DE69509651T2 - METHOD AND DEVICE FOR COMBINED ROLL AND EXTRUSION COATING - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR COMBINED ROLL AND EXTRUSION COATING

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Beschichtungsverfahren. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Beschichtungsverfahren unter Verwendung einer Düse wie im Grunde aus EP-A-0 466 420 bekannt.The present invention relates to coating processes. In particular, the present invention relates to coating processes using a nozzle as basically known from EP-A-0 466 420.

US-A-2 681 294 offenbart ein Unterdruckverfahren zum Stabilisieren des Beschichtungswulsts für Direktextrusions- und Gleit-Typen von Systemen für dosierte Beschichtung. Eine derartige Stabilisierung verbessert die Beschichtungsfähigkeit dieser Systeme. Jedoch fehlt es diesen Systemen an ausreichender Gesamtfähigkeit, die dünnen nassen Schichten, die für eine beschichtete Produkte erforderlich sind, selbst bei sehr niedrigen Flüssigkeitsviskositäten zu liefern.US-A-2 681 294 discloses a vacuum process for stabilizing the coating bead for direct extrusion and slip types of metered coating systems. Such stabilization improves the coating ability of these systems. However, these systems lack sufficient overall ability to provide the thin wet layers required for coated products, even at very low fluid viscosities.

US-A-4 445 458 offenbart Extrusions-Wulstbeschichturlgsdüse mit einer schrägen Abzugsfläche zum Aufbringen einer Grenzkraft auf die stromabwärtige Seite des Beschichtungswulstes und zum Verringern des zum Aufrechterhalten des Wulstes erforderlichen Unterdruckbetrags. Eine Verringerung des Unterdrucks verringert Vibrationsfehler und Beschichtungsstreifen. Um die Beschichtungsqualität zu verbessern, müssen der stumpfe Winkel der schrägen Fläche in bezug zur Schlitzachse und die Position der Schräge entlang der Schlitzachse in Richtung der sich bewegenden Bahn (Überhang) und von der sich bewegenden Bahn weg (Unterhang) optimiert werden. Die Optimierung führt zu der zum Beschichten mit photosensitiven Emulsionen erforderlichen hohen Qualität. Jedoch fehlt die für einige beschichtete Produkte erforderliche Dünnschicht- Leistungsfähigkeit.US-A-4 445 458 discloses an extrusion bead coating die with a sloped take-off surface for applying a confining force to the downstream side of the coating bead and reducing the amount of vacuum required to maintain the bead. Reducing the vacuum reduces vibration defects and coating streaks. To improve coating quality, the obtuse angle of the sloped surface with respect to the slot axis and the position of the slope along the slot axis toward the moving web (overhang) and away from the moving web (underhang) must be optimized. The optimization results in the high quality required for coating with photosensitive emulsions. However, the thin film performance required for some coated products is lacking.

Fig. 1 zeigt eine bekannte Beschichtungsdüse 10 mit einer Unterdruckkammer 12 als Teil eines Systems für dosierte Beschichtung. Eine Beschichtungsflüssigkeit 14 wird von einer Pumpe 16 genau an die Düse 10 zum Aufbringen auf eine seich bewegende Bahn 18 geliefert, die von einer Stützwalze 20 getragen ist. Die Beschichtungsflüssigkeit wird durch einen Kanal 22 an eine Verteilereinrichtung 24 zur Verteilung durch einen Schlitz 26 in der Düse und zum Aufbringen auf die sich bewegende Bahn 18 geliefert. Wie in Fig. 2 dargestellt, läuft die Beschichtungsflüssigkeit durch den Schlitz 26 und bildet einen durchgehenden Beschichtungswulst 28 zwischen der stromaufwärtigen Düsenlippe 30 und der stromabwärtigen Düsenlippe 32 sowie der Bahn 18.Fig. 1 shows a known coating nozzle 10 with a vacuum chamber 12 as part of a metered coating system. A coating liquid 14 is delivered by a pump 16 directly to the nozzle 10 for application to a gently moving web 18 supported by a back-up roll 20. The coating liquid is delivered through a channel 22 to a distributor 24 for distribution through a slot 26 in the nozzle and for application to the moving web 18. As shown in Fig. 2, the coating liquid passes through the slot 26 and forms a continuous coating bead 28 between the upstream nozzle lip 30 and the downstream nozzle lip 32 and the web 18.

Die Abmessungen F1 und F2, die Breite der Lippen 30, 32, liegen im allgemeinen im Bereich von 0,25 bis 0,76 mm. Die Unterdruckkammer 12 bringt einen Unterdruck stromaufwärts des Wulstes auf, um den Wulst zu stabilisieren.The dimensions F1 and F2, the width of the lips 30, 32, are generally in the range of 0.25 to 0.76 mm. The vacuum chamber 12 applies a vacuum upstream of the bead in order to stabilize the bead.

Aus EP-A-0 466 420 ist eine Quellenbeschichtungsvorrichtung zum Aufbringen einer Beschichtungsflüssigkeit auf eine Bahn bekannt, bei der die Quelle verschwenkbar ist, wobei der Quellenwinkel eingestellt werden kann, ohne den Spalt zwischen der Spitze der Quelle und der zu beschichtenden Fläche zu verändern. Die Quelle ist durch zwei Lippen begrenzt, wobei die in Bewegungsrichtung der zu beschichtenden Fläche stromabwärtige Lippe länger als die andere (stromaufwärtige)Lippe ist. Die Spitze der stromabwärtigen Lippe liegt im wesentlichen auf der Schwenkachse der Quelle. Der zwischen den beiden Lippen gebildete Schlitz stromaufwärts der Mündung oder des offenen Endes linear oder, alterativ, gebogen sein, so daß der zwischen dem austretenden Beschichtungsfluidstrom und der zu beschichtenden Oberfläche bestehende Winkel größer als der von der Längsrichtung der Quelle mit der zu beschichten den Fläche gebildete Winkel ist. Bei der bekanten Beschichtungseinrichtung ist der Abstand zwischen dem vorderen Ende der stromaufwärtigen Lippe und der zu beschichtenden Fläche größer als derjenige zwischen dem vorderen Ende der stromabwärtigen Lippe und der zu beschichtenden Fläche. Das vordere Ende der stromaufwärtigen Lippe ist flach, während der Teil der stromabwärtigen Lippe zwischen der Spitze derselben und der stromaufwärtigen Lippe gekrümmt sein kann.From EP-A-0 466 420 a source coating device for applying a coating liquid to a web is known, in which the source is pivotable, the source angle being adjustable without changing the gap between the tip of the source and the surface to be coated. The source is delimited by two lips, the lip downstream in the direction of movement of the surface to be coated being longer than the other (upstream) lip. The tip of the downstream lip lies substantially on the pivot axis of the source. The slot formed between the two lips upstream of the mouth or the open end can be linear or, alternatively, curved, so that the angle between the emerging coating fluid stream and the surface to be coated is greater than the angle formed by the longitudinal direction of the source with the surface to be coated. the surface. In the known coating device, the distance between the front end of the upstream lip and the surface to be coated is greater than that between the front end of the downstream lip and the surface to be coated. The front end of the upstream lip is flat, while the part of the downstream lip between the tip thereof and the upstream lip may be curved.

Zwar arbeiten die bekannten Ausbildungen in vielen Situationen angemessen, jedoch besteht die Notwendigkeit, eine Düsenbeschichtungsverfahren und eine Düsenbeschichtungseinrichtung zu schaffen, welche die Leistung bekannter Verfahren und Vorrichtungen verbessern.Although the known designs work adequately in many situations, there is a need to provide a nozzle coating method and a nozzle coating device that improves the performance of known methods and devices.

Erfindungsgemäß wird diese Verbesserung durch eine Düsenbeschichtungsvorrichtung nach Patentanspruch 1 und ein Düsenbeschichtungsverfahren nach Patentanspruch 6 erreicht. Die Unteransprüche betreffen jeweils bevorzugte Ausführungsbeispiele.According to the invention, this improvement is achieved by a nozzle coating device according to claim 1 and a nozzle coating method according to claim 6. The subclaims each relate to preferred embodiments.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Düsenbeschichtungsvorrichtung zum Aufbringen, einer Fluidbeschichtung auf eine Fläche. Die Vorrichtung weist eine Düse mit einem stromaufwärtigen Element, das eine stromaufwärtige Lippe aufweist, und ein stromabwärtiges Element mit einer stromabwärtigen Lippe auf. Die stromaufwärtige Lippe ist als Steg und die stromabwärtige Lippe als scharfe Kante mit einem Kantenradius von höchstens 10 Mikrometern ausgebildet. Ein Durchgang erstreckt sich zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Element durch die Düse. Der Durchlaß weist einen von der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Lippe begrenzten Schlitz auf, und Beschichtungsfluid verläßt die Düse aus dem Schlitz zur Bildung eines durchgehenden Beschichtungswulsts zwischen der stromaufwärtigen Düsenlippe, der stromabwärtigen Düsenlippe und der zu beschichtenden Fläche. Eine Dosierwalze entfernt überschüssiges Beschichtungsfluid. Der Wulst bewegt sich nicht wesentlich in den Raum zwischen dem Steg und der zu beschichtenden Fläche, selbst wenn der Unterdruck erhöht wird.The present invention relates to a nozzle coating device for applying a fluid coating to a surface. The device comprises a nozzle with an upstream element having an upstream lip and a downstream element having a downstream lip. The upstream lip is formed as a web and the downstream lip as a sharp edge with an edge radius of at most 10 micrometers. A passage extends between the upstream and downstream elements through the nozzle. The passage has a slot delimited by the upstream and downstream lips, and Coating fluid exits the nozzle from the slot to form a continuous coating bead between the upstream nozzle lip, the downstream nozzle lip and the surface to be coated. A metering roller removes excess coating fluid. The bead does not move significantly into the space between the web and the surface to be coated, even if the vacuum is increased.

