EP4076769A1 - Wide slot nozzle and method for operating a wide slot nozzle - Google Patents

Wide slot nozzle and method for operating a wide slot nozzle

Info

Publication number
EP4076769A1
EP4076769A1 EP20820090.7A EP20820090A EP4076769A1 EP 4076769 A1 EP4076769 A1 EP 4076769A1 EP 20820090 A EP20820090 A EP 20820090A EP 4076769 A1 EP4076769 A1 EP 4076769A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle
particles
vibration device
fluid
slot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20820090.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Gerald BETZ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fmp Technology GmbH
Original Assignee
Fmp Technology GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fmp Technology GmbH filed Critical Fmp Technology GmbH
Publication of EP4076769A1 publication Critical patent/EP4076769A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C5/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work
    • B05C5/02—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work
    • B05C5/0254—Coating heads with slot-shaped outlet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/26—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by applying the liquid or other fluent material from an outlet device in contact with, or almost in contact with, the surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/12—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by mechanical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2202/00—Metallic substrate
    • B05D2202/40—Metallic substrate based on other transition elements
    • B05D2202/45—Metallic substrate based on other transition elements based on Cu
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a slot nozzle for applying a fluid provided with particles and a method for operating such a slot nozzle.
  • the substrates are provided with a wide variety of materials, such as adhesives, lacquers or functional media, in wet film thicknesses between 1 ⁇ m and up to 5 mm.
  • Spraying, squeegee and dipping processes can be used to apply the media.
  • Another method is the so-called slot nozzle coating.
  • the medium to be coated is fed to a so-called slot nozzle with the aid of a pump or a pressure vessel.
  • the slot nozzle is designed in such a way that the medium to be applied is distributed over the width of the nozzle.
  • the fluid then exits through a high-precision nozzle gap (so-called slot) and is applied to the substrate to be coated.
  • slot nozzle Since the width of the nozzle gap can be up to 5 m, such a slot nozzle is also referred to as a slot nozzle.
  • the slot nozzle process represents a so-called full-surface coating process. The thickness of the coating fluid is applied ensured by the design of the nozzle interior and the continuity of mass. This process is used in a wide variety of industrial areas, such as in the paper and packaging industry, in the production of batteries and fuel cells and for the production of optically active and electronic components.
  • the media used for coating can, depending on the application, be provided with particles (solids).
  • particles solids
  • One problem when processing such media is that, due to their size, the particles usually tend to significant agglomeration and, in some cases, also to sedimentation. If this is the case, sedimentation zones and agglomerates can form in the slot die. If agglomerates get into the nozzle gap as a result of the flow or if adhesions form directly in the area of the gap, coating errors occur. This results in uneven transverse and longitudinal distribution of the medium on the substrate to be coated. If there is inadequate uniform distribution or even a blockage of the nozzle gap, the coating process has previously had to be interrupted and the nozzle cleaned. This leads to long service lives and also to fluctuations in the quality of the products.
  • DE 102009017453 A1 discloses a slotted nozzle for spraying a liquid that can be adapted to different properties of the liquids to be sprayed.
  • the slot nozzle enables liquids of different viscosities and with different solids content to be processed.
  • the slit nozzle proposed there has two spray air gaps arranged on both sides of a central liquid gap, via which spray air can be emitted for atomizing the liquid, a structure being arranged in the liquid gap which is designed as a comb-like intermediate layer. This is placed between the two walls bordering the liquid gap, teeth of the intermediate layer extending in the direction of an opening of the liquid gap. This allows the gap width to be varied, so that different chamber-like intermediate layers are placed between the two walls that delimit the liquid gap.
  • the comb-like intermediate layer is coupled with a balance, with balance amplitudes of 1/100 mm as the maximum proposed.
  • CA 869959 proposes a coating device that uses ultrasound to set a nozzle to be applied with the coating material vibrating.
  • the nozzle gap should be kept free of dirt and agglomerating coating material.
  • the use of vibrations in the ultrasound area is preferred, since low frequencies and large mechanical deflections can disadvantageously lead to a container containing the coating material starting to move, which can be noticeable in a reduced quality of the coating.
  • the nozzle gap is no more than 0.5 inch, i.e. approximately 13 mm, wide.
  • the object of the invention is to provide a slot nozzle for applying a fluid provided with particles and a method for operating a slot nozzle which are structurally and / or functionally improved so that the agglomeration and sedimentation behavior of particles in the nozzle during coating can be avoided or reduced.
  • a slot nozzle for applying a fluid provided with particles contains one or more different liquids, for example solvents, and one or more different solid materials.
  • the solid material (s) are as particles of the same and / or different size and with regular and / or irregular regular surface contained in the liquid or liquids. The selection of liquids, materials, particle sizes and compositions depend on the application.
  • the slot nozzle comprises a nozzle body, the nozzle body including an inner nozzle chamber for receiving the fluid provided with particles (coating fluid).
  • the nozzle body can in particular be formed from two nozzle halves, the inner nozzle chamber being formed between the nozzle halves.
  • the nozzle body can also comprise other components.
  • metal foils of a specified thickness are arranged between the nozzle halves.
  • the inner nozzle chamber can have any shape, viewed in a cross section, wherein the inner nozzle chamber can comprise a plurality of chambers.
  • the inner nozzle chamber can have an essentially round or teardrop-shaped cross section. Combinations thereof in sections can also be provided. In cross-section, the design of the inner nozzle chamber can change or be the same.
  • the fluid provided with the particles can be dispensed via a nozzle gap delimited by two walls onto a flat substrate that is moving in a transport direction relative to the slot nozzle.
  • the nozzle gap is formed in particular between the nozzle halves.
  • the gap width results from the thickness of the metal foil, which is therefore also referred to as the nozzle foil.
  • the design of the nozzle gap can change or be the same.
  • the length of the nozzle gap is preferably constant.
  • the relative movement between the slot nozzle and the substrate includes a movement of the substrate relative to the slot nozzle.
  • the substrate can, for example, be coated in a known roll-to-roll process, so that a movement of the substrate in the port direction is given, while the slot nozzle can be arranged statically.
  • the slot nozzle can be moved relative to the substrate.
  • the substrate can be in the form of a sheet, for example, in which case the nozzle body and the slot nozzle are moved relative to the substrate in the transport direction.
  • the substrate to be coated can consist of any material or any combination of materials.
  • the flat substrate can be in the form of a film made of plastic, aluminum, textile or paper.
  • the nozzle gap is designed individually with regard to its shape for a particular application.
  • the formation of the nozzle gap can depend, for example, on the type and / or composition of the coating fluid. Further influencing parameters can be the speed at which the coating fluid is applied to the substrate and a pressure loss to be achieved across the nozzle gap.
  • the size and / or shape of a nozzle inner and outer lip of the nozzle gap and the geometric transition from the nozzle gap to the nozzle inner chamber can be designed individually.
  • the slot nozzle further comprises a vibration device which is mechanically coupled to the nozzle body in order to set the nozzle gap and the fluid (coating fluid) provided with the particles in the nozzle inner chamber in vibration.
  • the vibration device can be operated with compressed air, hydraulically or electrically. According to the invention, the vibration device is designed to excite the nozzle body with an upper limit frequency of at most 1 kHz.
  • the vibration unit which generates mechanical vibrations through inertia, sets the stationary nozzle body with its slot nozzle and the coating fluid located in the nozzle inner chamber in vibration. It was surprisingly found that an agglomeration tendency and sediment The tendency of the particles contained in the fluid to vibrate can be reliably prevented if the vibration device is excited with a frequency well below Ultrafast, in particular with an upper limit frequency of at most 1 kHz.
  • the vibration device In order to suppress the agglomeration and / or tendency to sediment, sufficiently high kinetic energy is entered into the slot nozzle and thus the coating fluid contained therein by the vibration device, which works with comparatively low frequencies. This makes it possible to stabilize the fluid through the additional exchange of momentum and to homogenize it in connection with the flow. As a result of the vibrations in the frequency range of at most 1 kHz, it is possible to reduce particle agglomerates for entry into the nozzle gap or to break them open with the aid of shear forces in the flow. The same applies to the growth of agglomerates and the formation of sedimentation zones. The vibration device thus makes it possible to increase these energy components without affecting the process stability of the coating. As a result, the coating can take place without interruption and thus with consistent quality.
  • the vibration device is designed to excite the nozzle body with a lower limit frequency of at least 1 Hz.
  • the frequency range used by the vibration device is between 1 Hz and 1 kHz.
  • a preferred frequency range is in the order of magnitude between 60 Hz and 70 Hz.
  • the selected frequency can be dependent on aspects of the slot nozzle and the properties of the coating fluid, in particular the particle properties (size and / or particle size distribution) and their concentrations. Differences in density of the particles in the liquid and adhesion forces between the particles themselves and the inner walls of the nozzle determine the processes to a great extent.
  • the suitable frequency can be different for different types and / or compositions of coating fluids.
  • the frequency that is suitable for a particular coating fluid can be found in particular through experiments.
  • Other parameters that can influence the optimal frequency or the optimal frequency range are the position of the vibration unit on the nozzle, the local flow conditions and the application method with the slot nozzle.
  • the shape of the nozzle gap can also influence the optimal frequency.
  • the mechanical amplitude of the vibration device in relation to the nominal diameter of the particles contained in the fluid is greater than or equal to 0.1.
  • the mechanical amplitude of the vibration device is at most 5 mm.
  • an amplitude for the largest particle diameter can be determined comprehensively.
  • the amplitude here is a full oscillation length of the vibration device from one end to the other end (peak-to-peak).
  • This does not exclude the choice of smaller amplitudes according to the particle size distribution range from the application of the principle of the method, since an excitation of particle fractions can also serve the purpose.
  • the mechanical amplitude of the vibration device is strongly dependent on the shape, mounting and mass of the slot nozzle.
  • nozzle body there are location and frequency-dependent amplitudes in the nozzle body.
  • a suitable mechanical The amplitude is also limited by the need for an error-free application on the substrate moving relative to the nozzle.
  • the suitable mechanical amplitude can be found, for example, through experiments.
  • the mechanical amplitude of the vibration device is proportional to the maximum acceleration forces, which in turn is approximately proportional to the forces acting on the particles. The higher the acceleration, the better the intended effect.
  • the criterion in the following equation is a de-dimensioned representation of the acceleration with reference to the acceleration due to gravity g. The value 100 is seen as an appropriate upper limit.
  • the upper limit value for the maximum amplitude of the vibration device can be determined.
  • ⁇ is here half the peak-to-peak amplitude / the frequency with which the vibration device is operated.
  • the use of the vibration unit enables the factor between the maximum particle size and the selectable nozzle gap to be minimized under the given conditions. This makes it possible to use larger particle fractions without endangering the uniform application of the slot nozzle.
  • the vibrations homogenize the flow behavior and stabilize the state of the fluid, thus enabling better processing and process stability.
  • the influence of the manufacturing tolerances of the inner nozzle surfaces on the flow process can be reduced by the vibration. This allows the homogeneity of the wet film of the coating Realize or optimize processing fluids in width and length through the introduced mechanical vibrations.
  • the mechanical amplitude of the vibration device acts on the nozzle body in a direction corresponding to the transport direction of the substrate.
  • the mechanical amplitude of the vibration device can act in the main flow direction (i.e. in the vertical direction) and further along the nozzle body (i.e. in its width direction).
