurden mehrere Experimentserien mit verschiedenen Fluida durchgeführt. Bei einem Experiment wurde eine 30 cm (12 Zoll) breite Messerdüse mit einem Utraschall-Andruckschalltrichter verwendet. Ein auf Gummi basierender Klebstoff wurde bei einer Bahngeschwindigkeit von 7.62 m/min (25 Fuß/min) in einer Dicke von 0.0635 mm (0.0025 Zoll) aufgetragen. Die Ultraschall-Doppelamplitude betrug etwa 0.0305 mm (0.0012 Zoll). Ein Bereich in der Düse wurde absichtlich über etwa 1 mm (0.04 Zoll) verstopft, um eine verstopfte Düse zu simulieren und zu demonstrieren, daß durch Ultraschall eine ausreichende Querströmung im Bereich erhalten werden kann, wo das Beschichtungsmaterial aufgebracht wird, um Streifen zu überdecken. Es wurden in Figur 7 dargestellte Dickenprofile der Beschichtung in Bahnquerrichtung aufgenommen bzw. abgetastet. Die Beschichtungsbreite der Bahn ist entlang der x-Achse dargestellt, und die Schichtdicke ist entlang der y-Achse dargestellt. Figur 7A zeigt eine Beschichtung ohne Ultraschallanregung. Durch die Verstopfung in der Düsenöffnung wurde in einem Bereich A ein Streifen erzeugt, und eine Einsenkung in einem Bereich B stellt einen natürlich auftretenden dünnen Beschichtungsbereich der Bahn dar. Bei eingeschalteter Ultraschallanregung wurde der Bereich A zu 92% der Beschichtungsgesamtdicke aufgefüllt und die Einsenkung im Bereich B im wesentlichen eliminiert, wie in Figur 7B dargestellt.
Außerdem wurden Daten einer Pilotanlage aufgenommen. Ein Lauf mit einem 24689 m (81000 Fuß) langen und 61 cm (24 Zoll) breiten, auf Gummi basierenden Klebeband wurde mit einer Transportgeschwindigkeit von 15.24 bis 30.48 m/min (50 bis 100 Fuß/min) unter Verwendung einer schlitzgeführten Messerdüse und eines Ultraschall-Schalltrichters durchgeführt. Die Ultraschall-Doppelamplitude wurde zwischen 0.015 und 0.025 mm (0.0006 und 0.001 Zoll) verändert. Die Beschichtungsdicke betrug 0.030 mm (0.0012 Zoll), und die Profile in Bahnquerrichtung wurden gemessen. Es wurden zehnmal aufeinanderfolgend jeweils 230 Datenpunkte abgetastet und der Schichtdickenbereich und die Standardabweichung des letzten Abtastvorgangs sowie der mittlere Bereich und die Standardabweichung aller zehn Abtastvorgänge bestimmt. (Der Bereich ist durch die minimale und die maximale Schichtdicke in Bahnquerrichtung bestimmt.) Die zehn Abtastvorgänge wurden als zehn Sätze von Abtastvorgängen 17 mal mit und 9 mal ohne Ultraschallanregung durchgeführt.
Eine Anzeige einer vorübergehenden oder plötzlichen Schichtdickenänderung kann erhalten werden, indem bestimmt wird, wie stark der Bereich eines einzelnen Abtastvorgangs vom mittleren Bereich mehrerer vorangehender Abtastvorgänge abweicht. Die mit der Zeit auftretenden Schichtbereichänderungen können daher bestimmt werden, indem der mittlere Bereich der zehn Abtastvorgänge vom zehnten Abtastvorgang eines Satzes von zehn Abtastvorgängen subtrahiert, der Absolutwert gebildet und durch den mittleren Bereich geteilt wird. Dies wird für alle Sätze von zehn Abtastvorgängen durchgeführt und daraufhin der Mittelwert gebildet. Figur 8A vergleicht die Änderung des mittleren Bereichs als Prozentanteil für die Sätze von Abtastvorgängen mit Ultraschallanregung und die Sätze von Abtastvorgängen ohne Ultraschallanregung. Durch Ultraschallanregung wird die prozentuale Änderung von 47% auf 15%, d.h. um den Faktor 3, reduziert. Figur 8A vergleicht die Änderungen der Standardabweichung der Läufe mit und ohne Ultraschallanregung. Die prozentualen Änderungen der Standardabweichung wurden durch Ultraschallanregung von 25% auf 10% reduziert. Diese Zahlen zeigen die verbesserte Übereinstimmung des Gesamtdickenprofus in Bahnquerrichtung als Funktion der Laufzeit. Wenn einmal ein gewünschtes Schichtprofil erreicht wird, ändert sich das Profil bei Verwendung von Ultraschallanregung mit der Zeit weniger als ohne Ultraschallanregung.
Durch Fachleute können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden, ohne den Schutzumfang der Patentansprüche zu verlassen. Beispielsweise können an Stelle einer Sonotrode als Ultraschallenergiequelle Exzenterscheiben oder Generatoren für weißes Rauschen verwendet werden, um verbesserte Beschichtungen zu erhalten. Außerdem kann beiden Seiten der Bahn Schallenergie zugeführt werden.