Alternativ kann die Vorrichtung eine Walze aufweisen, auf die das Beschichtungsfluid zunächst aufgetragen wird und welche die Bahn berührt. Eine Einrichtung zum Entfernen überschüssigen Fluids entfernt überschüssiges Beschichtungsfluid von der Walze. Eine Düse trägt das Beschichtungsfluid auf die Walze auf. Die Entfernungseinrichtung kann eine Rakel oder eine Dosierwalze sein und das Beschichtungsfluid auf der Walze kann durch Auftragbeschichtung auf die Bahn aufgebracht werden.Alternatively, the apparatus may comprise a roller to which the coating fluid is first applied and which contacts the web. An excess fluid removal device removes excess coating fluid from the roller. A nozzle applies the coating fluid to the roller. The removal device may be a doctor blade or a metering roller and the coating fluid on the roller may be applied to the web by spread coating.

Das erfindungsgemäße Düsenbeschichtungsverfahren umfaßt das Leiten von Beschichtungsfluid durch einen Schlitz; das Verbessern der beschichtungsleistung durch Verändern wenigstens einer der relativen Ausrichtungen des Steges und der scharfen Kante, die einen Radius von höchstens 10 Mikrometer hat; das Entfernen von überschüssigem Beschichtungsfluid von der zu beschichtenden Fläche unter Verwendung einer Dosierwalze; das Wählen der Länge des Steges des Kantenwinkels des stromabwärtigen Elements, des Düsenangriffswinkels zwischen der Fläche des stromabwärtigen Elements des Beschichtungsschlitzes und einer tangentialen Ebene durch eine Linie auf der zu beschichtenden Fläche parallel zu und direkt gegenüber der scharfen Kante, und der Beschichtungsspaltlänge zwischen der scharfen Kante und der zu beschichtenden Fläche in Kombination miteinander; und das Wählen der Schlitzhöhe, des Überstandes, und der Konvergenz in Kombination miteinander.The nozzle coating method of the invention comprises directing coating fluid through a slot; improving coating performance by changing at least one of the relative orientations of the land and the sharp edge having a radius of at most 10 micrometers; removing excess coating fluid from the surface to be coated using a metering roller; selecting the length of the land, the edge angle of the downstream element, the nozzle attack angle between the surface of the downstream element of the coating slot and a tangential plane through a line on the surface to be coated parallel to and directly opposite the sharp edge, and the coating gap length between the sharp edge and the area in combination with each other; and the selection of the slot height, the overhang, and the convergence in combination with each other.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, welche zeigen:In the following, preferred embodiments of the invention are described with reference to the drawings, which show:

Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer bekanten Beschichtungsdüse.Fig. 1 is a schematic cross-sectional view of a known coating nozzle.

Fig. 2 ist eine schematische Querschnittsdarstellung des Schlitzes und der Lippe der Düse von Fig. 1.Fig. 2 is a schematic cross-sectional view of the slot and lip of the nozzle of Fig. 1.

Fig. 3 ist eine Querschnittsdarstellung einer Extrusionsdüse der vorliegenden Erfindung.Figure 3 is a cross-sectional view of an extrusion die of the present invention.

Fig. 4 ist eine vergrößerte Querschnittsdarstellung des Schlitzes und der Lippe der Düse nach Fig. 3.Fig. 4 is an enlarged cross-sectional view of the slot and lip of the nozzle of Fig. 3.

Fig. 5 ist eine Querschnittsdarstellung des Schlitzes und der Lippe ähnlich Fig. 4.Fig. 5 is a cross-sectional view of the slot and lip similar to Fig. 4.

Fig. 6 ist eine Querschnittsdarstellung einer alternativen Unterdruckkammeranordnung.Fig. 6 is a cross-sectional view of an alternative vacuum chamber arrangement.

Fig. 7 ist eine Querschnittsdarstellung einer anderen alternativen Unterdruckkammeranordnung.Fig. 7 is a cross-sectional view of another alternative vacuum chamber arrangement.

Fig. 8 ist eine Querschnittsdarstellung einer alternativen Extrusionsdüse gemäß der vorliegenden Erfindung.Figure 8 is a cross-sectional view of an alternative extrusion die according to the present invention.

Fig. 9a und 9b sind vergrößerte Querschnittsdarstellungen des Schlitzes, der Vorderseite und der Unterdruckkammer von Fig. 8.Fig. 9a and 9b are enlarged cross-sectional views of the slot, front face and vacuum chamber of Fig. 8.

Fig. 10a und 10b sind schematische Darstellungen der Düse von Fig. 8.Fig. 10a and 10b are schematic representations of the nozzle of Fig. 8.

Fig. 11 zeigt Beschichtungstestergebnisse, die die Leistung einer bekannten Beschichtungsdüse und die Leistung einer erfindungsgemäßen Beschichtungsdüse für eine Beschichtungsflüssigkeit mit einer Viskosität von 1,8 Centipoise vergleichen.Figure 11 shows coating test results comparing the performance of a prior art coating nozzle and the performance of a coating nozzle according to the invention for a coating liquid having a viscosity of 1.8 centipoise.

Fig. 12 zeigt Vergleichstestergebnisse für eine Beschichtungsflüssigkeit mit einer Viskosität von 2,7 Centipoise.Fig. 12 shows comparative test results for a coating fluid with a viscosity of 2.7 centipoise.

Fig. 13 ist eine Sammlung von Daten aus Beschichtungsversuchen.Fig. 13 is a collection of data from coating tests.

Fig. 14 ist eine Graphik konstanten G/Tw-Linien für eine erfindungsgemäße Extrusionsbeschichtungsdüse für neun verschiedene Beschichtungsflüssigkeiten.Figure 14 is a graph of constant G/Tw lines for an extrusion coating die according to the invention for nine different coating liquids.

Fig. 15 ist eine schematische Ansicht einer Umkehrwalzenbeschichtungsvorrichtung mit drei Walzen mit der erfindungsgemäßen Düse.Fig. 15 is a schematic view of a three-roll reverse roll coating apparatus with the nozzle of the present invention.

Fig. 16 ist eine schematische Darstellung einer Umkehrwalzenbeschichtungsvorrichtung mit zwei Walzen mit der erfindungsgemäßen Düse.Fig. 16 is a schematic representation of a two-roll reverse roll coating apparatus with the nozzle of the invention.

Fig. 17 ist eine schematische Ansicht einer Gravierbeschichtungsvorrichtung mit der erfindungsgemäßen Düse.Fig. 17 is a schematic view of a gravure coating apparatus with the nozzle according to the invention.

Fig. 18 zeigt eine Extrusionsbeschichtungsvorrichtung mit der erfindungsgemäßen Düse.Fig. 18 shows an extrusion coating device with the nozzle according to the invention.

Fig. 19a, 19b und 19c sind Querschnittsdarstellungen einer Auftragbeschichtungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.Figures 19a, 19b and 19c are cross-sectional views of a deposition coating apparatus according to the present invention.

Fig. 20a, 20b und 20c sind Querschnittsdarstellungen einer Auftragbeschichtungsvorrichtung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Düse.Figures 20a, 20b and 20c are cross-sectional views of a deposition coating apparatus using the nozzle of the present invention.

Fig. 20d ist eine Querschnittsdarstellung einer Auftragbeschichtungsvorrichtung unter Verwendung der Düse von Fig. 19c.Figure 20d is a cross-sectional view of a deposition coating apparatus using the nozzle of Figure 19c.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Düsenbeschichtungsverfahren und eine Düsenbeschichtungsvorrichtung, bei der die Düse eine scharfe Kante und einen Steg aufweist, die zum Verbessern und Optimieren der Leistung angeordnet sind. Der Steg ist zur Anpassung an die Form der Fläche im unmittelbaren Bereich des Aufbringens der Beschichtungsflüssigkeit ausgebildet. Der Steg kann gekrümmt sein, um einer um eine Stützwalze laufenden Bahn zu entsprechen, oder der Steg kann flach sein, um einem freitragenden Stück der Bahn zwischen Walzen zu entsprechen.The present invention relates to a nozzle coating method and a nozzle coating apparatus in which the nozzle has a sharp edge and a ridge arranged to improve and optimize performance. The ridge is designed to conform to the shape of the surface in the immediate area of application of the coating liquid. The ridge may be curved to conform to a web running around a back-up roll or the ridge may be flat to conform to a cantilevered portion of the web between rolls.

Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäße Extrusionsdüse 40 mit einer Unterdruckkammer 42. Beschichtungsflüssigkeit 14 wird von einer Pumpe 46 zum Aufbringen auf eine sich bewegende, von einer Stützwalze 50 gestützten Bahn 48 an die Düse 40 geliefert. Die Beschichtungsflüssigkeit wird über einen Kanal 52 an eine Verteilereinrichtung 54 zur Verteilung durch einen Schlitz 56 und zum Aufbringen auf die sich bewegende Bahn 48 geliefert. Wie in Fig. 4 dargestellt, läuft die Beschichtungsflüssigkeit 14 durch den Schlitz 56 und bildet einen durchgehenden Beschichtungswulst 58 zwischen der stromaufwärtigen Düsenlippe 60, der stromabwärtigen Düsenlippe 62 und der Bahn 48. Die Beschichtungsflüssigkeit kann eine von zahlreichen Flüssigkeiten oder eine andere Flüssigkeit sein. Die stromaufwärtige Düsenlippe 60 ist Teil eines stromaufwärtigen Elements 64 und die stromabwärtige Düsenlippe 62 ist Teil eines stromabwärtigen Elements 66. Die Höhe des Schlitzes 56 kann durch eine U-förmige Zwischenplatte geregelt werden, die aus Messing oder Edelstahl bestehen und mit einem Rand versehen sein kann. Die Unterdruckkammer 42 bringt einen Unterdruck stromaufwärts des Wulsts auf, um den Beschichtungswulst zu stabilisieren.Fig. 3 shows the extrusion nozzle 40 according to the invention with a vacuum chamber 42. Coating liquid 14 is pumped by a pump 46 for application to a moving web 48 supported by a support roller 50. to the nozzle 40. The coating liquid is supplied via a channel 52 to a distributor 54 for distribution through a slot 56 and application to the moving web 48. As shown in Fig. 4, the coating liquid 14 passes through the slot 56 and forms a continuous coating bead 58 between the upstream nozzle lip 60, the downstream nozzle lip 62 and the web 48. The coating liquid may be one of numerous liquids or a different liquid. The upstream nozzle lip 60 is part of an upstream member 64 and the downstream nozzle lip 62 is part of a downstream member 66. The height of the slot 56 can be controlled by a U-shaped intermediate plate which can be made of brass or stainless steel and provided with a rim. The vacuum chamber 42 applies a negative pressure upstream of the bead to stabilize the coating bead.

Wie in Fig. 5 gezeigt, ist die stromaufwärtige Lippe 60 als gebogener Steg 68 und die stromabwärtige Lippe 62 als scharfe Kante 70 ausgebildet. Diese Konfiguration verbessert die gesamtleistung gegenüber bekannten Düsenbeschichtungsvorrichtungen. Eine verbesserte Leistung ermöglicht das Arbeiten mit höheren Bahngeschwindigkeiten und größeren Beschichtungsspalten, das Arbeiten mit höheren Beschichtungsflüssigkeitsviskositäten, und die Erzeugung dünnerer Naßbeschichtungsschichten.As shown in Figure 5, the upstream lip 60 is formed as a curved ridge 68 and the downstream lip 62 is formed as a sharp edge 70. This configuration improves overall performance over known die coaters. Improved performance enables operation at higher web speeds and larger coating gaps, operation with higher coating fluid viscosities, and production of thinner wet coating layers.

Die scharfe Kante 70 sollte sauber und frei von Scharten und Graten und innerhalb eines Mikrometers auf 25 cm Länge gerade sein. Der Kantenradius sollte nicht größer als 10 Mikrometer sein. Der Radius des gebogenen Steges 68 sollte gleich dem Radius der Stützwalze 50 plus einem minimalen und nicht kritischen Spiel von 0,13 mm für die Beschichtungsspalt- und Bahndicke sein. Alternativ kann der Radius des gebogenen Steges 68 den der Stützwalze 50 überschreiten, und Zwischenplatten können zum Ausrichten des Steges in bezug zur Bahn 48 verwendet werden. Eine gegebene Konvergenz C, die von einem Steg mit demselben Radius wie die Stützwalze erreicht wird, kann von einem Steg mit einem größeren Radius als die Stützwalze erreicht werden, wenn der Steg mit den Zwischenplatten manipuliert wird.The sharp edge 70 should be clean and free of nicks and burrs and should be straight within one micrometer over a 25 cm length. The edge radius should not be greater than 10 micrometers. The radius of the curved web 68 should be equal to the radius of the backup roll 50 plus a minimum and not critical clearance of 0.13 mm for coating gap and web thickness. Alternatively, the radius of the curved web 68 may exceed that of the backup roll 50 and intermediate plates may be used to align the web with respect to the web 48. A given convergence C achieved by a web with the same radius as the backup roll can be achieved by a web with a larger radius than the backup roll if the web is manipulated with the intermediate plates.

Fig. 5 zeigt ferner Abmessungen geometrischer Betriebsparameter für das Extrudieren einer einzelnen Schicht. Die Länge L&sub1; des gebogenen Stegs 68 des stromaufwärtigen Elements 64 kann zwischen 1,6 und 25,4 mm liegen. Die bevorzugte Länge L&sub1; beträgt 12,7 mm. Der Kantenwinkel A&sub1; des stromabwärtigen Elements 66 kann zwischen 20º und 75º liegen und beträgt vorzugsweise 60º. Der Kantenradius der scharfen Kante 70 sollte zwischen ungefähr 2 Mikrometer und ungefähr 4 Mikrometer und vorzugsweise weniger als 10 Mikrometer betragen. Der Düsenangriffswinkel A&sub2; zwischen der Oberfläche des stromabwärtigen Elements 66 des Beschichtungsschlitzes 56 und der Tangentialebene P durch eine Linie auf der Oberfläche der Bahn 48 parallel zu und direkt gegenüber der scharfen Kante 70 kann zwischen 60º und 120º liegen und beträgt vorzugsweise 90º-95º, beispielsweise 93º. Der Beschichtungsspalt G&sub1; ist der senkrechte Abstand zwischen der scharfen Kante 70 und der Bahn 48. (Der Beschichtungsspalt G&sub1; wird an der scharfen Kante gemessen, ist jedoch in einigen Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit der Zeichnungen von der scharfen Kante entfernt dargestellt. Ungeachtet der Position von G&sub1; in den Zeichnungen - und wegen der Krümmung der Bahn nimmt der Spalt zu, je mehr man sich von der scharfen Kante wegbewegt - wird der Spalt an der scharfen Kante gemessen.)Figure 5 further shows dimensions of geometric operating parameters for extruding a single layer. The length L1 of the curved web 68 of the upstream member 64 can be between 1.6 and 25.4 mm. The preferred length L1 is 12.7 mm. The edge angle A1 of the downstream member 66 can be between 20° and 75° and is preferably 60°. The edge radius of the sharp edge 70 should be between about 2 microns and about 4 microns and preferably less than 10 microns. The nozzle attack angle A2 between the surface of the downstream member 66 of the coating slot 56 and the tangential plane P by a line on the surface of the web 48 parallel to and directly opposite the sharp edge 70 may be between 60º and 120º and is preferably 90º-95º, for example 93º. The coating gap G₁ is the perpendicular distance between the sharp edge 70 and the web 48. (The coating gap G₁ is measured at the sharp edge, but is shown away from the sharp edge in some figures for clarity of the drawings. Regardless of the position of G₁ in the drawings - and because of the curvature of the web, the gap increases as one moves away from the sharp edge - the gap is measured at the sharp edge.)

Die Höhe H des Schlitzes kann zwischen 0,076 mm und 3,175 mm liegen. Der Überstand O bezeichnet eine Positionierung der scharfen Kante 70 des stromabwärtigen Elements 66 bezüglich der stromabwärtigen Kante 72 des gebogenen Stegs 68 des stromaufwärtigen Elements 64, in Richtung auf die Bahn 48. Der Überstand kann für jeden gegebenen Beschichtungsspalt G&sub1; in bezug auf die scharfe Kante 70 auch als ein Rücksprung der stromabwärtigen Kante 72 des gebogenen Stegs 68 von der Bahn weg gesehen werden. Der Überstand kann von 0 bis 0,51 mm betragen und die Einstellungen an gegenüberliegenden Enden des Düsenschlitzes sollten innerhalb eines Bereichs von 2,5 Mikrometer voneinander entfernt liegen. Ein Präzisionsmontagesystem ist erforderlich, beispielsweise zum Erreichen einer präzisen Überstandsgleichmäßigkeit. Die Konvergenz C ist eine im Gegenuhrzeigersinn zu sehende Winkelposition, wie in Fig. 5 dargestellt, des gebogenen Stegs 68 von einer Stelle weg, die parallel zu (oder konzentrisch mit) der Bahn 48 ist, wobei die stromabwärtige Kante 72 der Drehmittelpunkt ist. Die Konvergenz kann von 0º bis 2,29º reichen, und die Einstellungen an den gegenüberliegenden Enden des Düsenschlitzes sollten innerhalb eines Bereichs bis zu 0,023º voneinander abweichen. Die Schlitzhöhe, der Überstand und die Konvergenz sowie die Fluideigenschaften, wie beispielsweise die Viskosität, beeinflussen die Leistung der Düsenbeschichtungsvorrichtung und des entsprechenden Verfahrens.The height H of the slot can be between 0.076 mm and 3.175 mm. The overhang O refers to a positioning of the sharp edge 70 of the downstream member 66 with respect to the downstream edge 72 of the curved ridge 68 of the upstream member 64, toward the web 48. The overhang can also be viewed as a recess of the downstream edge 72 of the curved ridge 68 away from the web for any given coating gap G1 with respect to the sharp edge 70. The overhang can be from 0 to 0.51 mm and the settings at opposite ends of the die slot should be within a range of 2.5 microns from each other. A precision assembly system is required, for example, to achieve precise overhang uniformity. The convergence C is a counterclockwise angular position, as shown in Figure 5, of the curved land 68 away from a location parallel to (or concentric with) the web 48, with the downstream edge 72 being the center of rotation. The convergence can range from 0º to 2.29º, and the settings at the opposite ends of the die slot should be within a range of up to 0.023º. The slot height, overhang and convergence, as well as fluid properties such as viscosity, affect the performance of the die coating apparatus and process.