  • An oscillation with mechanical amplitudes in one or more spatial directions reduces or prevents the formation of agglomerates and / or sedimentation zones in the fluid or on the inner surfaces of the nozzle. In this way, coating errors and the clogging of the nozzle gap can be prevented.
  • a further expedient embodiment provides that a pseudoplastic coating fluid is applied to the substrate with the aid of the wide slot nozzle described.
  • Almost all coating fluids, especially those with particles, have what is known as pseudoplastic behavior.
  • the viscosity is not a material constant, but rather depends not only on pressure and temperature but also on the shear and the duration of a shear.
  • a characteristic of pseudoplastic behavior is an increasing decrease in viscosity with the onset of shear. The course of the viscosity as a function of the shear is also different. A limiting viscosity can be established, but local maxima and a strong increase in viscosity are also possible.
  • This sometimes sensitive Fluidverhal th can, in conjunction with the manufacturing accuracy of the nozzle, in particular the nozzle inner surfaces and the nozzle lip, adversely affect the lateral distribution of the fluid in the slot nozzle.
  • the use of the vibration device has a homogenizing and stabilizing effect on the fluid. This reduces the inlet length and local boundary layer in the nozzle gap, for example. The flow conditions are therefore more homogeneous in cross-section. The influence of the manufacturing accuracy on the uniform distribution can thus be reduced depending on the application. the. As a result, an improvement in the lateral distribution is basically made possible with the same manufacturing accuracy.
  • the nozzle gap has a width between 10 mm and 5 m in a width direction which extends transversely to the transport direction.
  • the nozzle gap preferably has an exclusively linear, i.e. straight, extension, but can, for example, be curved in the width direction which extends transversely to the transport direction.
  • the nozzle gap has a slot width between 10 ⁇ m and 2.5 mm.
  • the slot width is selected in particular as a function of the size of the particles contained in the coating fluid.
  • the nominal diameter of the particles has to be smaller than the selected slot width.
  • a slot width of 200 ⁇ m results in a maximum particle size of 200 ⁇ m. In practice, however, the particles have to be smaller, otherwise the nozzle would clog immediately.
  • the vibration unit described enables the tolerance for large particles and high particle concentrations to be improved.
  • Another useful embodiment provides that a fastening device of the slot nozzle, with which the nozzle body is mechanically firmly connected, is mounted via damper elements. This ensures that the vibrations generated by the vibration device can act in the desired manner exclusively or largely on the nozzle body and the coating fluid located therein.
  • a method for operating a slot nozzle according to one or more configurations is proposed.
  • the vibration device is controlled in such a way that the nozzle body is excited with an upper limit frequency of at most one kHz.
  • the method has the same advantages as those described above in connection with the device according to the invention.
  • the nozzle body is excited with a lower limit frequency of at least 1 Hz.
  • the mechanical amplitude of the vibration device in relation to the nominal diameter of the particles contained in the fluid is selected to be greater than or equal to 0.1.
  • the mechanical amplitude of the vibration device is selected in such a way that it carries a maximum of 5 mm.
  • FIG. 1 shows a section through a slot nozzle according to the invention, which is mounted on a fastening device
  • FIG. 2 is a side view of the slot nozzle shown in FIG. 1; FIG.
  • FIG. 3 shows a section along the line III-III through the wide slot nozzle shown in FIG. 2, a vibration device being mechanically connected to the wide slot nozzle;
  • FIG. 4 shows a partial section through the fastening device of the slot die according to FIG. 2.
  • a slot nozzle 1 for applying a fluid provided with particles to a substrate 20 which is arranged below the slot nozzle 1.
  • the distance between the substrate 20 and the slot nozzle 1 and the components of the slot nozzle 1 are for reasons of the drawing not shown to scale.
  • the fluid is referred to below as the coating fluid.
  • a coordinate system is shown in which q denotes a transverse direction, h denotes a height direction and b denotes a width direction of the slot nozzle 1.
  • the transverse direction q runs in a direction which corresponds to a transport direction TR of the substrate 20.
  • the width direction b ver runs in a plane defined by the transverse and width directions transverse to the transport direction TR.
  • the coating fluid contains one or more different liquids, e.g., one or more solvents, and one or more particulate solids. Particle concentration, size, density and shape in the coating fluid are selected according to a present application. Frequently encountered use cases are shown at the end of the description.
  • the slot nozzle 1 comprises a nozzle body 2, which is formed, for example, from two nozzle halves 3, 4.
  • a nozzle inner chamber 6 is formed between the nozzle halves 3, 4, which in the cross-sectional representation shown has the shape of a circle, merely by way of example.
  • a nozzle film 5 of a predetermined thickness is arranged between the nozzle halves 3, 4, a nozzle film 5 of a predetermined thickness. This defines the slot width of a nozzle gap 7 in the lower region of the nozzle body 2 between opposing walls 7a, 7b of the respective nozzle halves 3, 4 and, together with the nozzle halves 3, 4, encloses the fluid in the nozzle interior chamber 6.
  • the nozzle film 5 has a recess for the nozzle inner chamber 6 and the nozzle gap 7 accordingly to the required coating width in the width direction b.
  • the slot width of the nozzle gap 7 thus corresponds to the thickness of the nozzle film 5.
  • the slot width is selected in the application so that the slot nozzle essentially enables the desired uniform distribution through sufficient pressure loss of the nozzle gap.
  • the minimum nozzle gap width is limited by the particles in the fluid.
  • the slot width is always at least slightly larger than the particle size of the particles contained in the coating fluid.
  • the nozzle gap 7 preferably has a slot width between 10 ⁇ m and 2.5 mm.
  • the substrate 20 is a flat substrate, for example a film made of plastic, aluminum or paper or another material to be coated.
  • the distance between the substrate 20 and a nozzle lip 9, which faces the side of the substrate 20 to be coated, can be between a few micrometers and a few centimeters.
  • the nozzle gap 7 can, depending on the selected application, have a width between 10 mm and 5 m in the width direction b.
  • the coating fluid is applied at the exit point between the two nozzle lips 9 and the substrate 20.
  • a uniform distribution can be achieved with a slot nozzle, mainly caused by the viscous forces.
  • the resulting pressure loss is largely caused by the flow through the nozzle gap 7, which leads to great pressure forces from the inside on the nozzle body.
  • This pressure loss is set in a targeted manner in order to achieve uniform distribution, but is technically limited by the elasticity values of the materials of the nozzle body. Viscosities that are too high can lead to a deflection of the nozzle gap and consequently affect the uniform distribution.
  • the nozzle body 2 is mechanically connected to a fastening device 10.
  • the fastening device 10 comprises a first holding element 11 and a second Holding element 12.
  • the first holding element 11 has a holding extension 11F.
  • the second holding element 12 has a corresponding engagement extension 12F.
  • the second holding element 12 is mechanically connected to the nozzle half 4 by way of example.
  • the second holding element with the nozzle body 2 attached to it can be brought into engagement with the first holding element 11 via the engagement extension 12F.
  • the first and second holding elements 11, 12 are mechanically connected to one another via a fixing element 13, which braces the engagement extension 12F and the holding extension 11F.
  • the holder shown is therefore designed as a so-called dovetail only by way of example. Which bracket is actually chosen is not specified.
  • a damper element 14 is located between the first holding element 11 and the second holding element 12 and between the second holding element 12 and the fixing element 13 a damper element 15 is provided.
  • FIGS. 2 to 4 which show different details of the wide slot nozzle 1 shown in FIG. 1, the vibration device 16 is shown, which is mechanically coupled to the nozzle body 2.
  • the vibration device 16, operated for example with compressed air, hydraulically or electrically, is arranged on a side of the nozzle body 2 facing away from the nozzle gap 7.
  • the mechanical fastening can take place, for example, using screws and the like.
  • the vibration device 16 is designed to set the nozzle body 2 and thus the nozzle gap 7 and the coating fluid located in the nozzle inner chamber 6 in vibration.
  • the vibration device 16 is designed in such a way that this mechanical amplitude is generated primarily in the transverse direction q and height direction h of the nozzle body 2.
  • a mechanical amplitude can also be generated by the vibration device in the width direction b of the nozzle body 2.
  • the vibration device 16 is such designed and operated that the mechanical amplitude acts both in the transverse direction q and in the height direction h.
  • the mechanical amplitude of the vibration device 16 is greater than or equal to 0.1 in relation to the nominal diameter of the particles contained in the fluid.
  • the mechanical amplitude of the vibration device 16 is preferably at most 5 mm. In the case of particle size distributions, the amplitude with the largest particle diameter can be determined. However, this does not exclude the choice of smaller amplitudes in accordance with the particle size distribution range from the application of the method principle, since the excitation of particle fractions can also serve the purpose.
  • the vibration device is operated with a frequency in a range between 1 Hz and 1 kHz. The optimal frequency and the exact mechanical deflection of an application depend on a large number of parameters.
  • the shape and material of the slot nozzle 1, the shape of the nozzle inner chamber 6 and the nozzle gap 7, the coating fluid and its flow play a role.
  • the application site at the nozzle gap opening 7L and the two nozzle lips 9 are typically wetted with the coating fluid during coating.
  • a fluid contingent is created upstream of the nozzle gap that is enclosed and also stimulated by the contact with the nozzle lip 9 and thus also determines the process.
  • the vibration device 16 introduces kinetic energy into the nozzle body 2 and the coating fluid by means of mechanical amplitudes. This makes it possible to stabilize the fluid through the additional exchange of momentum and to homogenize it in connection with the flow. Furthermore, agglomerates of the particles contained in the coating fluid can be broken up and sedimentation zones in the nozzle inner chamber 6 can be avoided. The growth of particle agglomerates can also be avoided by the introduced kinetic energy. The vibration device 16 makes it possible to to increase the kinetic energy share without significantly influencing the process stability of the coating process.
  • FIGS. 3 and 4 each show different partial sections through the slot nozzle 1 shown in FIG. 2. While FIG. 3 shows a section through the nozzle body 2 (in this illustration the nozzle gap 7 is not shown explicitly ), Fig. 4 shows a partial section through the fastening device 10, the nozzle body 2 being shown uncut.
  • the process engineering basis of the uniform, full-surface application of the coating fluid with the aid of the slot nozzle 1 is the pressure loss generated in the nozzle gap 7.
  • the pressure loss arises essentially through the nozzle gap 7, the connection of the nozzle inner chamber 6 with the nozzle gap opening 7L and the exit point of the coating fluid from the nozzle gap opening 7L.
  • the pressure loss for a sufficient uniform distribution on the substrate 20 can be achieved by the selection of the nozzle film 5, the thickness of which is equivalent to the slot width of the outlet gap, i.e. the nozzle gap opening 7L.
  • the pressure loss due to the mechanical deflection of the slot nozzle 1 due to pressure forces is limited.
  • the vibration unit 16 By using the vibration unit 16, the particle size can be selected to be larger in relation to the nozzle gap. It is thus possible to choose smaller gap thicknesses for a coating fluid with particles. A slot nozzle thus enables a larger range of realizable wet film thicknesses.
  • the use of the vibration unit also has an influence on the stability of the homogeneity of the coating fluid, which increases the range of processing speeds that can be achieved.
  • the vibrations have a balancing effect on the formation and shape of the boundary layer in the nozzle gap, which is advantageous in connection with the process stability and the manufacturing accuracy of the nozzle gap of the slot die.
  • the homogeneity of the wet film on the substrate can be optimized in width and length by the mechanical vibrations introduced in addition to the influence of the pressure loss.
  • the frequency of the flow is not selected in the ultrasonic range, but significantly below, preferably with an upper limit of 1 kHz.