Claims

1. Vorrichtung (10', 26', 36', 44', 50', 60') zum Aufbringen mindestens einer Schicht eines flüssigen Beschichtungsmaterials (18) mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Dicke in Querrichtung auf nur eine Oberfläche eines sich bewegenden Bahnenmaterials (16), mit:

einer Einrichtung (12, 28, 38, 46, 52, 54) zum Dosieren einer kontollierten Menge eines Beschichtungsrnaterials (18); und

einer Einrichtung (12, 28, 38, 46, 52, 54) zum Aufbringen der dosierten Menge des Beschichtungsmaterials auf mindestens einen Abschnitt nur einer Oberfläche des Bahnenmaterials, wobei die Einrichtung zum Aufbringen des Beschichtungsmaterials getrennt von der Dosierungseinrichtung betrieben wird;

einer Einrichtung (20) zum akustischen Anregen des Beschichtungsmaterials (18), wobei die Anregungseinrichtung (20) insbesondere zum Anregen der Linie des Anfangskontaktes zwischen dem Beschichtungsmaterial (18) und der Bahn (16) mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Schallintensität geeignet ist, während das Beschichtungsmaterial flüssig ist und bevor ein wesentliches Trocknen des Beschichtungsmaterials auftritt, wobei die Schallenergie in Kombination mit den Eigenschaften des Beschichtungsmaterials (18) so ausgewählt wird, daß ein beschichtetes Bahnenmaterial (16) mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Dicke in Querrichtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Bahnenmaterials (16) hergestellt wird.

2. Vorrichtung (10', 26', 36', 44', 50', 60') zum Aufbringen mindestens einer Schicht eines flüssigen Beschichtungsmaterials (18) mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Dicke in Querrichtung auf nur eine Oberfläche eines sich bewegenden Bahnenmaterials (16), mit:

einer Einrichtung (12, 28, 38, 46, 52, 54) zum Dosieren einer kontrollierten Menge eines Beschichtungsmaterials (18);

einer in Bewegungrichtung des Bahnenmaterials nachgeschalteten Nivellierungsstruktur (30, 32, 56); und

einer Einrichtung (20) zum akustischen Anregen des Beschichtungsmaterials (18), wobei die Anregungseinrichtung (20) insbesondere zum Anregen der Linie des Anfangskontaktes zwischen dem Beschichtungsmaterial (18) und dem Bahnenmaterial (16) und/oder der Linie des letzten Kontaktes zwischen der nachgeschalteten Nivel lierungsstruktur (30, 32, 56) und dem Beschichtungsmaterial (18) mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Schallintensität geeignet ist, während das Beschichtungsmaterial flüssig ist und bevor ein wesentliches Trocknen des Beschichtungsmaterials auftritt, wobei die Schallenergie in Kombination mit den Eigenschaften des Beschichtungsmaterials (18) so ausgewählt wird, daß ein beschichtetes Bahnenmaterial (16) mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Dicke in Querrichtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Bahnenmaterials (16) hergestellt wird.