Unter Gesichtspunkten der Gesamtleistung bei Flüssigkeiten innerhalb des Viskositätsbereichs von 1000 Centipoise und darunter, ist bevorzugt, daß die Schlitzhöhe 0,18 mm, der Überstand 0,076 mm und die Konvergenz 0,57º beträgt. Leistungsgrade können bei Verwendung andere Schlitz höhen nahezu gleich sein. Leistungsvorteile finden sich ferner bei Viskositäten über 1000 Centipoise: Wenn die Konvergenz bei 0,57º gehalten wird, sind andere optimale Schlitzhöhen- und Überstandkombinationen wie folgt:From the point of view of overall performance for fluids within the viscosity range of 1000 centipoise and below, it is preferred that the slot height be 0.18 mm, the projection 0.076 mm and the convergence 0.57º. Performance levels can be nearly equal using other slot heights. Performance advantages are also found for viscosities above 1000 Centipoise: If the convergence is kept at 0.57º, other optimal slot height and overhang combinations are as follows:

Schlitzhöhe ÜberstandSlot height overhang

0,15 mm 0,071 mm0.15mm 0.071mm

0,20 mm 0,082 mm0.20mm 0.082mm

0,31 mm 0,100 mm0.31mm 0.100mm

0,51 mm 0,130 mm0.51mm 0.130mm

In dem zuvor genannten Flüssigkeitsviskositätsbereich und bei jedem gegebenen Konvergenzwert scheint der optimale Überstandswert direkt proportional zur Quadratwurzel des Schlitzhöhenwerts zu sein. Ähnlich scheint für jeden gegebenen Schlitzhöhenwert der optimale Überstandswert invers proportional zur Quadratwurzel des Konvergenzwerts zu sein.In the fluid viscosity range mentioned above and for any given convergence value, the optimal protrusion value appears to be directly proportional to the square root of the slot height value. Similarly, for any given slot height value, the optimal protrusion value appears to be inversely proportional to the square root of the convergence value.

Wie in Fig. 6 dargestellt, kann die Unterdruckkammer 42 ein fester Bestandteil des stromaufwärtigen Elements 64 sein, oder sie kann daran festgeklammert sein, um einen präzisen wiederholbaren Unterdrucksystemgasstrom zu erzeugen. Die Unterdruckkammer 42 wird durch Verwenden eines Unterdruckelements 74 gebildet und kann über einen optionalen Unterdruckbegrenzer 76 und einen Unterdruckverteiler 78 mit einem Unterdruckquellenkanal 80 verbunden werden. Ein gebogener Unterdrucksteg 82 kann ein fester Bestandteil des stromaufwärtigen Elements 64 oder Teil des Unterdruckelements 74 sein, das an dem stromaufwärtigen Element 64 befestigt ist. Der Unterdrucksteg 82 weist denselben Krümmungsradius auf wie der gebogene Steg 68. Da gebogene Steg 68 und der Unterdrucksteg 82 können zusammen endgeschliffen werden, so daß sie miteinander "fluchten". Der Unterdrucksteg 82 und der gebogene Steg 68 weisen dann dieselbe Konvergenz C in bezug zur Bahn 48 auf.As shown in Figure 6, the vacuum chamber 42 may be an integral part of the upstream member 64 or it may be clamped thereto to create a precise repeatable vacuum system gas flow. The vacuum chamber 42 is formed using a vacuum member 74 and may be connected to a vacuum source channel 80 via an optional vacuum restrictor 76 and a vacuum manifold 78. A curved vacuum web 82 may be an integral part of the upstream member 64 or part of the vacuum member 74 attached to the upstream member 64. The vacuum web 82 has the same radius of curvature as the curved web 68. The curved web 68 and the vacuum web 82 may be finish ground together so that they are "aligned" with each other. The vacuum web 82 and the curved web 68 then have the same convergence C with respect to the web 48.

Der Spalt G&sub2; des Unterdruckstegs ist der Abstand zwischen dem Unterdrucksteg 82 und der Bahn 48 am unteren Rand des Unterdruckstegs und ist die Gesamtsumme des Beschichtungsspalts G&sub1;, des Überstands O und der durch die Konvergenz C des gebogenen Stegs 68 bewirkten Verschiebung. (Ungeachtet der Position von G&sub1; in der Zeichnung, ist der Spalt der senkrechte Abstand zwischen der unteren Kante des Unterdruckstegs und der Bahn.) Wenn der Spalt G&sub2; des Unterdruckstegs groß ist, tritt ein übermäßiger Strom von Umgebungsluft in die Unterdruckkammer 42 auf. Zwar kann die Unterdruckquelle ausreichend Kapazität aufweisen, um dies zu kompensieren und den spezifizierten Unterdruckpegel in der Unterdruckkammer 42 beizubehalten, jedoch kann das Einströmen von Luft die Beschichtungsleistung verschlechtern.The vacuum land gap G2 is the distance between the vacuum land 82 and the web 48 at the lower edge of the vacuum land and is the total of the coating gap G1, the overhang O and the displacement caused by the convergence C of the curved land 68. (Regardless of the position of G1 in the drawing, the gap is the vertical distance between the lower edge of the vacuum land and the web.) If the vacuum land gap G2 is large, excessive flow of ambient air into the vacuum chamber 42 occurs. Although the vacuum source may have sufficient capacity to compensate for this and maintain the specified vacuum level in the vacuum chamber 42, the inflow of air may degrade coating performance.

In Fig. 7 ist der Unterdrucksteg 82 Teil des Unterdruckstegs 74, der an dem stromaufwärtigen Element 64 befestigt ist. Während der Herstellung wird der gebogene Steg 68 mit "eingeschliffener" Konvergenz C fertiggestellt. Das Unterdruckelement 74 wird anschließend angebracht und der Unterdrucksteg 82 wird unter Verwendung eines anderen Schleifzentrums endgeschliffen, derart, daß der Unterdrucksteg 82 parallel zur Bahn 48 verläuft und der Spalt G&sub2; des Unterdruckstegs parallel zum Beschichtungsspalt G&sub1; ist, wenn der gewünschte Überstandwert eingestellt ist. Die Länge L&sub2; des Unterdruckstegs kann von 6,35 mm bis 25,4 mm reichen. Die bevorzugte Länge beträgt 12,7 mm. Dieses Ausführungsbeispiel hat eine bessere Beschichtungsgesamtleistung unter schwierigen Beschichtungssituationen als das Ausführungsbeispiel von Fig. 6, jedoch ist es stets für eine spezifische Betriebsbedingungsgruppe endgeschlif fen. Mit der Veränderung des Beschichtungsspalts G&sub1; oder des Überstandes O, kann sich der Unterdruckstegspalt G&sub2; von seinem optimalen Wert entfernen.In Fig. 7, the vacuum land 82 is part of the vacuum land 74 which is attached to the upstream member 64. During manufacture, the curved land 68 is finished with "ground in" convergence C. The vacuum member 74 is then attached and the vacuum land 82 is finish ground using a different grinding center such that the vacuum land 82 is parallel to the web 48 and the vacuum land gap G2 is parallel to the coating gap G1 when the desired overhang value is set. The length L2 of the vacuum land can range from 6.35 mm to 25.4 mm. The preferred length is 12.7 mm. This embodiment has better overall coating performance under difficult coating situations than the embodiment of Fig. 6, but is always finish ground for a specific set of operating conditions. With the change of the coating gap G₁ or the projection O, the vacuum web gap G₂ may deviate from its optimum value.