  • the set frequency in particular in conjunction with a suitably selected mechanical amplitude, enables kinetic energy to be introduced into the nozzle body 2. This enables the exchange of pulses in the coating fluid to be improved and thus has a homogenizing and stabilizing effect in conjunction with the flow. This behavior makes it possible to reduce sedimentation zones and / or particle agglomerates for entry into the nozzle gap 7 with the support of the shear forces of the flow or to prevent their formation.
  • the nozzle described above can be used in a variety of different applications.
  • the slot nozzle is preferably adapted to all process and operating conditions as far as possible.
  • the following applications are possible, for example:
  • substrates known as sheets are coated.
  • the nozzle is mounted vertically in an applicator, with the coating fluid emerging downwards.
  • Robotic arms can also be used to move the slot nozzle.
  • the substrate materials are plastic films or glass. Wet film thicknesses are in the range of 10 ⁇ m.
  • the coating media contain resins, some volatile organic solvents and more often particles, e.g. optical functional coatings.
  • the processing takes place sequentially, drying through the thin layers without a dryer, for example in the case of a UV lacquer, using a UV lamp.
  • the production speeds are in the range of 0.01 to 5 m / min relative speed of the nozzle to the substrate. The requirements for order tolerances are sometimes very high.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Coating Apparatus (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Abstract

The invention relates to a wide slot nozzle for applying a fluid that contains particles, said wide slot nozzle having a nozzle body (2). The nozzle body (2) comprises a nozzle inner chamber (6) for receiving the fluid that contains particles. The fluid containing the particles can be dispensed via a nozzle gap (7), which is delimited by two walls, onto a substrate (20) moving in a transport direction (TR) relative to the wide slot nozzle. A vibration device (16) is mechanically coupled to the nozzle body (2) in order to cause the nozzle gap (7) and the fluid located in the nozzle internal chamber (6) and containing the particles to vibrate. The vibration device (16) is designed to excite the nozzle body (2) at an upper limit frequency of 1kHz at maximum.

Description

Breitschlitzdüse und Verfahren zum Betreiben einer Breitschlitzdüse Slot nozzle and method for operating a slot nozzle
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft eine Breitschlitzdüse zum Applizieren eines mit Partikeln ver sehenen Fluids sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Breitschlitzdüse. The invention relates to a slot nozzle for applying a fluid provided with particles and a method for operating such a slot nozzle.
Zur Beschichtung flächiger Substrate, wie Folien aus Kunststoff, Aluminium oder Papier, werden die Substrate in Nassfilmdicken zwischen 1 pm und bis zu 5 mm flächig mit unterschiedlichsten Materialien, wie Klebstoffen, Lacken oder funktio neilen Medien, versehen. Zum Applizieren der Medien können Sprüh-, Rakel- und Tauchverfahren eingesetzt werden. Ein weiteres Verfahren stellt die sog. Schlitzdü senbeschichtung dar. Hierbei wird das zu beschichtende Medium mit Hilfe einer Pumpe oder eines Druckbehälters einer sog. Schlitzdüse zugeführt. Die Schlitzdüse ist derart beschaffen, dass das zu applizierende Medium über die Breite der Düse verteilt wird. Anschließend tritt das Fluid über einen hochpräzisen Düsenspalt (sog. Schlitz) aus und wird auf das zu beschichtende Substrat aufgetragen. Da die Breite des Düsenspalts dabei bis zu 5 m betragen kann, wird eine solche Schlitzdüse auch als Breitschlitzdüse bezeichnet. Das Schlitzdüsenverfahren stellt ein sog. vollflächi ges Beschichtungsverfahren dar. Die Auftragsdicke des Beschichtungsfluids wird durch die Gestaltung des Düseninnenraumes und die Massenkontinuität sicherge stellt. Dieses Verfahren wird in unterschiedlichsten industriellen Bereichen, wie z.B. in der Papier- und Verpackungsbranche, im Bereich der Herstellung von Batterien und Brennstoffzellen und für die Herstellung von optisch aktiven und elektronischen Komponenten eingesetzt. To coat flat substrates, such as plastic, aluminum or paper foils, the substrates are provided with a wide variety of materials, such as adhesives, lacquers or functional media, in wet film thicknesses between 1 μm and up to 5 mm. Spraying, squeegee and dipping processes can be used to apply the media. Another method is the so-called slot nozzle coating. Here, the medium to be coated is fed to a so-called slot nozzle with the aid of a pump or a pressure vessel. The slot nozzle is designed in such a way that the medium to be applied is distributed over the width of the nozzle. The fluid then exits through a high-precision nozzle gap (so-called slot) and is applied to the substrate to be coated. Since the width of the nozzle gap can be up to 5 m, such a slot nozzle is also referred to as a slot nozzle. The slot nozzle process represents a so-called full-surface coating process. The thickness of the coating fluid is applied ensured by the design of the nozzle interior and the continuity of mass. This process is used in a wide variety of industrial areas, such as in the paper and packaging industry, in the production of batteries and fuel cells and for the production of optically active and electronic components.
Die zur Beschichtung genutzten Medien können, je nach Anwendungsfall, mit Parti keln (Feststoffen) versehen sein. Ein Problem bei der Verarbeitung solcher Medien besteht darin, dass die Partikel bedingt durch ihre Größe meist zu signifikanter Ag glomeration und zum Teil auch Sedimentation neigen. Liegt ein solches Verhalten vor, kann es in der Breitschlitzdüse zu Sedimentationszonen und Anwachsungen von Agglomeraten kommen. Geraten Agglomerate durch die Strömung in den Düsenspalt oder bilden sich Anhaftungen direkt im Bereich des Spaltes kommt es zu Beschich tungsfehlern. Daraus resultieren ungleichmäßige Quer- und Längsverteilung des Me diums auf dem zu beschichtenden Substrat. Tritt eine mangelhafte Gleichverteilung oder sogar ein Verblocken des Düsenspaltes auf, muss bislang der Beschichtungs prozess unterbrochen und die Düse gereinigt werden. Es kommt also zu hohen Standzeiten und zudem zu Qualitätsschwankungen der Produkte. The media used for coating can, depending on the application, be provided with particles (solids). One problem when processing such media is that, due to their size, the particles usually tend to significant agglomeration and, in some cases, also to sedimentation. If this is the case, sedimentation zones and agglomerates can form in the slot die. If agglomerates get into the nozzle gap as a result of the flow or if adhesions form directly in the area of the gap, coating errors occur. This results in uneven transverse and longitudinal distribution of the medium on the substrate to be coated. If there is inadequate uniform distribution or even a blockage of the nozzle gap, the coating process has previously had to be interrupted and the nozzle cleaned. This leads to long service lives and also to fluctuations in the quality of the products.
Die DE 102009017453 Al offenbart eine Spaltdüse zum Versprühen einer Flüssig keit, die auf unterschiedliche Eigenschaften der zu versprühenden Flüssigkeiten an passbar ist. Die Spaltdüse ermöglicht die Verarbeitung von Flüssigkeiten unter schiedlicher Viskositäten sowie mit unterschiedlichem Feststoffanteil. Die dort vor geschlagene Spaltdüse weist zwei beidseits eines mittigen Flüssigkeitsspalts ange ordnete Sprühluftspalte auf, über die Sprühluft zum Zerstäuben der Flüssigkeit ab- gebbar ist, wobei im Flüssigkeitsspalt eine Struktur angeordnet ist, die als kammarti ge Zwischenlage ausgebildet ist. Diese ist zwischen den beiden den Flüssigkeitsspalt umgrenzenden Wänden gelegt, wobei sich Zähne der Zwischenlage in Richtung einer Mündung des Flüssigkeitsspalts erstrecken. Dadurch lässt sich die Spaltbreite variie ren, so dass unterschiedlich kammerartige Zwischenlagen zwischen die beiden Wän de, die den Flüssigkeitsspalt umgrenzen, gelegt werden. Für die Verarbeitung von Flüssigkeiten mit hohem Feststoff anteil wird die kammartige Zwischenlage mit einer Unruhe gekoppelt, wobei Unruheamplituden von 1/100 mm als Maximum vorge schlagen werden. DE 102009017453 A1 discloses a slotted nozzle for spraying a liquid that can be adapted to different properties of the liquids to be sprayed. The slot nozzle enables liquids of different viscosities and with different solids content to be processed. The slit nozzle proposed there has two spray air gaps arranged on both sides of a central liquid gap, via which spray air can be emitted for atomizing the liquid, a structure being arranged in the liquid gap which is designed as a comb-like intermediate layer. This is placed between the two walls bordering the liquid gap, teeth of the intermediate layer extending in the direction of an opening of the liquid gap. This allows the gap width to be varied, so that different chamber-like intermediate layers are placed between the two walls that delimit the liquid gap. For processing Liquids with a high solid content, the comb-like intermediate layer is coupled with a balance, with balance amplitudes of 1/100 mm as the maximum proposed.
Die CA 869959 schlägt eine Beschichtungseinrichtung vor, die Ultraschall nutzt, um eine das Beschichtungsmaterial auszubringende Düse in Schwingungen zu versetzen. Dadurch soll der Düsenspalt frei von Schmutz und sich agglomerierendem Beschich tungsmaterial gehalten werden. Die Verwendung von Vibrationen im Ultraschallbe reich wird bevorzugt, da geringe Frequenzen und große mechanische Auslenkungen in nachteiliger Weise dazu führen können, dass ein das Beschichtungsmaterial um fassender Behälter sich zu bewegen beginnt, was sich in einer verringerten Qualität der Beschichtung bemerkbar machen kann. Der Düsenspalt ist höchstens 0,5 Zoll, d.h. ca. 13 mm, breit. CA 869959 proposes a coating device that uses ultrasound to set a nozzle to be applied with the coating material vibrating. As a result, the nozzle gap should be kept free of dirt and agglomerating coating material. The use of vibrations in the ultrasound area is preferred, since low frequencies and large mechanical deflections can disadvantageously lead to a container containing the coating material starting to move, which can be noticeable in a reduced quality of the coating. The nozzle gap is no more than 0.5 inch, i.e. approximately 13 mm, wide.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Breitschlitzdüse zum Applizieren eines mit Parti keln versehenen Fluids sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Breitschlitzdüse anzugeben, welche baulich und/oder funktional verbessert sind, so dass das Agglo- merations- und Sedimentationsverhalten von Partikeln in der Düse beim Beschichten vermieden oder reduziert werden kann. The object of the invention is to provide a slot nozzle for applying a fluid provided with particles and a method for operating a slot nozzle which are structurally and / or functionally improved so that the agglomeration and sedimentation behavior of particles in the nozzle during coating can be avoided or reduced.
Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Breitschlitzdüse gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben der Breitschlitzdüse gemäß den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. These objects are achieved by a slot nozzle according to the features of claim 1 and a method for operating the slot nozzle according to the features of claim 11. Advantageous embodiments are specified in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Breitschlitzdüse zum Applizie ren eines mit Partikeln versehenen Fluids vorgeschlagen. Das auch als Beschich tungsfluid bezeichnete und mit Partikeln versehene Fluid enthält eine oder mehrere unterschiedliche Flüssigkeiten, z.B. Lösungsmittel, und ein oder mehrere unter schiedliche Feststoffmaterialien. Das oder die Feststoffmaterialien sind als Partikel gleicher und/oder unterschiedlicher Größe sowie mit regelmäßiger und/oder unre- gelmäßiger Oberfläche in der oder den Flüssigkeiten enthalten. Die Auswahl von Flüssigkeiten, Materialien, Partikelgrößen und Zusammensetzungen sind abhängig vom Anwendungsfall. According to a first aspect of the invention, a slot nozzle for applying a fluid provided with particles is proposed. The fluid, also referred to as coating fluid and provided with particles, contains one or more different liquids, for example solvents, and one or more different solid materials. The solid material (s) are as particles of the same and / or different size and with regular and / or irregular regular surface contained in the liquid or liquids. The selection of liquids, materials, particle sizes and compositions depend on the application.