3. Vorrichtung (10', 26', 36', 44', 50', 60') nach Anspruch 2, wobei die Anregungseinrichtung (20) dazu geeignet ist der Rückseite des Bahnenmaterials (16) in mindestens einem Abschnitt des Bahnenmaterials (16) Schallenergie zuzuführen, der sich von 15 cm vor der Linie des Anfangskontaktes zwischen dem Beschichtungsmaterial (18) und dem Bahnenmaterial (16) bis 15 cm hinter die nachgeschaltete Nivellierungsstruktur (30, 32, 56) erstreckt.

4. Vorrichtung (10', 26', 36', 44', 50', 60') nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anregungseinrichtung eine Stützstruktur mit einem Andruckschalltrichter (20) aufweist, durch die die Rückseite des sich bewegenden Bahnenmaterials (16) gestützt wird und ein wesentlicher Kontakt mit dem Bahnenmaterial (16) gehalten wird, um dem Beschichtungsmaterial (18) von der Anregungseinrichtung (20) über die Rückseite des Bahnenmaterials (16) durch das Bahnenmaterial (16) Schallenergie zuzuführen, wobei der Andruckschalltrichter (20) im wesentlichen gegenüberliegend der Einrichtung (12, 28, 38, 46, 54) zum Aufbringen des Beschichtungsmaterials angeordnet ist, um der Rückseite des Bahnenmaterials (16) im wesentlichen an der Position des Anfangskontaktes zwischen dem Beschichtungsmaterial (18) und dem Bahnenmaterial (16) Schallenergie zuzuführen.

5. Vorrichtung (10', 26', 36', 44', 50', 60') nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anregungseinrichtung (20, 22, 40) dazu geeignet ist, das Beschichtungsmaterial (18) zum Bahnenmaterial (16) zu ziehen, um die Strömung in die Mikrostruktur und die Makrostruktur des Bahnenmaterials (16) zu erhöhen und den Anteil von zwischen dem Beschichtungsmaterial (18) und dem Bahnenmaterial (16) mitgezogener Luft zu verringern.

6. Vorrichtung (10', 36') nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anregungseinrichtung dazu geeignet ist, der Einrichtung (22, 40) zum Aufbringen des Beschichtungsmaterials Schallenergie zuzuführen, um in der Einrichtung (22, 40) zum Aufbringen des Beschichtungsmaterials Schallwellen zu erzeugen.

7. Vorrichtung (10', 26', 36', 44', 50', 60') nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anregungseinrichtung (20, 22, 40) dazu geeignet ist, Ultraschallwellen mit im wesentlichen gleichmäßiger Amplitude und Frequenz zu erzeugen, wobei die Frequenz am unteren Ende des Ultraschallspektrums angeordnet ist und die Wellen senkrecht zur Ebene des Bahnenmaterials (16) ausgerichtet sind.

8. Vorrichtung (10', 26', 36', 44', 50', 60') nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anregungseinrichtung (20, 22, 40) dazu geeignet ist, dem Beschichtungsmaterial Schallenergie durch ein energieübertragendes Kopplungsmedium zuzuführen.

9. Vorrichtung (10', 26', 36', 44', 50', 60') nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Aufbringungseinrichtung (12, 28, 38, 46, 52, 54) dazu geeignet ist, die dosierte Menge des Beschichtungsmaterials (18) auf mehrere Abschnitte nur einer Oberfläche des Bahnenmaterials (16) aufzubringen, wobei die beschichteten Abschnitte sowohl in Bewegungsrichtung als auch in Querrichtung des Bahnenmaterials relativ zueinander diskontinuierlich sind und die Anregungseinrichtung (20, 22, 40) dazu geeignet ist, ein beschichtetes Bahnenmaterial mit mehreren beschichteten Abschnitten mit im wesentlichen gleichmäßiger und gleicher Dicke in Querrichtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Bahnenmaterials (16) herzustellen.