In den Fig. 8 und 9 ist das stromaufwärtige Element 64 der Düse 40 an einem Positionierer 86 für den stromaufwärtigen Arm angebracht. Der gebogene Steg 68 am stromaufwärtigen Element 64 und der Unterdrucksteg 82 am Unterdruckelement 74 sind nicht direkt miteinander verbunden. Die Unterdruckkammer 42 ist mit der Unterdruckquelle über den Unterdrucksteg 74 und den Positionierer 86 verbunden. Die Anbringung und die Positionierung des Unterdruckelements 74 sind von denen des stromaufwärtigen Elements 64 getrennt. Dies verbessert die Leistung der Düse und ermöglicht eine genaue wiederholbare Unterdrucksystemgasströmung. Die robuste Ausbildung des Unterdruckelementsystems unterstütz ferner die verbesserte Leistung im Vergleich mit bekannten Systemen. Ferner kann diese Konfiguration des Unterdruckelements 74 die Leistung bekannter Beschichtungsvorrichtungen verbessern, beispielsweise von Schlitz-, Extrusions- oder Gleit-Beschichtungsvorrichtungen. Ein flexibler Unterdruckdichtungsstreifen 88 dichtet zwischen dem stromaufwärtigen Element 64 und dem Unterdruckelement 74 ab.In Figures 8 and 9, the upstream member 64 of the nozzle 40 is attached to an upstream arm positioner 86. The curved web 68 on the upstream member 64 and the vacuum web 82 on the vacuum element 74 are not directly connected to each other. The vacuum chamber 42 is connected to the vacuum source via the vacuum web 74 and the positioner 86. The attachment and positioning of the vacuum element 74 are separate from those of the upstream member 64. This improves the performance of the nozzle and enables accurate, repeatable vacuum system gas flow. The robust design of the vacuum element system further supports the improved performance compared to known systems. Furthermore, this configuration of the vacuum element 74 can improve the performance of known coating devices, such as slot, extrusion or slide coating devices. A flexible vacuum sealing strip 88 seals between the upstream member 64 and the vacuum member 74.

Der Spalt G&sub2; zwischen dem Unterdrucksteg 82 und der Bahn 48 ist nicht durch Veränderungen des Beschichtungsspalts G&sub1;, des Überstands O oder der Konvergenz C nicht beeinflußt und kann während des Beschichtens durchgehend auf seinem optimalen Wert gehalten werden. Der Unterdruckstegspalt G&sub2; kann innerhalb eines Bereichs von 0,076 mm bis 0,508 mm eingestellt werden. Der bevorzugte Wert für den Spalt G&sub2; ist 0,15 mm. Die bevorzugte Winkelposition des Unterdruckstegs 82 ist parallel zur Bahn 48.The gap G2 between the vacuum land 82 and the web 48 is not affected by changes in the coating gap G1, the overhang O or the convergence C and can be maintained at its optimum value throughout coating. The vacuum land gap G2 can be adjusted within a range of 0.076 mm to 0.508 mm. The preferred value for the gap G2 is 0.15 mm. The preferred angular position of the vacuum land 82 is parallel to the web 48.

Während des Beschichtens wird der Unterdruckpegel eingestellt, um die Beschichtung mit der besten Qualität zu erzeugen. Ein typischer Unterdruckpegel bei einem Beschichten mit einer Beschichtungsflüssigkeit von 2 Centipoise bei einer Naßschichtdicke von 6 Mikrometer und einer Bahngeschwindigkeit von 30,5 m/Min. beträgt 51 mm H&sub2;O. Eine Verringerung der Naßschichtdicke, eine Erhöhung der Viskosität, oder eine Erhöhung der Bahngeschwindigkeit kann höhere Unterdruckpegel über 150 mm H&sub2;O erfordern. Erfindungsgemäße Düsen weisen niedrigere zufriedenstellende minimale Unterdruckpegel und höhere zufriedenstellende maximale Unterdruckpegel auf als bekannte Systeme und können in einigen Fällen mit Null-Unterdruck arbeiten, was bekannte Systeme nicht können.During coating, the vacuum level is adjusted to produce the best quality coating. A typical vacuum level when coating with a 2 centipoise coating fluid at a wet film thickness of 6 microns and a web speed of 30.5 m/min is 51 mm H₂O. A reduction in wet film thickness, an increase in viscosity, or an increase in web speed may require higher vacuum levels in excess of 150 mm H₂O. Nozzles according to the invention have lower satisfactory minimum vacuum levels and higher satisfactory maximum vacuum levels than known systems and can operate in some cases at zero vacuum, which known systems cannot.

Die Fig. 10a und 10b zeigen einige Positionierungseinstellungen und den Verschluß der Unterdruckkammer. Die Überstandseinstellung verschiebt das stromabwärtige Element 66 in bezug zum stromaufwärtigen Element 64, derart, daß die scharfe Kante 70 sich relativ zu dem stromabwärtigen Rand 72 des gebogenen Stegs 68 zu oder von der Bahn 48 bewegt. Das Einstellen der Konvergenz dreht das stromaufwärtige Element 64 und das stromabwärtige Element 66 zusammen um eine durch den stromabwärtigen Rand 72 verlaufende Achse, derart, daß der gebogene Steg 68 sich aus der Position gemäß Fig. 10 aus der parallelen Ausrichtung zur Bahn 48 oder zurück in die Parallele bewegt. Die Einstellung des Beschichtungsspalts verschiebt das stromaufwärtige Element 64 und das stromabwärtige Element 66 zusammen, um den Abstand zwischen der scharfen Kante 70 und der Bahn 48 zu verändern, wobei das Unterdruckelement stationär auf der Befestigungseinrichtung 86 verbleibt, und der Unterdruckdichtungsstreifen 88 verformt sich elastisch, um Luftleckagen während Einstellvorgängen zu vermeiden. Luftleckagen an den Enden der Düse in die Unter druckkammer werden durch Endplatten 90 minimiert, die an den Enden des Unterdruckelements 74 angebracht sind, welche die Enden des stromaufwärtigen Elements 64 überlappen. Das Unterdruckelement 74 ist 0,10 mm bis 015 mm als das stromaufwärtige Element 64, so daß in zentriertem Zustand das Spiel zwischen jeder Endplatte 90 und dem stromaufwärtigen Element 64 zwischen 0,050 mm und 0,075 mm liegt.Figures 10a and 10b show some positioning adjustments and the closure of the vacuum chamber. The protrusion adjustment translates the downstream member 66 relative to the upstream member 64 such that the sharp edge 70 moves toward or away from the web 48 relative to the downstream edge 72 of the arcuate web 68. The convergence adjustment rotates the upstream member 64 and the downstream member 66 together about an axis passing through the downstream edge 72 such that the arcuate web 68 moves from the position of Figure 10 out of parallel alignment with the web 48 or back into parallel. Adjustment of the coating gap moves the upstream member 64 and the downstream member 66 together to change the distance between the sharp edge 70 and the web 48, the vacuum member remains stationary on the fixture 86, and the vacuum sealing strip 88 elastically deforms to prevent air leakage during adjustment operations. Air leakage at the ends of the nozzle into the vacuum pressure chamber are minimized by end plates 90 attached to the ends of the vacuum element 74 which overlap the ends of the upstream element 64. The vacuum element 74 is 0.10 mm to 0.15 mm larger than the upstream element 64 so that when centered the clearance between each end plate 90 and the upstream element 64 is between 0.050 mm and 0.075 mm.

Eine unerwartete Betriebseigenschaft wurde während des Beschichtens beobachtet. Der Wulst bewegt sich nicht wesentlich in den Raum zwischen dem gebogenen Steg 68 und der sich bewegenden Bahn 48, selbst wenn der Unterdruck erhöht wird. Dies ermöglicht die Verwendung höherer Unterdruckpegel als bei bekannten Extrusionsbeschichtungsvorrichtungen und schafft einen entsprechend höheren Leistungsgrad. Selbst wenn nur wenig oder kein Unterdruck erforderlich ist, zeigt die Erfindung eine verbesserte Leistung gegenüber bekannten Systemen Die Tatsache, daß sich der Wulst nicht wesentlich in den Raum zwischen dem gebogenen Steg 68 und der Bahn 48 bewegt, bedeutet ferner, daß der Effekt des "Auslaufens" in der Stützwalze 50 auf das stromabwärtige Beschichtungsgewicht sich von demjenigen bei bekannten Extrusionsbeschichtungsvorrichtungen nicht unterscheidet.An unexpected operating characteristic was observed during coating. The bead does not move significantly into the space between the curved web 68 and the moving web 48, even when the vacuum is increased. This allows higher vacuum levels to be used than in known extrusion coaters and provides a correspondingly higher level of performance. Even when little or no vacuum is required, the invention demonstrates improved performance over known systems. The fact that the bead does not move significantly into the space between the curved web 68 and the web 48 also means that the effect of "leakage" in the backup roll 50 on the downstream coating weight is no different from that in known extrusion coaters.