Die Breitschlitzdüse umfasst einen Düsenkörper, wobei der Düsenkörper eine Dü- seninnenkammer zur Aufnahme des mit Partikeln versehenen Fluids (Beschichtungs- fluid) umfasst. Der Düsenkörper kann insbesondere aus zwei Düsenhälften gebildet sein, wobei die Düseninnenkammer zwischen den Düsenhälften gebildet ist. Der Düsenkörper kann neben den zwei Düsenhälften auch weitere Komponenten umfas sen. Zwischen den Düsenhälften sind z.B. Metallfolien vorgegebener Dicke ange ordnet. Die Düseninnenkammer kann, betrachtet in einem Querschnitt, eine beliebige Form aufweisen, wobei die Düseninnenkammer mehrere Kammern umfassen kann. Beispielsweise kann die Düseninnenkammer einen im Wesentlichen runden oder tropfenförmigen Querschnitt aufweisen. Auch abschnittsweise Kombinationen davon können vorgesehen sein. Im Querschnitt kann sich die Gestaltung der Düseninnen kammer ändern oder gleichbleibend sein. The slot nozzle comprises a nozzle body, the nozzle body including an inner nozzle chamber for receiving the fluid provided with particles (coating fluid). The nozzle body can in particular be formed from two nozzle halves, the inner nozzle chamber being formed between the nozzle halves. In addition to the two nozzle halves, the nozzle body can also comprise other components. For example, metal foils of a specified thickness are arranged between the nozzle halves. The inner nozzle chamber can have any shape, viewed in a cross section, wherein the inner nozzle chamber can comprise a plurality of chambers. For example, the inner nozzle chamber can have an essentially round or teardrop-shaped cross section. Combinations thereof in sections can also be provided. In cross-section, the design of the inner nozzle chamber can change or be the same.
Das mit den Partikeln versehene Fluid ist über einen durch zwei Wände umgrenzten Düsenspalt auf ein sich relativ zu der Breitschlitzdüse in eine Transportrichtung in Bewegung befindliches flächiges Substrat abgebbar. Der Düsenspalt ist insbesondere zwischen den Düsenhälften gebildet. Im Fall einer zwischen den Düsenhälften ange ordneten Metallfolie ergibt sich die Spaltbreite durch die Dicke der Metallfolie, die deshalb auch als Düsenfolie bezeichnet wird. Im Querschnitt kann sich die Gestal tung der des Düsenspalts ändern oder gleichbleibend sein. Die Länge des Düsen spalts ist bevorzugt konstant. Das mit den Partikeln versehene Fluid durchfließt die Düseninnenkammer und anschließend in den Düsenspalt. Von dort strömt es zum Austritt an eine sog. Düsenlippe und wird auf das Substrat appliziert, welches sich in Relativgeschwindigkeit zur Breitschlitzdüse befindet. Die Relativbewegung zwi schen der Breitschlitzdüse und dem Substrat umfasst eine Bewegung des Substrats relativ zu der Breitschlitzdüse. Das Substrat kann z.B. bekannten im Rolle-zu-Rolle- Verfahren beschichtet werden, so dass eine Bewegung des Substrats in der Trans- portrichtung gegeben ist, während die Breitschlitzdüse statisch angeordnet sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Breitschlitzdüse relativ zu dem Substrat bewegt werden. Das Substrat kann hier z.B. als Blatt (sog. Sheet) vorliegen, wobei dann eine Bewegung des Düsenkörpers und der Breitschlitzdüse relativ zu dem Substrat in der Transportrichtung vorgenommen wird. The fluid provided with the particles can be dispensed via a nozzle gap delimited by two walls onto a flat substrate that is moving in a transport direction relative to the slot nozzle. The nozzle gap is formed in particular between the nozzle halves. In the case of a metal foil arranged between the nozzle halves, the gap width results from the thickness of the metal foil, which is therefore also referred to as the nozzle foil. In the cross-section, the design of the nozzle gap can change or be the same. The length of the nozzle gap is preferably constant. The fluid provided with the particles flows through the nozzle inner chamber and then into the nozzle gap. From there it flows to a so-called nozzle lip to exit and is applied to the substrate, which is at a speed relative to the slot nozzle. The relative movement between the slot nozzle and the substrate includes a movement of the substrate relative to the slot nozzle. The substrate can, for example, be coated in a known roll-to-roll process, so that a movement of the substrate in the port direction is given, while the slot nozzle can be arranged statically. Alternatively or additionally, the slot nozzle can be moved relative to the substrate. The substrate can be in the form of a sheet, for example, in which case the nozzle body and the slot nozzle are moved relative to the substrate in the transport direction.
Das zu beschichtende Substrat kann aus einem beliebigen Material oder einer belie bigen Materialkombination bestehen. Beispielsweise kann das flächige Substrat als Folie aus Kunststoff, Aluminium, Textil oder Papier vorliegen. The substrate to be coated can consist of any material or any combination of materials. For example, the flat substrate can be in the form of a film made of plastic, aluminum, textile or paper.
Der Düsenspalt wird für einen jeweiligen Anwendungsfall hinsichtlich seiner Form individuell ausgebildet. Die Ausbildung des Düsenspalts kann beispielsweise von der Art und/oder Zusammensetzung des Beschichtungsfluids abhängen. Weitere beein flussende Parameter können die Aufbringgeschwindigkeit des Beschichtungsfluids auf das Substrat sowie ein über den Düsenspalt zu erzielender Druckverlust sein. Abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall können Größe und/oder Form einer Dü- seninnen- und -außenlippe des Düsenspalts sowie der geometrische Übergang des Düsenspalts zu der Düseninnenkammer individuell ausgebildet sein. The nozzle gap is designed individually with regard to its shape for a particular application. The formation of the nozzle gap can depend, for example, on the type and / or composition of the coating fluid. Further influencing parameters can be the speed at which the coating fluid is applied to the substrate and a pressure loss to be achieved across the nozzle gap. Depending on the particular application, the size and / or shape of a nozzle inner and outer lip of the nozzle gap and the geometric transition from the nozzle gap to the nozzle inner chamber can be designed individually.
Die Breitschlitzdüse umfasst weiter eine Vibrationseinrichtung, die mit dem Düsen körper mechanisch gekoppelt ist, um den Düsenspalt und das in der Düseninnen kammer befindliche und mit den Partikeln versehene Fluid (Beschichtungsfluid) in Schwingung zu versetzen. Die Vibrationseinrichtung kann mit Druckluft, hydrau lisch oder elektrisch betrieben sein. Die Vibrationseinrichtung ist erfindungsgemäß dazu ausgebildet, den Düsenkörper mit einer oberen Grenzfrequenz von höchstens 1 kHz anzuregen. The slot nozzle further comprises a vibration device which is mechanically coupled to the nozzle body in order to set the nozzle gap and the fluid (coating fluid) provided with the particles in the nozzle inner chamber in vibration. The vibration device can be operated with compressed air, hydraulically or electrically. According to the invention, the vibration device is designed to excite the nozzle body with an upper limit frequency of at most 1 kHz.
Durch die Vibrationseinheit, die mechanische Schwingungen durch Massenträgheit erzeugt, werden der an sich ruhende Düsenkörper mit seiner Breitschlitzdüse und das in der Düseninnenkammer befindliche Beschichtungsfluid in Schwingung versetzt. Es wurde überraschend festgestellt, dass eine Agglomerationsneigung und Sedimen- tationsneigung der in dem Fluid enthaltenen Partikel zuverlässig verhindert werden kann, wenn die Vibrationseinrichtung mit einer Frequenz deutlich unterhalb von Ult raschall, insbesondere mit einer oberen Grenzfrequenz von höchstens 1 kHz angeregt wird. The vibration unit, which generates mechanical vibrations through inertia, sets the stationary nozzle body with its slot nozzle and the coating fluid located in the nozzle inner chamber in vibration. It was surprisingly found that an agglomeration tendency and sediment The tendency of the particles contained in the fluid to vibrate can be reliably prevented if the vibration device is excited with a frequency well below Ultrafast, in particular with an upper limit frequency of at most 1 kHz.
Dem liegt die Beobachtung zugrunde, dass das Auftreten von Agglomerationen der in dem Fluid enthaltenen Partikel zu Ablagerungen an den Wänden führt, speziell im Bereich des Übergangs zwischen der Düseninnenkammer und dem Düsenspalt. Die Ablagerungen in diesem Bereich ziehen nach einer bestimmten Zeitdauer des Be triebs der Breitschlitzdüse, zumindest abschnittsweise, ein Verblocken des Düsen spalts von der Düseninnenkammer her nach sich. Die Entwicklung von Agglomera- ten aus den Partikeln steht dabei in Zusammenhang mit dem Schwerefeld und dem Impulsaustausch in der Strömung, den die Partikel untereinander und mit der Wand erfahren. Die Bildung der Agglomerate hängt also von lokalen Strömungsbedingun gen, vielen Stoffdaten und Wechselwirkungen, den Merkmalen der Partikelfraktio nen und den Umgebungsbedingungen ab und kann nicht vorhergesagt werden. This is based on the observation that the occurrence of agglomerations of the particles contained in the fluid leads to deposits on the walls, especially in the area of the transition between the nozzle inner chamber and the nozzle gap. The deposits in this area cause, after a certain period of time of the operation of the slot nozzle, at least in sections, a blockage of the nozzle gap from the nozzle inner chamber. The development of agglomerates from the particles is related to the gravitational field and the momentum exchange in the flow that the particles experience with each other and with the wall. The formation of the agglomerates therefore depends on local flow conditions, many material data and interactions, the characteristics of the particle fractions and the ambient conditions and cannot be predicted.