10. Verfahren zum Aufbringen mindestens einer Schicht eines flussigen Beschichtungsmaterials (18) mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Dicke in Querrichtung auf nur eine Oberfläche eines sich bewegenden Bahnenmaterials (16), mit den Schritten:

Dosieren einer kontrollierten Menge eines Beschichtungsmaterials (18); und

bezüglich des Dosierungsschrittes getrenntes Aufbringen der dosierten Menge des Beschichtungsmaterials (18) auf mindestens einen Abschnitt nur einer Oberfläche des Bahnenmaterials (16);

akustisches Anregen der Linie des Anfangskontaktes zwischen dem Beschichtungsmaterial (18) und der Bahn (16) von der Oberfläche, die der Fläche gegenüberliegt, auf die das Beschichtungsmaterial (18) aufgebracht wird, mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Schallintensität, während das Beschichtungsmaterial flüssig ist und bevor ein wesentliches Trocknen des Beschichtungsmaterials auftritt; und

Auswählen der Schallintensität in Kombination mit den Eigenschaften des Beschichtungsmaterials (18), um eine beschichtete Bahn (16) mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Dicke in Querrichtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Bahnenmaterials (16) herzustellen.

11. Verfahren zum Aufbringen mindestens einer Schicht eines flussigen Beschichtungsmaterials (18) mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Dicke in Querrichtung auf nur eine Oberfläche eines sich bewegenden Bahnenmaterials (16), mit den Schritten:

Dosieren einer kontollierten Menge eines Beschichtungsmaterials (18);

Nivellieren des Beschichtungsmaterials durch eine in Bewegungsrichtung des Bahnenmaterials nachgeschaltete Nivellierungsstruktur; und

akustisches Anregen der Linie des Anfangskontaktes zwischen dem Beschichtungsmaterial (18) und dem Bahnenmaterial (16) und/oder der Linie des letzten Kontaktes zwischen der nachgeschalteten Nivellierungsstruktur und der Beschichtung (18) von der Oberfläche, die der Fläche gegenüberliegt, auf der das Beschichtungsmaterial (18) aufgebracht wird, mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Schalldichte, während das Beschichtungsmaterial flüssig ist und bevor ein wesentliches Trocknen des Beschichtungsmaterials auftritt; und

Auswählen der Schallintensität in Kombination mit den Eigenschaften des Beschichtungsmaterials (18), um ein beschichtetes Bahnenmaterial (16) mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Dicke in Querrichtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Bahnenmaterials (16) herzustellen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Anregungsschritt den Schritt aufweist: Zuführen von Schallenergie zu mindestens einem Teil eines Bereichs des Bahnenmaterials (16), der sich von 15 cm vor der Linie des Anfangskontaktes zwischen dem Beschichtungsmaterial (18) und dem Bahnenmaterial (16) bis 15 cm hinter die nachgeschaltete Nivellierungsstruktur (30, 32, 56) erstreckt.

13. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Anregungsschritt die Schritte aufweist: Zuführen von Schallenergie zur Rückseite des Bahnenmaterials (16), während die Rückseite des sich bewegenden Bahnenmaterials (16) gestützt und ein wesentlicher Kontakt mit der Rückseite des sich bewegenden Bahnenmaterials gehalten wird, und Übertragen der Schallenergie über das Bahnenmaterial (16) auf das Beschichtungsmaterial (18).

14. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Aufbringungsschritt das Verwenden einer Aufbringungsvorrichtung (12, 28, 38, 46, 52, 54) und der Anregungsschritt den Schritt des Zuführens von Schallenergie zur Aufbringungsvorrichtung zum Erzeugen von Schallwellen in der Aufbringungsvorrichtung aufweist.

15. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Anregungsschritt den Schritt aufweist: Anregen mit Ultraschallpegeln und Erzeugen von Wellen mit im wesentlichen gleichmäßiger Amplitude und Frequenz unter einem Winkel im Bereich von 900 bis 00 bezüglich der Ebene des Bahnenmaterials (16).

16. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Aufbringungsschritt den Schritt aufweist: Aufbringen der dosierten Menge des Beschichtungsmaterials (18) auf mehrere Abschnitte nur einer Oberfläche des Bahnenmaterials (16), wobei die beschichteten Abschnitte sowohl in Bewegungsrichtung als auch in Querrichtung des Bahnenmaterials relativ zueinander diskontinuierlich sind, und wobei im Anregungsschritt ein beschichtetes Bahnenmaterial mit mehreren beschichteten Abschnitten mit im wesentlichen gleichmäßiger und gleicher Dicke in Querrichtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Bahnenmaterials (16) hergestellt wird.