Fig. 11 zeigt als Graphik Ergebnisse von Beschichtungstests, welche die Leistung einer bekannten Extrusionsdüse mit einer erfindungsgemäßen Extrusionsdüse vergleicht. In den Tests wurde das ein organisches Lösungsmittel enthaltende Beschichtungsfluid mit 1,8 Centipoise auf eine flache Polyesterfolienbahn aufgebracht. Das Leistungskriterium war eine minimale Naßschichtdicke bei vier verschiedenen Beschichtungsspaltgrößen für jedes der beiden Beschichtungssysteme über den Geschwindigkeitsbereich von 15 bis 60 m/Min. Die Kurven A, B, C und D verwenden die bekannte Düse und wurden mit Beschichtungsspalten von 0,254 mm, 0,203 mm, 0,152 mm und 0,127 mm gebildet. Die Kurven E, F, G und H verwenden eine erfindungsgemäße Düse mit denselben Beschichtungsspalten. Die gegenüber der bekannten Düse niedrigeren Naßdickenwerte der Erfindung sind leicht erkennbar. Fig. 12 zeigt Vergleichstestergebnisse für eine ähnliche Beschichtungsflüssigkeit mit einer Viskosität von 2,7 Centipoise bei gleichen Beschichtungsspalten. Der Leistungsvorteil der Erfindung ist wiederum klar ersichtlich.Fig. 11 shows graphically the results of coating tests comparing the performance of a known extrusion die with an extrusion die according to the invention. In the tests, the coating fluid containing an organic solvent was applied to a flat polyester film web at 1.8 centipoise. The performance criterion was a minimum wet film thickness at four different coating gap sizes for each of the two coating systems over the speed range of 15 to 60 m/min. Curves A, B, C and D use the known die and were formed with coating gaps of 0.254 mm, 0.203 mm, 0.152 mm and 0.127 mm. Curves E, F, G and H use a die according to the invention with the same coating gaps. The lower wet thickness values of the invention compared to the known die are readily apparent. Fig. 12 shows comparative test results for a similar coating fluid with a viscosity of 2.7 centipoise at the same coating gaps. The performance advantage of the invention is again clearly evident.

Fig. 13 ist eine Sammlung von Daten aus Beschichtungstests, wobei Flüssigkeiten mit sieben verschiedenen Viskositäten und mit verschiedenen organischen Lösungsmitteln auf flache Polyesterfolienbahnen aufgebracht wurden. Die Ergebnisse vergleichen Leistungen der bekannten Extrusionsbeschichtungsvorrichtung (BEKANNT) und der vorliegenden Erfindung (NEU). Die Leistungskriterien sind gemischt. Leistungsvorteile für diese Erfindung finden sich in der Bahngeschwindigkeit (Vw), der Nassschichtdicke (Tw), dem Beschichtungsspalt, dem Unterdruckpegel, oder einer Kombination derselben.Fig. 13 is a collection of data from coating tests where fluids of seven different viscosities and with various organic solvents were applied to flat polyester film webs. The results compare performance of the known extrusion coater (KNOWN) and the present invention (NEW). The performance criteria are mixed. Performance advantages for this invention are found in web speed (Vw), wet film thickness (Tw), coating gap, vacuum level, or a combination of these.

Ein Maßstab der Leistung einer Beschichtungsvorrichtung ist das Verhältnis zwischen dem Beschichtungsspalt und der Nassschichtdicke (G/Tw) bei einer bestimmten Beschichtungsflüssigkeit und Bahngeschwindigkeit. Fig. 14 zeigt eine Reihe konstanter G/Tw-Linien und Viskositätswerte einer erfindungsgemäßen Extrusionsdüse für neun verschiedene Beschichtungsflüssigkeiten. Die Flüssigkeiten wurden auf eine flache Polyesterfolienbasis bei einer Bahngeschwindigkeit von 30,5 m/Min. aufgebracht. Einige Viskositätswerte scheinen wegen der Effekte anderer Beschichtbarkeitsfaktoren außerhalb der Norm zu liegen. Vier zusätzliche Leistungslinien wurden nach Berechnung der G/Tw- Werte für 30,5 m/Min. Bahngeschwindigkeit aus den Fig. 11 und 12 hinzugefügt. Von oben nach unten gesehen, handelt es sich bei den durchgezogenen Leistungslinien um die G/Tw für Flüssigkeiten von 2,7 und 1,8 Centipoise, die mit einer bekannten Extrusionsdüse aufgetragen wurden, und die G/Tw für Flüssigkeiten von 2,7 und 1,8 Centipoise, die mit einer erfindungsgemäßen Extrusionsdüse aufgebracht wurden. Die Linien für die erfindungsgemäße Düse zeigen höhere G/Tw-Werte als die Linien der bekannten Beschichtungsdüse. Darüber hinaus sind die Linien für die vorliegende Erfindung nahe an konstanten G/Tw-Linien, mit einem Mittelwert von 18,8 und 16,8. Die Linien der bekannten Beschichtungsvorrichtung zeigen erheblich größere G/Tw-Schwankungen über die Länge. Die vorliegende Erfindung hat eine gegenüber bekanten Systemen erheblich verbesserte Betriebscharakteristik zum Halten eines Beschichtungswulsts auf niedrigen Naßschichtdickenwerten.One measure of the performance of a coating machine is the relationship between the coating gap and the wet film thickness (G/Tw) for a given coating liquid and web speed. Fig. 14 shows a series of constant G/Tw lines and viscosity values from an extrusion die according to the invention for nine different coating liquids. The liquids were applied to a flat polyester film base at a web speed of 30.5 m/min. Some viscosity values appear to be outside the norm due to the effects of other coatability factors. Four additional performance lines were calculated after calculating the G/Tw Values for 30.5 m/min web speed from Figures 11 and 12 added. From top to bottom, the solid performance lines are the G/Tw for liquids of 2.7 and 1.8 centipoise applied with a known extrusion die and the G/Tw for liquids of 2.7 and 1.8 centipoise applied with an extrusion die according to the invention. The lines for the die according to the invention show higher G/Tw values than the lines from the known coating die. In addition, the lines for the present invention are close to constant G/Tw lines, with an average of 18.8 and 16.8. The lines from the known coater show significantly greater G/Tw variations along the length. The present invention has significantly improved operating characteristics over known systems for maintaining a coating bead at low wet film thickness values.

Erfindungsgemäße Beschichtungsdüsen können als Hochleistungsflüssigkeitszufuhrsysteme für Walzen- und Auftragbeschichtungsvorrichtungen verwendet werden. Fig. 15 zeigt eine Umkehrwalzenbeschichtungsvorrichtung mit drei Walzen, die eine Extrusionsdüse 40 zum Zuführen von Flüssigkeit 14 zu einer Gießwalze 330 verwendet. Da die Oberfläche der Gießwalze 330 die Düse 40 in stromabwärtiger Richtung passiert, ist die Düse invertiert und die Unterdruckkammer 42 befindet sich über dem Schlitz und dem Beschichtungswulst. Dies beeinflußt die Beschichtungsleistung nicht. Eine Dosierwalze 332 entfernt überschüssige Beschichtungsflüssigkeit, wobei eine genau bemessene Schicht auf der Gießwalze 330 belassen wird. Eine Rakelklinge 334 entfernt die überschüssige Beschichtungsflüssigkeit von der Dosierwalze 332 und läßt sie zur Rezirkulation in eine Flüssigkeitsrücklaufwanne 336 tropfen.Coating nozzles according to the invention can be used as high performance liquid delivery systems for roll and applicator coaters. Figure 15 shows a three-roll reverse roll coater that uses an extrusion nozzle 40 to deliver liquid 14 to a casting roll 330. Since the surface of the casting roll 330 passes the nozzle 40 in a downstream direction, the nozzle is inverted and the vacuum chamber 42 is above the slot and coating bead. This does not affect coating performance. A metering roll 332 removes excess coating liquid, leaving a precisely measured layer on the casting roll 330. A doctor blade 334 removes the excess coating liquid from the metering roll 332 and allows it to drip into a liquid return pan 336 for recirculation.

Indessen überträgt ein Wulstteilungsvorgang einen Teil der Beschichtungsflüssigkeit von der Gießwalze 330 auf die Bahn 48, die sich um die Stützwalze 50 bewegt. Nach dem Teilen des Wulsts entfernt eine zweite Rakelklinge 338 die verbleibende Beschichtungsflüssigkeit von der Gießwalze 330 und führt sie in die Rückführungswanne 336. Alternativ kann die Stützwalze 50 mit Gummi beschichtet sein, so daß die Gießwalze 330 die Bahn berühren kann und sämtliche Beschichtungsflüssigkeit in diesem Bereich auf die Bahn übertragen kann. Die zweite Rakelklinge 338 würde dann jegliche Flüssigkeit von der Gießwalze 330 entfernen, das sich außerhalb der Bahnbreite befindet.Meanwhile, a bead splitting operation transfers a portion of the coating liquid from the casting roll 330 to the web 48 moving around the backup roll 50. After splitting the bead, a second doctor blade 338 removes the remaining coating liquid from the casting roll 330 and directs it into the return pan 336. Alternatively, the backup roll 50 may be rubber coated so that the casting roll 330 can contact the web and transfer all of the coating liquid in that area to the web. The second doctor blade 338 would then remove any liquid from the casting roll 330 that is outside the web width.