Um die Agglomeration und/oder Sedimentationsneigung zu unterdrücken, wird durch die Vibrationseinrichtung, die mit vergleichsweise geringen Frequenzen arbei tet, ausreichend hohe kinetische Energie in die Breitschlitzdüse und damit das darin befindliche Beschichtungsfluid eingetragen. Damit ist es möglich, durch den zusätz lichen Impulsaustausch das Fluid zu stabilisieren und im Zusammenhang mit der Strömung zu homogenisieren. Durch die Vibrationen in dem Frequenzbereich von höchstens 1 kHz ist es im Ergebnis möglich, Partikelagglomerate für den Eintritt in den Düsenspalt zu verkleinern oder mit Hilfe von Scherkräften in der Strömung auf zubrechen. Gleiches gilt für das Anwachsen von Agglomeraten und die Entstehung von Sedimentationszonen. Durch die Vibrationseinrichtung ist es somit möglich, diese Energieanteile zu erhöhen, ohne dabei die Prozessstabilität der Beschichtung zu beeinflussen. Im Ergebnis kann die Beschichtung unterbrechungsfrei und damit mit gleichbleibender Qualität erfolgen. Eine zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass die Vibrationseinrichtung dazu aus gebildet ist, den Düsenkörper mit einer unteren Grenzfrequenz von wenigstens 1 Hz anzuregen. Der von der Vibrationseinrichtung genutzte Frequenzbereich liegt damit zwischen 1 Hz und 1kHz. Ein bevorzugter Frequenzbereich liegt in einer Größen ordnung zwischen 60 Hz und 70 Hz. Die gewählte Frequenz kann abhängig von As pekten der Breitschlitzdüse sowie den Eigenschaften des Beschichtungsfluids, insbe sondere der Partikeleigenschaften (Größe und/oder Partikelgrößenverteilung) und deren Konzentrationen sein. Dichteunterschiede der Partikel in der Flüssigkeit und Adhäsionskräfte zwischen Partikeln selbst und den Innenwänden der Düse bestim men die Vorgänge stark. Die geeignete Frequenz kann dabei für unterschiedliche Arten und/oder Zusammensetzungen von Beschichtungsfluiden unterschiedlich sein. Die für ein jeweiliges Beschichtungsfluid geeignete Frequenz kann insbesondere durch Versuche ausfindig gemacht werden. Weitere Parameter, welche die optimale Frequenz oder den optimalen Frequenzbereich beeinflussen können, sind darüber hinaus die Position der Vibrationseinheit auf der Düse, die lokalen Strömungsbedin gungen und die Auftragsmethode mit der Breitschlitzdüse. Auch die Gestalt des Dü senspalts kann die optimale Frequenz beeinflussen. In order to suppress the agglomeration and / or tendency to sediment, sufficiently high kinetic energy is entered into the slot nozzle and thus the coating fluid contained therein by the vibration device, which works with comparatively low frequencies. This makes it possible to stabilize the fluid through the additional exchange of momentum and to homogenize it in connection with the flow. As a result of the vibrations in the frequency range of at most 1 kHz, it is possible to reduce particle agglomerates for entry into the nozzle gap or to break them open with the aid of shear forces in the flow. The same applies to the growth of agglomerates and the formation of sedimentation zones. The vibration device thus makes it possible to increase these energy components without affecting the process stability of the coating. As a result, the coating can take place without interruption and thus with consistent quality. An expedient embodiment provides that the vibration device is designed to excite the nozzle body with a lower limit frequency of at least 1 Hz. The frequency range used by the vibration device is between 1 Hz and 1 kHz. A preferred frequency range is in the order of magnitude between 60 Hz and 70 Hz. The selected frequency can be dependent on aspects of the slot nozzle and the properties of the coating fluid, in particular the particle properties (size and / or particle size distribution) and their concentrations. Differences in density of the particles in the liquid and adhesion forces between the particles themselves and the inner walls of the nozzle determine the processes to a great extent. The suitable frequency can be different for different types and / or compositions of coating fluids. The frequency that is suitable for a particular coating fluid can be found in particular through experiments. Other parameters that can influence the optimal frequency or the optimal frequency range are the position of the vibration unit on the nozzle, the local flow conditions and the application method with the slot nozzle. The shape of the nozzle gap can also influence the optimal frequency.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass die mechanische Amplitude der Vibrationseinrichtung im Verhältnis zum Nenndurchmesser der in dem Fluid enthaltenen Partikel größer oder gleich 0,1 ist. Insbesondere ist es zweckmäßig, wenn die mechanische Amplitude der Vibrationseinrichtung höchstens 5 mm beträgt. Bei Partikelgrößenverteilungen kann eine Amplitude für den größten Partikeldurch messer umfassend bestimmt werden. Als Amplitude wird hierbei eine volle Schwin gungslänge der Vibrationseinrichtung vom einem Ende zum anderen Ende bezeich net (Peak-to-Peak). Dies schließt die Wahl kleinerer Amplituden entsprechend des Partikelgrößenverteilungsbereichs aber nicht von der Anwendung des Verfahrens prinzips aus, da eine Anregung von Partikelfraktionen ebenso den Zweck erfüllen kann. Die mechanische Amplitude der Vibrationseinrichtung ist stark abhängig von Gestalt, Halterung und Masse der Breitschlitzdüse. Insbesondere ergeben sich orts- und frequenzabhängige Amplituden im Düsenkörper. Eine geeignete mechanische Amplitude wird zudem durch die Notwendigkeit eines fehlerfreien Auftrages auf dem sich relativ zur Düse bewegten Substrat begrenzt. Die geeignete mechanische Amplitude kann beispielsweise durch Versuche ausfindig gemacht werden. Another useful embodiment provides that the mechanical amplitude of the vibration device in relation to the nominal diameter of the particles contained in the fluid is greater than or equal to 0.1. In particular, it is useful if the mechanical amplitude of the vibration device is at most 5 mm. In the case of particle size distributions, an amplitude for the largest particle diameter can be determined comprehensively. The amplitude here is a full oscillation length of the vibration device from one end to the other end (peak-to-peak). However, this does not exclude the choice of smaller amplitudes according to the particle size distribution range from the application of the principle of the method, since an excitation of particle fractions can also serve the purpose. The mechanical amplitude of the vibration device is strongly dependent on the shape, mounting and mass of the slot nozzle. In particular, there are location and frequency-dependent amplitudes in the nozzle body. A suitable mechanical The amplitude is also limited by the need for an error-free application on the substrate moving relative to the nozzle. The suitable mechanical amplitude can be found, for example, through experiments.
Folgende Überlegungen können dabei berücksichtigt werden: Die mechanische Amplitude der Vibrationseinrichtung ist proportional zu den maximalen Beschleuni gungskräften, die ihrerseits in etwa proportional zu den auf die Partikel wirkenden Kräften ist. Je höher die Beschleunigung ist, desto besser ist die beabsichtigte Wir kung. Das Kriterium in nachfolgender Gleichung ist eine entdimensionierte Darstel lung der Beschleunigung mit Bezug auf die Erdbeschleunigung g. Der Wert 100 wird als zweckmäßige Obergrenze angesehen. The following considerations can be taken into account: The mechanical amplitude of the vibration device is proportional to the maximum acceleration forces, which in turn is approximately proportional to the forces acting on the particles. The higher the acceleration, the better the intended effect. The criterion in the following equation is a de-dimensioned representation of the acceleration with reference to the acceleration due to gravity g. The value 100 is seen as an appropriate upper limit.
In Verbindung mit der Gleichung für die Beschleunigung a = x(t) x(t) = —4Än2f2 sin (2 nft) kann der obere Grenzwert für die maximale Amplitude der Vibrationseinrichtung bestimmt werden. Maximal wird der Wert für sin =1 bzw. -1, dort ist die Maximal- Beschleunigung amax = 4 Ap2 f2. Ä ist hierbei die Hälfte der Peak-to-Peak- Amplitude, / die Frequenz, mit der die Vibrationseinrichtung betrieben wird. In connection with the equation for the acceleration a = x (t) x (t) = −4Än 2 f 2 sin (2 nft), the upper limit value for the maximum amplitude of the vibration device can be determined. The maximum is the value for sin = 1 or -1, there the maximum acceleration a max = 4 Ap 2 f 2 . Ä is here half the peak-to-peak amplitude / the frequency with which the vibration device is operated.
Der Einsatz der Vibrationseinheit ermöglicht unter den gegebenen Bedingungen den Faktor zwischen maximaler Partikelgröße und wählbarem Düsenspalt zu minimieren. Damit ist es möglich, größere Partikelfraktionen einzusetzen, ohne den gleichmäßi gen Auftrag der Breitschlitzdüse zu gefährden. Die Vibrationen homogenisieren das Fließverhalten und stabilisieren den Fluidzustand und ermöglichen somit eine besse re Verarbeitung und Prozessstabilität. Zudem kann der Einfluss der Fertigungstole ranzen der Düseninnenflächen auf den Strömungsvorgang durch die Schwingung gemindert werden. Somit lässt sich die Homogenität des Nassfilms des Beschich- tungsfluids in der Breite und Länge durch die eingebrachten mechanischen Schwin gungen realisieren oder optimieren. The use of the vibration unit enables the factor between the maximum particle size and the selectable nozzle gap to be minimized under the given conditions. This makes it possible to use larger particle fractions without endangering the uniform application of the slot nozzle. The vibrations homogenize the flow behavior and stabilize the state of the fluid, thus enabling better processing and process stability. In addition, the influence of the manufacturing tolerances of the inner nozzle surfaces on the flow process can be reduced by the vibration. This allows the homogeneity of the wet film of the coating Realize or optimize processing fluids in width and length through the introduced mechanical vibrations.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die mechanische Amplitude der Vibrationseinrichtung in einer der Transportrichtung des Substrats entsprechenden Richtung auf den Düsenkörper wirkt. Alternativ oder zusätzlich kann die mechanische Amplitude der Vibrationseinrichtung in Hauptströmungsrichtung (d.h. in Höhenrichtung) und ferner entlang des Düsenkörpers (d.h. in seiner Breiten richtung) wirken. Eine Schwingung mit mechanischen Amplituden in eine oder meh rere Raumrichtungen reduziert oder verhindert die Bildung von Agglomeraten und/oder Sedimentationszonen im Fluid oder an den Düseninnenflächen. Damit kön nen Beschichtungsfehler und das Zusetzen des Düsenspaltes verhindert werden. In an expedient embodiment it is provided that the mechanical amplitude of the vibration device acts on the nozzle body in a direction corresponding to the transport direction of the substrate. Alternatively or additionally, the mechanical amplitude of the vibration device can act in the main flow direction (i.e. in the vertical direction) and further along the nozzle body (i.e. in its width direction). An oscillation with mechanical amplitudes in one or more spatial directions reduces or prevents the formation of agglomerates and / or sedimentation zones in the fluid or on the inner surfaces of the nozzle. In this way, coating errors and the clogging of the nozzle gap can be prevented.