Fig. 16 zeigt eine Umkehrwalzenbeschichtungsvorrichtung unter Verwendung einer Extrusionsdüse 40 zum Zuführen von Beschichtungsflüssigkeit auf die Oberfläche der sich um die Stützwalze 14 bewegenden Bahn 48, die eine Mantel-Gießwalze ist. Die Dosierwalze 332 entfernt überschüssige Beschichtungsflüssigkeit von der Oberfläche der Bahn 48 und beläßt die gewünschte präzise naßbeschichtete Schicht. Die Rakelklinge 334 entfernt die überschüssige Beschichtungsflüssigkeit von der Dosierwalze 332 und führt sie in die Rückführwanne 336 zurück. Die Verwendung dieses Systems vergrößerte in einem Beispiel das Unterdruckfenster von 5,08 mm auf über 254 mm H&sub2;O und vergrößerte den Flüssigkeitszuführungsbeschichtungsspalt von 0,10 mm auf 0,36 mm, wodurch die Stabilität verbessert und die Streifenbildung praktisch eliminiert wurde.Figure 16 shows a reverse roll coater using an extrusion die 40 to deliver coating liquid to the surface of the web 48 moving around the backup roll 14, which is a mantle cast roll. The metering roll 332 removes excess coating liquid from the surface of the web 48, leaving the desired precise wet coated layer. The doctor blade 334 removes the excess coating liquid from the metering roll 332 and returns it to the return pan 336. Using this system, in one example, increased the vacuum window from 5.08 mm to over 254 mm H₂O and increased the liquid delivery coating gap from 0.10 mm to 0.36 mm, thereby improving stability and virtually eliminating streaking.

Fig. 17 zeigt eine Gravurbeschichtungsvorrichtung mit einer Extrusionsdüse 40 zum Zuführen von Beschichtungsflüssigkeit auf die Oberfläche einer welligen Walze 340. Die Unterdruckkammer 42 der Düse 40 befindet sich über dem Beschichtungsschlitz. Eine Rakelklinge 342 entfernt überschüssige Beschich tungsflüssigkeit vom Wellenmuster, so daß die gewünschte Menge auf die um die gummibeschichtete Stützwalze 314 laufende Bahn 48 übertragen wird. Die überschüssige Beschichtungsflüssigkeit rezirkuliert durch die Wanne 336. Dieses Verfahren des Zuführens von Beschichtungsfluid auf die Oberfläche einer gewellten Walze kann auch für andere Formen von Gravurbeschichtungen, beispielsweise Umkehr-, Offset und Differential-Beschichtungen, verwendet werden.Fig. 17 shows a gravure coating apparatus with an extrusion nozzle 40 for supplying coating liquid to the surface of a corrugated roller 340. The vacuum chamber 42 of the nozzle 40 is located above the coating slot. A doctor blade 342 removes excess coating coating fluid from the corrugated pattern so that the desired amount is transferred to the web 48 running around the rubber coated backup roll 314. The excess coating fluid recirculates through the pan 336. This method of supplying coating fluid to the surface of a corrugated roll can also be used for other forms of gravure coatings, such as reverse, offset and differential coatings.

Fig. 18 zeigt eine Zwei-Walzen-Extrusionsbeschichtungsvorrichtung unter Verwendung einer Extrusionsdüse 40 zum Zuführen von Beschichtungsfluid auf die Oberfläche der Gießwalze 330 mit Stabilität aus der Unterdruckkammer 42. Die Schicht der Beschichtungsflüssigkeit ist dünn und präzise, so daß eine Dosierwalze nicht erforderlich ist. Die Wulstteilung erfolgt direkt auf die um die Stützwalze 314 laufende Bahn 48. Eine Rakelklinge 338 entfernt die überschüssige Beschichtungsflüssigkeit von der Gießwalze 330 und rezirkuliert sie über die Wanne 336. Alternativ kann die Stützwalze 50 mit Gummi beschichtet sein, so daß die Gießwalze 330 die Bahn berühren kann und sämtliche Beschichtungsflüssigkeit in diesem Bereich auf die Bahn übertragen wird. Die zweite Rakelklinge 338 entfernt sodann außerhalb der Bahnbreite befindliche Flüssigkeit von der Gießwalze 330.Fig. 18 shows a two-roll extrusion coating apparatus using an extrusion die 40 to deliver coating fluid to the surface of the casting roll 330 with stability from the vacuum chamber 42. The layer of coating fluid is thin and precise so that a metering roll is not required. Bead pitch is directly onto the web 48 running around the backup roll 314. A doctor blade 338 removes the excess coating fluid from the casting roll 330 and recirculates it over the pan 336. Alternatively, the backup roll 50 can be coated with rubber so that the casting roll 330 can contact the web and all of the coating fluid in that area is transferred to the web. The second doctor blade 338 then removes fluid from the casting roll 330 outside the web width.

Fig. 19a zeigt eine Auftragbeschichtungsvorrichtung, bei der eine Extrusionsdüse 40 Beschichtungsflüssigkeit über einen Verteiler 54 und einen Schlitz 56 auf eine Transferwalze 344, beispielsweise eine Spindel mit einem Durchmesser zwischen 25,4 mm und 50,8 mm, aufbringt. Der Beschichtungswulst wird durch die Unterdruckkammer 42 stabilisiert. Die Beschichtungsflüssigkeit auf der Transferwalze 344 wird durch Auftragen transferiert, um die Beschichtungs schicht auf der Bahn 48 zu bilden. Die Transferwalze 344 mit geringem Durchmesser hat einen kleinen Auftragbereich und verbessert die Bahnstabilität gegenüber einer größeren Transferwalze durch Verringern des Bahnflatterns und der Querspannungsmarken. Die Oberfläche der Transferwalze 344 kann beispielsweise glatt, poliert, mittelfein geschliffen, sandgestrahlt oder wellig sein.Fig. 19a shows a coating device in which an extrusion nozzle 40 applies coating liquid via a distributor 54 and a slot 56 to a transfer roller 344, for example a spindle with a diameter between 25.4 mm and 50.8 mm. The coating bead is stabilized by the vacuum chamber 42. The coating liquid on the transfer roller 344 is transferred by application to the coating layer on the web 48. The small diameter transfer roller 344 has a small application area and improves web stability over a larger transfer roller by reducing web flutter and cross-stress marks. The surface of the transfer roller 344 can be, for example, smooth, polished, medium ground, sandblasted, or corrugated.

Fig. 19b zeigt eine Auftragbeschichtungsvorrichtung, bei der die Extrusionsdüse 40 mit einer Unterdruckkammer 42 Beschichtungsflüssigkeit der Oberfläche einer Auftragwalze 344 zuführt. Die Walze 344 hat einen größeren Durchmesser als die Spindel der Fig. 19a. Die Beschichtungsflüssigkeit wird zur Bildung der Schicht auf der Bahn 48 aufgetragen.Fig. 19b shows a coating device in which the extrusion nozzle 40 with a vacuum chamber 42 supplies coating liquid to the surface of an applicator roller 344. The roller 344 has a larger diameter than the spindle of Fig. 19a. The coating liquid is applied to form the layer on the web 48.

Fig. 19c zeigt eine Auftragbeschichtungsvorrichtung, bei der eine Gleit-Beschichtungsdüse 310 Beschichtungsflüssigkeit auf die Oberfläche einer Auftragwalze 344 überträgt. Die Beschichtungsflüssigkeit wird zur Bildung der Beschichtung auf der Bahn 48 aufgetragen.Fig. 19c shows a coating applicator in which a sliding coating nozzle 310 transfers coating liquid to the surface of an applicator roll 344. The coating liquid is applied to form the coating on the web 48.

Fig. 20a zeigt eine Auftragbeschichtungsvorrichtung, bei der eine Doppelschicht-Extrusionsdüse 100 zwei Beschichtungsflüssigkeiten 116, 124 durch Kanäle 118, 126 der Oberfläche einer Spindel zuführt, beispielsweise einer Transferwalze 344 mit einem Durchmesser zwischen 25,4 mm und 50,8 mm. Die beiden Beschichtungsflüssigkeiten auf der Transferwalze 344 werden zur Bildung zweier Beschichtungen auf der Bahn 48 übertragen.Fig. 20a shows a deposition coating apparatus in which a dual layer extrusion die 100 supplies two coating liquids 116, 124 through channels 118, 126 to the surface of a spindle, for example a transfer roll 344 having a diameter between 25.4 mm and 50.8 mm. The two coating liquids on the transfer roll 344 are transferred to form two coatings on the web 48.

Fig. 20b zeigt eine Auftragbeschichtungsvorrichtung, bei der eine Doppelschichtextrusionsdüse 100 Beschichtungsflüssigkeit einer Auftragwalze zuführt.Fig. 20b shows a coating device in which a double-layer extrusion nozzle 100 supplies coating liquid to an applicator roller.

Die Walze 344 hat einen größeren Durchmesser als die Walze der Fig. 20a. Zwei Beschichtungsflüssigkeiten 116, 124 werden durch zwei separate Verteiler und zwei separate Schlitze geleitet, so daß sie sich am Beschichtungswulst treffen. Die beiden Beschichtungsflüssigkeiten werden auf die Bahn zur Bildung von naß aufgetragenen Schichten aufgebracht.The roller 344 has a larger diameter than the roller of Fig. 20a. Two coating liquids 116, 124 are passed through two separate manifolds and two separate slots so that they meet at the coating bead. The two coating liquids are applied to the web to form wet applied layers.