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass mit Hilfe der beschriebenen Breitschlitzdüse ein strukturviskoses Beschichtungsfluid auf das Substrat aufgebracht wird. Nahezu alle Beschichtungsfluide, insbesondere mit Partikeln, weisen ein soge nanntes strukturviskoses Verhalten auf. Dies meint, dass die Viskosität keine Stoff- konstante ist, sondern neben Druck und Temperatur außerdem von der Scherung und der Dauer einer Scherung abhängt. Charakteristisch für ein strukturviskoses Verhal ten ist ein zunehmendes Sinken der Viskosität mit einsetzender Scherung. Der Ver lauf der Viskosität in Abhängigkeit der Scherung ist darüber hinaus unterschiedlich. Es kann sich eine Grenzviskosität einstellen, aber auch lokale Maxima und eine star ke Zunahme der Viskosität sind möglich. Dieses zum Teil empfindliche Fluidverhal ten kann im Zusammenspiel mit der Fertigungsgenauigkeit der Düse, insbesondere der Düseninnenflächen und der Düsenlippe, die Querverteilung des Fluids in der Breitschlitzdüse nachteilig beeinflussen. Der Einsatz der Vibrationseinrichtung wirkt homogenisierend und stabilisierend auf das Fluid. Dadurch wird zum Beispiel die Einlauflänge und lokale Grenzschicht im Düsenspalt reduziert. Die Strömungsbedin gungen sind somit im Querschnitt homogener. Der Einfluss der Fertigungsgenauig keit auf die Gleichverteilung kann so abhängig vom Anwendungsfall reduziert wer- den. In der Folge ist grundsätzlich bei gleicher Fertigungsgenauigkeit eine Verbesse rung der Querverteilung ermöglicht. A further expedient embodiment provides that a pseudoplastic coating fluid is applied to the substrate with the aid of the wide slot nozzle described. Almost all coating fluids, especially those with particles, have what is known as pseudoplastic behavior. This means that the viscosity is not a material constant, but rather depends not only on pressure and temperature but also on the shear and the duration of a shear. A characteristic of pseudoplastic behavior is an increasing decrease in viscosity with the onset of shear. The course of the viscosity as a function of the shear is also different. A limiting viscosity can be established, but local maxima and a strong increase in viscosity are also possible. This sometimes sensitive Fluidverhal th can, in conjunction with the manufacturing accuracy of the nozzle, in particular the nozzle inner surfaces and the nozzle lip, adversely affect the lateral distribution of the fluid in the slot nozzle. The use of the vibration device has a homogenizing and stabilizing effect on the fluid. This reduces the inlet length and local boundary layer in the nozzle gap, for example. The flow conditions are therefore more homogeneous in cross-section. The influence of the manufacturing accuracy on the uniform distribution can thus be reduced depending on the application. the. As a result, an improvement in the lateral distribution is basically made possible with the same manufacturing accuracy.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung weist der Düsenspalt in einer Breitenrichtung, die sich quer zu der Transportrichtung erstreckt, eine Breite zwi schen 10 mm und 5 m auf. Der Düsenspalt weist dabei vorzugsweise eine ausschließ lich lineare, d.h. gerade, Erstreckung auf, kann aber beispielsweise in der Breiten richtung, die sich quer zu der Transportrichtung erstreckt, gebogen ausgeführt sein. According to a further expedient embodiment, the nozzle gap has a width between 10 mm and 5 m in a width direction which extends transversely to the transport direction. The nozzle gap preferably has an exclusively linear, i.e. straight, extension, but can, for example, be curved in the width direction which extends transversely to the transport direction.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung weist der Düsenspalt eine Schlitz breite zwischen 10 pm und 2,5 mm auf. Die Schlitzbreite wird insbesondere abhän gig von der Größe der in dem Beschichtungsfluid enthaltenen Partikel gewählt. Der Nenndurchmesser der Partikel hat grundsätzlich kleiner als die gewählte Schlitzbreite zu sein. Rechnerisch ergibt sich so bei einer Schlitzbreite von 200 pm eine maximale Partikelgröße von 200pm. In der Praxis müssen die Partikel aber kleiner sein, da es sonst zu einer sofortigen Verstopfung der Düse kommen würde. Die beschriebene Vibrationseinheit ermöglicht die Toleranz für große Partikel und hohe Partikelkon zentrationen zu verbessern. In a further expedient embodiment, the nozzle gap has a slot width between 10 μm and 2.5 mm. The slot width is selected in particular as a function of the size of the particles contained in the coating fluid. The nominal diameter of the particles has to be smaller than the selected slot width. Mathematically, a slot width of 200 μm results in a maximum particle size of 200 μm. In practice, however, the particles have to be smaller, otherwise the nozzle would clog immediately. The vibration unit described enables the tolerance for large particles and high particle concentrations to be improved.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass eine Befestigungsvorrich tung der Breitschlitzdüse, mit der der Düsenkörper mechanisch festverbunden ist, über Dämpferelemente gelagert ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass die von der Vib rationseinrichtung erzeugten Schwingungen in der gewünschten Weise ausschließ lich oder weitgehend auf den Düsenkörper und das darin befindliche Beschichtungs fluid wirken können. Another useful embodiment provides that a fastening device of the slot nozzle, with which the nozzle body is mechanically firmly connected, is mounted via damper elements. This ensures that the vibrations generated by the vibration device can act in the desired manner exclusively or largely on the nozzle body and the coating fluid located therein.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Breitschlitzdüse gemäß einer oder mehrerer Ausgestaltungen vorge schlagen. Dabei erfolgt ein Ansteuern der Vibrationseinrichtung derart, dass der Dü senkörper mit einer oberen Grenzfrequenz von höchstens einem kHz angeregt wird. Das Verfahren weist die gleichen Vorteile auf, wie diese vorstehend in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben wurden. According to a second aspect of the present invention, a method for operating a slot nozzle according to one or more configurations is proposed. The vibration device is controlled in such a way that the nozzle body is excited with an upper limit frequency of at most one kHz. The method has the same advantages as those described above in connection with the device according to the invention.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird der Düsenkörper mit einer unteren Grenzfrequenz von wenigstens 1 Hz angeregt. In an expedient embodiment, the nozzle body is excited with a lower limit frequency of at least 1 Hz.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung wird die mechanische Amplitude der Vibrationseinrichtung im Verhältnis zum Nenndurchmesser der in dem Fluid enthal tenen Partikel größer oder gleich 0,1 gewählt. Insbesondere wird die mechanische Amplitude der Vibrationseinrichtung derart gewählt, dass sie höchstens 5 mm be trägt. In a further advantageous embodiment, the mechanical amplitude of the vibration device in relation to the nominal diameter of the particles contained in the fluid is selected to be greater than or equal to 0.1. In particular, the mechanical amplitude of the vibration device is selected in such a way that it carries a maximum of 5 mm.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug nahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen: Further features and advantages of the invention are described below with reference to the drawing. Show it:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfmdungsgemäße Breitschlitzdüse, die an einer Befestigungsvorrichtung gelagert ist; 1 shows a section through a slot nozzle according to the invention, which is mounted on a fastening device;
Fig. 2 eine Seitenansicht der in Fig. 1 dargestellten Breitschlitzdüse; FIG. 2 is a side view of the slot nozzle shown in FIG. 1; FIG.
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III durch die in Fig. 2 gezeigte Breit schlitzdüse, wobei eine Vibrationseinrichtung mechanisch mit der Breit schlitzdüse verbunden ist; und 3 shows a section along the line III-III through the wide slot nozzle shown in FIG. 2, a vibration device being mechanically connected to the wide slot nozzle; and
Fig. 4 einen Teilschnitt durch die Befestigungsvorrichtung der Breitschlitzdüse gemäß Fig. 2. FIG. 4 shows a partial section through the fastening device of the slot die according to FIG. 2.
Fig. 1 zeigt eine erfmdungsgemäße Breitschlitzdüse 1 zum Applizieren eines mit Partikeln versehenen Fluids auf ein Substrat 20, das unterhalb der Breitschlitzdüse 1 angeordnet ist. Der Abstand zwischen dem Substrat 20 und der Breitschlitzdüse 1 sowie die Komponenten der Breitschlitzdüse 1 sind aus zeichnerischen Gründen nicht maßstabsgerecht dargestellt. Das Fluid wird nachfolgend als Beschichtungsflu id bezeichnet. Neben der Breitschlitzdüse 1 ist ein Koordinatensystem dargestellt, in der q eine Querrichtung, h eine Höhenrichtung und b eine Breitenrichtung der Breit schlitzdüse 1 bezeichnen. Die Querrichtung q verläuft dabei in einer Richtung, die einer Transportrichtung TR des Substrats 20 entspricht. Die Breitenrichtung b ver läuft in einer durch die Quer- und Breitenrichtung definierten Ebene quer zur Trans portrichtung TR. 1 shows a slot nozzle 1 according to the invention for applying a fluid provided with particles to a substrate 20 which is arranged below the slot nozzle 1. The distance between the substrate 20 and the slot nozzle 1 and the components of the slot nozzle 1 are for reasons of the drawing not shown to scale. The fluid is referred to below as the coating fluid. In addition to the slot nozzle 1, a coordinate system is shown in which q denotes a transverse direction, h denotes a height direction and b denotes a width direction of the slot nozzle 1. The transverse direction q runs in a direction which corresponds to a transport direction TR of the substrate 20. The width direction b ver runs in a plane defined by the transverse and width directions transverse to the transport direction TR.
Das Beschichtungsfluid enthält eine oder mehrere unterschiedliche Flüssigkeiten, z.B. ein oder mehrere Lösungsmittel, und ein oder mehrere partikelförmige Feststof fe. Partikelkonzentration, -große, -dichte und -gestalt in dem Beschichtungsfluid sind entsprechend einer vorliegenden Anwendung gewählt. Häufig anzutreffende Anwen dungsfälle sind am Ende der Beschreibung dargestellt. The coating fluid contains one or more different liquids, e.g., one or more solvents, and one or more particulate solids. Particle concentration, size, density and shape in the coating fluid are selected according to a present application. Frequently encountered use cases are shown at the end of the description.
Die Breitschlitzdüse 1 umfasst einen Düsenkörper 2, der beispielhaft aus zwei Dü senhälften 3, 4 gebildet ist. Zwischen den Düsenhälften 3, 4 ist eine Düseninnen- kammer 6 gebildet, die in der gezeigten Querschnittsdarstellung lediglich beispiel haft die Gestalt eines Kreises aufweist. Zwischen den Düsenhälften 3, 4 ist eine Dü senfolie 5 vorgegebener Dicke angeordnet. Diese legt die Schlitzbreite eines Düsen spaltes 7 im unteren Bereich des Düsenkörpers 2 zwischen gegenüberliegenden Wänden 7a, 7b jeweiliger Düsenhälften 3, 4 fest und umschließt zusammen mit den Düsenhälften 3, 4 das in der Düseninnerkammer 6 befindliche Fluid. Die Düsenfolie 5 weist eine Aussparung für die Düseninnenkammer 6 und den Düsenspalt 7 entspre chend der geforderten Beschichtungsbreite in die Breitenrichtung b auf. Die Schlitz breite des Düsenspalts 7 entspricht somit der Dicke der Düsenfolie 5. Die Schlitz breite wird im Anwendungsfall so gewählt, dass die Breitschlitzdüse im Wesentli chen durch ausreichenden Druckverlust des Düsenspaltes die gewünschte Gleichver teilung ermöglicht. Die minimale Düsenspaltbreite ist jedoch durch im Fluid vorlie gende Partikel limitiert. Dabei ist die Schlitzbreite immer mindestens geringfügig größer als die Partikelgröße der in dem Beschichtungsfluid enthaltenen Partikel. Vorzugsweise weist der Düsenspalt 7 eine Schlitzbreite zwischen 10 pm und 2,5 mm auf. The slot nozzle 1 comprises a nozzle body 2, which is formed, for example, from two nozzle halves 3, 4. A nozzle inner chamber 6 is formed between the nozzle halves 3, 4, which in the cross-sectional representation shown has the shape of a circle, merely by way of example. Between the nozzle halves 3, 4, a nozzle film 5 of a predetermined thickness is arranged. This defines the slot width of a nozzle gap 7 in the lower region of the nozzle body 2 between opposing walls 7a, 7b of the respective nozzle halves 3, 4 and, together with the nozzle halves 3, 4, encloses the fluid in the nozzle interior chamber 6. The nozzle film 5 has a recess for the nozzle inner chamber 6 and the nozzle gap 7 accordingly to the required coating width in the width direction b. The slot width of the nozzle gap 7 thus corresponds to the thickness of the nozzle film 5. The slot width is selected in the application so that the slot nozzle essentially enables the desired uniform distribution through sufficient pressure loss of the nozzle gap. However, the minimum nozzle gap width is limited by the particles in the fluid. The slot width is always at least slightly larger than the particle size of the particles contained in the coating fluid. The nozzle gap 7 preferably has a slot width between 10 μm and 2.5 mm.