Fig. 20c zeigt eine Auftragbeschichtungsvorrichtung, bei der eine Doppelschichtextrusionsdüse 100 Beschichtungsflüssigkeit einer Auftragwalze 344 zuführt. Die beiden Beschichtungsflüssigkeiten 116, 124 werden durch zwei Verteiler, jedoch nur einen Schlitz zugeführt und treffen sich in der Düse. Die beiden Beschichtungsflüssigkeiten auf der Oberfläche der Transferwalze 344 werden zur Bildung der beiden Beschichtungen auf der Bahn 48 aufgebracht.Fig. 20c shows a transfer coating apparatus in which a dual layer extrusion die 100 supplies coating liquid to a transfer roll 344. The two coating liquids 116, 124 are supplied through two manifolds but only one slot and meet in the die. The two coating liquids on the surface of the transfer roll 344 are applied to form the two coatings on the web 48.

Fig. 20d zeigt eine Auftragbeschichtungsvorrichtung, bei der eine Mehrschichtbeschichtungsversion der Düse 220 der Fig. 19c vier Beschichtungsflüssigkeiten auf die Oberfläche der Transferwalze 344 leitet. Vier Flüssigkeiten 116, 124, 346, 348 werden durch die Düse 100, an Gleitflächen 236 herab zur Bildung von vier Schichten auf der Oberfläche der Transferwalze 344 geleitet. Diese Schichten werden zur Bildung von vier Beschichtungen auf der Bahn 48 aufgebracht.Fig. 20d shows a deposition coating apparatus in which a multi-layer coating version of the nozzle 220 of Fig. 19c directs four coating liquids onto the surface of the transfer roll 344. Four liquids 116, 124, 346, 348 are directed through the nozzle 100, down slide surfaces 236 to form four layers on the surface of the transfer roll 344. These layers are applied to the web 48 to form four coatings.

Claims (7)

1. Düsenbeschichtungsvorrichtung zum Aufbringen von Fluidbeschichtungen auf eine Bahn, die sich um eine Stützrolle bewegt, mit:1. A nozzle coating device for applying fluid coatings to a web moving around a support roller, comprising: - einer Düse (40) mit einem stromaufwärtigen Element (64) mit einer stromaufwärtigen Lippe (60) und einem stromabwärtigen Element (66) mit einer stromabwärtigen Lippe (62), wobei die stromaufwärtige Lippe (60) als Steg (68) mit einer der Stützrolle (50) entsprechenden Form ausgebildet ist, und die stromabwärtige Lippe (62) als scharfe Kante (70) ausgebildet ist,- a nozzle (40) with an upstream element (64) with an upstream lip (60) and a downstream element (66) with a downstream lip (62), the upstream lip (60) being designed as a web (68) with a shape corresponding to the support roller (50), and the downstream lip (62) being designed as a sharp edge (70), - einem zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Element (64, 66) verlaufenden Durchgang (52), der einen durch die stromaufwärtige und die stromabwärtige Lippe (60, 62) gebildeten Schlitz (56) aufweist, wobei Beschichtungsfluid aus der Düse (40) durch den Schlitz (56) austritt, um einen durchgehenden Beschichtungswulst (58) zwischen der stromaufwärtigen Düsenlippe (60), der stromabwärtigen Düsenlippe (62) und einer zu beschichtenden Fläche zu bilden, und- a passage (52) extending between the upstream and downstream elements (64, 66) and having a slot (56) formed by the upstream and downstream lips (60, 62), wherein coating fluid exits the nozzle (40) through the slot (56) to form a continuous coating bead (58) between the upstream nozzle lip (60), the downstream nozzle lip (62) and a surface to be coated, and - einer Rakeleinrichtung, die überschüssiges Beschichtungsfluid von der zu beschichtenden Fläche entfernt,- a doctor blade device that removes excess coating fluid from the surface to be coated, dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that - die Rakeleinrichtung eine Rakelrolle (332) ist, und- the doctor device is a doctor roller (332), and - die stromabwärtige Lippe (62) einen Kantenradius von nicht mehr als 10 Mikrometer hat.- the downstream lip (62) has an edge radius of not more than 10 micrometers. 2. Düsenbeschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit:2. A nozzle coating apparatus according to claim 1, further comprising: - einer Rolle (344), auf der das Beschichtungsfluid zunächst aufgebracht ist, und die das Beschichtungsfluid anschließend auf die Bahn (48) überträgt, und- a roller (344) on which the coating fluid is first applied and which subsequently transfers the coating fluid to the web (48), and - einer Einrichtung (338) zum Entfernen überschüssigen Beschichtungsfluids von der Rolle 344, wobei die Entfernungseinrichtung (338) die Rolle (344) zum Entfernen überschüssigen Beschichtungsfluids berührt,- a device (338) for removing excess coating fluid from the roller 344, wherein the removal device (338) contacts the roller (344) for removing excess coating fluid, - wobei die stromaufwärtige Lippe (60) als Steg (68) mit einer der Rolle (344) angepaßten gebogenen Form ausgebildet ist.- wherein the upstream lip (60) is designed as a web (68) with a curved shape adapted to the roller (344). 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Entfernungseinrichtung ein Abstreifrakel (338) aufweist.3. Apparatus according to claim 2, wherein the removal device comprises a scraper blade (338). 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Entfernungseinrichtung die Rakelrolle (332) aufweist.4. The apparatus of claim 2, wherein the removal means comprises the squeegee roller (332). 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der das Beschichtungsfluid auf der Rolle im Auftragbeschichtungsverfahren auf die Bahn (40) aufgebracht wird.5. Apparatus according to claim 3, wherein the coating fluid on the roll is applied to the web (40) in a spread coating process. 6. Verfahren zum Düsenbeschichten einer Fläche, mit den folgenden Schritten:6. A method for jet coating a surface, comprising the following steps: - Leiten von Beschichtungsfluid durch einen Schlitz (56), der durch ein stromaufwärtiges Element (64) mit einer stromaufwärtigen Lippe (60) und ein stromabwärtiges Element (66) mit einer stromabwärtigen Lippe (62) gebildet ist, wobei die stromaufwärtige Lippe (60) als Steg (68) mit einer der Stützrolle (50) entsprechenden Form ausgebildet ist, und die stromabwärtige Lippe (62) als scharfe Kante (70) ausgebildet ist,- guiding coating fluid through a slot (56) formed by an upstream element (64) with an upstream lip (60) and a downstream element (66) with a downstream lip (62), the upstream lip (60) being designed as a web (68) with a shape corresponding to the support roller (50) and the downstream lip (62) being designed as a sharp edge (70), - Verbessern der Beschichtungsleistung durch Verändern der Ausrichtung entweder des Stegs (68) oder der scharfen Kante (70),- Improving coating performance by changing the orientation of either the web (68) or the sharp edge (70), - Entfernen überschüssigen Beschichtungsfluids von der zu beschichtenden Fläche unter Verwendung einer Rakeleinrichtung (332), welche die zu beschichtende Fläche berührt,- removing excess coating fluid from the surface to be coated using a doctor device (332) which contacts the surface to be coated, - Wählen einer Länge (L) des Stegs (68), eines Kantenwinkels (A&sub1;) des stromabwärtigen Elements (66), eines Düsenangriffswinkels (A&sub2;) zwischen der stromabwärtigen Elementfläche des Beschichtungsschlitzes (56) und eine Tangentenebene durch eine zu der scharfen Kante (70) parallelen und dieser direkt gegenüberliegenden Linie auf der zu beschichtenden Fläche, und einer Beschichtungsspaltweite (G) zwischen der scharfen Kante (70) und der zu beschichtenden Fläche, und zwar in Kombination miteinander, und- selecting a length (L) of the web (68), an edge angle (A₁) of the downstream element (66), a nozzle attack angle (A₂) between the downstream element surface of the coating slot (56) and a tangent plane through a line parallel to and directly opposite the sharp edge (70) on the surface to be coated, and a coating gap width (G) between the sharp edge (70) and the surface to be coated, in combination with one another, and - Wählen einer Schlitzhöhe (H), eines Überstandes (O) und einer Konvergenz (C), und zwar in Kombination miteinander,- Select a slot height (H), a projection (O) and a convergence (C), in combination with each other, dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that - als Rakeleinrichtung eine Rolle (332) verwendet wird, und- a roller (332) is used as doctor device, and - eine stromabwärtige Lippe (62) mit einem Kantenradius von nicht mehr als 10 Mikrometer verwendet wird.- a downstream lip (62) with an edge radius of not more than 10 micrometers is used. 7. Verfahren nach Anspruch 6, ferner mit dem Schritt des Aufbringens von Unterdruck stromaufwärts eines gebildeten Beschichtungswulstes (58) zum Stabilisieren des Wulstes (58), wobei der Wulst (58) sich nicht wesentlich in den raum zwischen dem Steg (68) und der zu beschichtenden Fläche bewegt, selbst wenn der Unterdruck erhöht wird.7. The method of claim 6, further comprising the step of applying vacuum upstream of a formed coating bead (58) to stabilize the bead (58), wherein the bead (58) does not move substantially into the space between the web (68) and the surface to be coated, even when the vacuum is increased.
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