Das im Inneren der Düseninnenkammer 6 befindliche Beschichtungsfluid, das über einen oder mehrere nicht explizit dargestellte Zuläufe gefördert wird, ist über eine Düsenspaltöffnung 7L auf ein relativ zu der Breitschlitzdüse 1 in der Transportrich tung TR bewegtes Substrat 20 abgebbar. Das Substrat 20 ist ein flächiges Substrat, z.B. eine Folie aus Kunststoff, Aluminium oder Papier oder einem anderen zu be schichtenden Material. Der Abstand zwischen dem Substrat 20 und einer Düsenlippe 9, die der zu beschichtenden Seite des Substrats 20 zugewandt ist, kann zwischen wenigen Micrometern und einigen Zentimetern betragen. The coating fluid located in the interior of the nozzle inner chamber 6, which is conveyed via one or more not explicitly shown inlets, can be dispensed via a nozzle gap opening 7L onto a substrate 20 moved relative to the slot nozzle 1 in the transport direction TR. The substrate 20 is a flat substrate, for example a film made of plastic, aluminum or paper or another material to be coated. The distance between the substrate 20 and a nozzle lip 9, which faces the side of the substrate 20 to be coated, can be between a few micrometers and a few centimeters.
Der Düsenspalt 7 kann, abhängig von der gewählten Anwendung, in der Breitenrich tung b eine Breite zwischen 10 mm und 5 m aufweisen. The nozzle gap 7 can, depending on the selected application, have a width between 10 mm and 5 m in the width direction b.
Die Wahl des Düsenspaltes 7, im Wesentlichen der Spaltlänge (d.h. der Länge, die das Fluid von der Innenkammer bis zum Austritt benötigt) und der Spaltbreite, hängt vom Beschichtungsfluid und den gewünschten Prozess- und Betriebsbedingungen ab. An der Austrittsstelle zwischen den beiden Düsenlippen 9 und dem Substrat 20 wird das Beschichtungsfluid appliziert. Für einen gewählten Betriebspunkt kann so über wiegend durch die viskosen Kräfte verursacht eine Gleichverteilung mit einer Breit schlitzdüse erreicht werden. Der dabei anfallende Druckverlust entsteht zu einem großen Teil durch das Durchströmen des Düsenspalts 7, was zu großen Druckkräften von innen auf den Düsenkörper führt. Dieser Druckverlust wird gezielt eingestellt, um eine Gleichverteilung zu erreichen, ist aber technisch durch die Elastizitätswerte der Werkstoffe des Düsenkörpers begrenzt. Zu hohe Viskositäten können so zu einer Durchbiegung des Düsenspaltes führen und in der Folge eine Beeinflussung der Gleichverteilung ergeben. The choice of the nozzle gap 7, essentially the gap length (i.e. the length that the fluid requires from the inner chamber to the outlet) and the gap width, depends on the coating fluid and the desired process and operating conditions. The coating fluid is applied at the exit point between the two nozzle lips 9 and the substrate 20. For a selected operating point, a uniform distribution can be achieved with a slot nozzle, mainly caused by the viscous forces. The resulting pressure loss is largely caused by the flow through the nozzle gap 7, which leads to great pressure forces from the inside on the nozzle body. This pressure loss is set in a targeted manner in order to achieve uniform distribution, but is technically limited by the elasticity values of the materials of the nozzle body. Viscosities that are too high can lead to a deflection of the nozzle gap and consequently affect the uniform distribution.
Der Düsenkörper 2 ist mechanisch mit einer Befestigungsvorrichtung 10 verbunden. Die Befestigungsvorrichtung 10 umfasst ein erstes Halteelement 11 und ein zweites Halteelement 12. Das erste Halteelement 11 weist einen Haltefortsatz 11F auf. Das zweite Halteelement 12 weist einen dazu korrespondierenden Eingriffsfortsatz 12F auf. Das zweite Halteelement 12 ist mechanisch beispielhaft mit der Düsenhälfte 4 verbunden. Über den Eingriffsfortsatz 12F kann das zweite Halteelement mit dem daran befestigten Düsenkörper 2 in Eingriff mit dem ersten Halteelement 11 gebracht werden. Über ein Fixierelement 13, das den Eingriffsfortsatz 12F und den Haltefort satz 11F verspannt, werden das erste und das zweite Halteelement 11, 12 mechanisch miteinander verbunden. Die abgebildete Halterung ist lediglich beispielhaft somit als ein sogenannter Schwalbenschwanz ausgebildet. Welche Halterung tatsächlich ge wählt wird, ist nicht näher festgelegt. The nozzle body 2 is mechanically connected to a fastening device 10. The fastening device 10 comprises a first holding element 11 and a second Holding element 12. The first holding element 11 has a holding extension 11F. The second holding element 12 has a corresponding engagement extension 12F. The second holding element 12 is mechanically connected to the nozzle half 4 by way of example. The second holding element with the nozzle body 2 attached to it can be brought into engagement with the first holding element 11 via the engagement extension 12F. The first and second holding elements 11, 12 are mechanically connected to one another via a fixing element 13, which braces the engagement extension 12F and the holding extension 11F. The holder shown is therefore designed as a so-called dovetail only by way of example. Which bracket is actually chosen is not specified.
Um eine Übertragung von Vibrationen durch eine nachfolgend näher beschriebene Vibrationseinrichtung 16 von dem zweiten Halteelement 12 auf das erste Halteele ment 11 zu unterbinden, sind zwischen dem ersten Halteelement 11 und dem zweiten Halteelement 12 ein Dämpferelement 14 und zwischen dem zweiten Halteelement 12 und dem Fixierelement 13 ein Dämpferelement 15 vorgesehen. In order to prevent a transmission of vibrations by a vibration device 16, described in more detail below, from the second holding element 12 to the first holding element 11, a damper element 14 is located between the first holding element 11 and the second holding element 12 and between the second holding element 12 and the fixing element 13 a damper element 15 is provided.
In den Fig. 2 bis Fig. 4, die unterschiedliche Details der in Fig. 1 gezeigten Breit schlitzdüse 1 darstellen, ist jeweils die Vibrationseinrichtung 16 dargestellt, die me chanisch mit dem Düsenkörper 2 gekoppelt ist. Die beispielsweise mit Druckluft, hydraulisch oder elektrisch betriebene Vibrationseinrichtung 16 ist auf einer von dem Düsenspalt 7 abgewandten Seite des Düsenkörpers 2 angeordnet. Die mechanische Befestigung kann beispielsweise über Schrauben und dergleichen erfolgen. In FIGS. 2 to 4, which show different details of the wide slot nozzle 1 shown in FIG. 1, the vibration device 16 is shown, which is mechanically coupled to the nozzle body 2. The vibration device 16, operated for example with compressed air, hydraulically or electrically, is arranged on a side of the nozzle body 2 facing away from the nozzle gap 7. The mechanical fastening can take place, for example, using screws and the like.
Die Vibrationseinrichtung 16 ist dazu ausgebildet, dem Düsenkörper 2 und damit den Düsenspalt 7 und das in der Düseninnenkammer 6 befindliche Beschichtungsfluid in Schwingung zu versetzen. Die Vibrationseinrichtung 16 ist dabei derart ausgestaltet, dass diese mechanische Amplitude vornehmlich in Querrichtung q und Höhenrich tung h des Düsenkörpers 2 erzeugt. Alternativ oder zusätzlich kann eine mechanische Amplitude durch die Vibrationseinrichtung auch in der Breitenrichtung b des Düsen körpers 2 erzeugt werden. Vorzugsweise wird die Vibrationseinrichtung 16 derart ausgestaltet und betrieben, dass die mechanische Amplitude sowohl in Querrichtung q als auch in Höhenrichtung h wirkt. The vibration device 16 is designed to set the nozzle body 2 and thus the nozzle gap 7 and the coating fluid located in the nozzle inner chamber 6 in vibration. The vibration device 16 is designed in such a way that this mechanical amplitude is generated primarily in the transverse direction q and height direction h of the nozzle body 2. Alternatively or additionally, a mechanical amplitude can also be generated by the vibration device in the width direction b of the nozzle body 2. Preferably, the vibration device 16 is such designed and operated that the mechanical amplitude acts both in the transverse direction q and in the height direction h.
Die mechanische Amplitude der Vibrationseinrichtung 16 ist im Verhältnis zum Nenndurchmesser der in dem Fluid enthaltenen Partikel größer oder gleich 0,1. Vor zugsweise beträgt die mechanische Amplitude der Vibrationseinrichtung 16 höchs tens 5 mm. Bei Partikelgrößenverteilungen kann die Amplitude mit dem größten Partikeldurchmesser bestimmt werden. Dies schließt die Wahl kleinerer Amplituden entsprechend des Partikelgrößenverteilungsbereichs aber nicht von der Anwendung des Verfahrensprinzips aus, da eine Anregung von Partikelfraktionen ebenso den Zweck erfüllen kann. Dabei wird die Vibrationseinrichtung mit einer Frequenz in einem Bereich zwischen 1 Hz und 1 kHz betrieben. Die optimale Frequenz und die genaue mechanische Auslenkung einer Anwendung hängen von einer Vielzahl an Parametern ab. Die Gestalt und der Werkstoff der Breitschlitzdüse 1, die Form des Düseninnenkammer 6 und des Düsenspaltes 7, das Beschichtungsfluid und dessen Strömung spielen eine Rolle. Die Auftragsstelle an der Düsenspaltöffnung 7L und die beiden Düsenlippen 9 werden typischerweise bei der Beschichtung mit dem Be schichtungsfluid benetzt. Im Zusammenspiel mit der Relativgeschwindigkeit des Substrates 20 entsteht so ein dem Düsenspalt vorgelagertes Fluidkontingent, dass durch den Kontakt mit der Düsenlippe 9 umschlossen und ebenfalls angeregt wird und somit den Prozess ebenfalls bestimmt. The mechanical amplitude of the vibration device 16 is greater than or equal to 0.1 in relation to the nominal diameter of the particles contained in the fluid. The mechanical amplitude of the vibration device 16 is preferably at most 5 mm. In the case of particle size distributions, the amplitude with the largest particle diameter can be determined. However, this does not exclude the choice of smaller amplitudes in accordance with the particle size distribution range from the application of the method principle, since the excitation of particle fractions can also serve the purpose. The vibration device is operated with a frequency in a range between 1 Hz and 1 kHz. The optimal frequency and the exact mechanical deflection of an application depend on a large number of parameters. The shape and material of the slot nozzle 1, the shape of the nozzle inner chamber 6 and the nozzle gap 7, the coating fluid and its flow play a role. The application site at the nozzle gap opening 7L and the two nozzle lips 9 are typically wetted with the coating fluid during coating. In interaction with the relative speed of the substrate 20, a fluid contingent is created upstream of the nozzle gap that is enclosed and also stimulated by the contact with the nozzle lip 9 and thus also determines the process.
Durch die Vibrationseinrichtung 16 wird kinetische Energie mittels mechanischer Amplituden in den Düsenkörper 2 und das Beschichtungsfluid eingebracht. Damit ist es möglich, durch den zusätzlichen Impulsaustausch das Fluid zu stabilisieren und im Zusammenhang mit der Strömung zu homogenisieren. Des Weiteren können Agglo- merate der in dem Beschichtungsfluid enthaltenen Partikel aufgebrochen und Sedi mentationszonen in der Düseninnenkammer 6 können vermieden werden. Ebenso kann durch die eingebrachte kinetische Energie das Anwachsen von Partikelagglo- meraten vermieden werden. Durch die Vibrationseinrichtung 16 ist es damit möglich, die kinetischen Energieanteile zu erhöhen, ohne die Prozessstabilität des Beschich tungsprozesses maßgeblich zu beeinflussen. The vibration device 16 introduces kinetic energy into the nozzle body 2 and the coating fluid by means of mechanical amplitudes. This makes it possible to stabilize the fluid through the additional exchange of momentum and to homogenize it in connection with the flow. Furthermore, agglomerates of the particles contained in the coating fluid can be broken up and sedimentation zones in the nozzle inner chamber 6 can be avoided. The growth of particle agglomerates can also be avoided by the introduced kinetic energy. The vibration device 16 makes it possible to to increase the kinetic energy share without significantly influencing the process stability of the coating process.
Die Fig. 3 und Fig. 4 zeigen jeweils unterschiedliche partielle Schnitte durch die in Fig. 2 dargestellte Breitschlitzdüse 1. Während in Fig. 3 ein Schnitt durch den Dü senkörper 2 dargestellt ist (wobei in dieser Darstellung der Düsenspalt 7 nicht expli zit dargestellt ist), zeigt Fig. 4 einen Teilschnitt durch die Befestigungsvorrichtung 10, wobei der Düsenkörper 2 ungeschnitten dargestellt ist. FIGS. 3 and 4 each show different partial sections through the slot nozzle 1 shown in FIG. 2. While FIG. 3 shows a section through the nozzle body 2 (in this illustration the nozzle gap 7 is not shown explicitly ), Fig. 4 shows a partial section through the fastening device 10, the nozzle body 2 being shown uncut.
Die prozesstechnische Grundlage des gleichmäßigen vollflächigen Auftrags des Be schichtungsfluids mit Hilfe der Breitschlitzdüse 1 ist der im Düsenspalt 7 erzeugte Druckverlust. Der Druckverlust entsteht im Wesentlichen durch den Düsenspalt 7, der Verbindung der Düseninnenkammer 6 mit der Düsenspaltöffnung 7L und die Austrittstelle des Beschichtungsfluids aus der Düsenspaltöffnung 7L. Der Druckver lust für eine ausreichende Gleichverteilung auf dem Substrat 20 kann durch die Auswahl der Düsenfolie 5, deren Dicke gleichbedeutend mit der Schlitzbreite des Austrittsspalts, d.h. der Düsenspaltöffnung 7L, ist, erreicht werden. Im Wesentlichen ist der Druckverlust durch die mechanische Durchbiegung der Breitschlitzdüse 1 aufgrund von Druckkräften limitiert. The process engineering basis of the uniform, full-surface application of the coating fluid with the aid of the slot nozzle 1 is the pressure loss generated in the nozzle gap 7. The pressure loss arises essentially through the nozzle gap 7, the connection of the nozzle inner chamber 6 with the nozzle gap opening 7L and the exit point of the coating fluid from the nozzle gap opening 7L. The pressure loss for a sufficient uniform distribution on the substrate 20 can be achieved by the selection of the nozzle film 5, the thickness of which is equivalent to the slot width of the outlet gap, i.e. the nozzle gap opening 7L. Essentially, the pressure loss due to the mechanical deflection of the slot nozzle 1 due to pressure forces is limited.
Das Erreichen eines ausreichend großen Druckverlusts und so einer guten Querver teilung bzw. Gleichmäßigkeit der auf dem Substrat 20 zu erzeugenden Schicht ergibt sich aus dem Zusammenhang aus gewünschter Auftragsgeschwindigkeit, den Stoff eigenschaften des Beschichtungsfluids und maßgeblich der Düsenspaltparameter. Durch den Einsatz der Vibrationseinheit 16 kann die Partikelgröße im Verhältnis zum Düsenspalt größer gewählt werden. Somit ist es möglich, für ein Beschichtungs fluid mit Partikeln kleinere Spaltdicken zu wählen. Eine Breitschlitzdüse ermöglicht damit einen größeren Bereich an realisierbaren Nassfilmdicken. Der Einsatz der Vib rationseinheit ergibt zudem einen Einfluss auf die Stabilität der Homogenität des Beschichtungsfluids, was den Bereich der erreichbaren Verarbeitungsgeschwindig keiten vergrößert. Die Vibrationen haben einen vergleichmäßigenden Einfluss auf die Bildung und Ausprägung der Grenzschicht im Düsenspalt, was im Zusammen hang mit der Prozessstabilität und der Fertigungsgenauigkeit des Düsenspalts der Breitschlitzdüse vorteilhaft ist. Die Homogenität des Nassfilms auf dem Substrat lässt sich in der Breite und Länge also durch die eingebrachten mechanischen Schwingungen zusätzlich zum Einfluss des Druckverlustes optimieren. Achieving a sufficiently large pressure loss and thus a good cross-distribution or uniformity of the layer to be produced on the substrate 20 results from the relationship between the desired application speed, the material properties of the coating fluid and the nozzle gap parameters. By using the vibration unit 16, the particle size can be selected to be larger in relation to the nozzle gap. It is thus possible to choose smaller gap thicknesses for a coating fluid with particles. A slot nozzle thus enables a larger range of realizable wet film thicknesses. The use of the vibration unit also has an influence on the stability of the homogeneity of the coating fluid, which increases the range of processing speeds that can be achieved. The vibrations have a balancing effect on the formation and shape of the boundary layer in the nozzle gap, which is advantageous in connection with the process stability and the manufacturing accuracy of the nozzle gap of the slot die. The homogeneity of the wet film on the substrate can be optimized in width and length by the mechanical vibrations introduced in addition to the influence of the pressure loss.
Es hat sich dabei herausgestellt, dass ein optimaler Auftrag des Beschichtungsfluids auf das Substrat 20 dadurch erzielt werden kann, dass die Frequenz der Strömung nicht im Ultraschallbereich, sondern deutlich darunter, vorzugsweise mit einer Ober grenze bei 1 kHz gewählt wird. Die eingestellte Frequenz, insbesondere in Verbin dung mit einer geeignet gewählten mechanischen Amplitude, ermöglicht einen Ein trag an kinetischer Energie in den Düsenkörper 2. Dies ermöglicht eine Verbesserung des Impulsaustausches im Beschichtungsfluid und wirkt damit im Zusammenspiel mit der Strömung homogenisierend und stabilisierend. Dieses Verhalten ermöglicht es, Sedimentationszonen zu reduzieren und/oder Partikelagglomerate für den Eintritt in den Düsenspalt 7 mit Unterstützung durch die Scherkräfte der Strömung aufzubre chen oder deren Bildung zu verhindern. It has been found that an optimal application of the coating fluid to the substrate 20 can be achieved that the frequency of the flow is not selected in the ultrasonic range, but significantly below, preferably with an upper limit of 1 kHz. The set frequency, in particular in conjunction with a suitably selected mechanical amplitude, enables kinetic energy to be introduced into the nozzle body 2. This enables the exchange of pulses in the coating fluid to be improved and thus has a homogenizing and stabilizing effect in conjunction with the flow. This behavior makes it possible to reduce sedimentation zones and / or particle agglomerates for entry into the nozzle gap 7 with the support of the shear forces of the flow or to prevent their formation.
Die oben beschriebene Düse kann in einer Vielzahl an unterschiedlichen Anwendun gen zum Einsatz kommen. Dabei wird vorzugsweise die Breitschlitzdüse allen Pro zess- und Betriebsbedingungen nach Möglichkeiten angepasst. Folgende Anwendun gen sind beispielhaft möglich: The nozzle described above can be used in a variety of different applications. The slot nozzle is preferably adapted to all process and operating conditions as far as possible. The following applications are possible, for example:
B atteri eher Stellung : B atteri rather position:
Mit Hilfe von Rolle-zu-Rolle-Anlagen mit integrierter Trocknung wird auf dünnen Kupfer- und Aluminiumfolien mit Dicken von ca. 100 pm Slurry beschichtet. Die das Substrat bildende Kupfer/ Aluminium -Folie wird über eine Walze geführt. Die Breitschlitzdüse wird mit Hilfe eines Auftragswerks an die Walze angestellt, z.B. in der sog. 9-Uhr-Position, wobei die Breitschlitzdüse horizontal und mittig an der Be schichtungswalze positioniert wird. Der Abstand liegt ca. beim Doppelten der Nass- filmdicke, was hohe Anforderungen an den Rundlauf der Walze, die Toleranzen der Düsenlippe und das Substrat stellt. Aufgetragen werden Batterieslurries bestehend aus Wasser oder Lösungsmittel, Kohlenstoffpartikel verschiedener Partikelgrößenbe reiche, Bindemittel, Viskositäts-Modifikatoren und Aktivmaterialien für die Batterie funktion. Die Feststoffmasseanteile der Fluide liegen typischerweise im Bereich von 30 % bis 60 %. Die Produktionsgeschwindigkeiten betragen ca. 10 m bis 100 m/min (Bahngeschwindigkeit). With the help of roll-to-roll systems with integrated drying, thin copper and aluminum foils with a thickness of approx. 100 μm are coated. The copper / aluminum foil forming the substrate is guided over a roller. The slot nozzle is placed against the roller with the help of an applicator, for example in the so-called 9 o'clock position, the slot nozzle being positioned horizontally and centrally on the coating roller. The distance is about twice the wet film thickness, which places high demands on the concentricity of the roller, the tolerances of the nozzle lip and the substrate. Battery slurries consisting of water or solvents, carbon particles of various particle sizes, binders, viscosity modifiers and active materials for the battery function are applied. The solid mass fractions of the fluids are typically in the range from 30% to 60%. The production speeds are approx. 10 m to 100 m / min (web speed).
Epoxid-Harz-UV -Lack- Anwendung : Epoxy resin UV lacquer application:
Mit Hilfe eines Beschichtungstisches werden als Sheets bezeichnete Substrate be schichtet. Die Düse wird vertikal in einem Auftragswerk montiert, wobei ein Austritt des Beschichtungsfluids nach unten gegeben ist. Es können auch Roboterarme zum Einsatz kommen, welche die Breitschlitzdüse bewegen. Die Substratmaterialien sind Kunststofffolien oder Glas. Nassfilmdicken liegen im Bereich von 10 pm. Die Be schichtungsmedien enthalten Harze, zum Teil flüchtige organische Lösemittel und häufiger Partikelanteile, z.B. optische Funktionsbeschichtungen. Die Verarbeitung erfolgt sequentiell, wobei eine Trocknung durch die dünnen Schichten ohne Trockner beispielsweise im Falle eines UV-Lackes durch eine UV-Lampe erfolgt. Die Produk tionsgeschwindigkeiten liegen im Bereich von 0,01 bis 5 m/min Relativgeschwin digkeit der Düse zum Substrat. Die Anforderungen an Auftragstoleranzen sind zum Teil sehr hoch. With the help of a coating table, substrates known as sheets are coated. The nozzle is mounted vertically in an applicator, with the coating fluid emerging downwards. Robotic arms can also be used to move the slot nozzle. The substrate materials are plastic films or glass. Wet film thicknesses are in the range of 10 μm. The coating media contain resins, some volatile organic solvents and more often particles, e.g. optical functional coatings. The processing takes place sequentially, drying through the thin layers without a dryer, for example in the case of a UV lacquer, using a UV lamp. The production speeds are in the range of 0.01 to 5 m / min relative speed of the nozzle to the substrate. The requirements for order tolerances are sometimes very high.
Anwendung im Vorhang: Application in the curtain:
Neben Verfahren, bei denen die Breitschlitzdüse sehr nahe am Substrat direkt be schichtet, gibt es die Möglichkeit, die Breitschlitzdüse bei einem hohen Massestrom zu betreiben, so dass sich an der Austrittsöffnung ein Vorhang bildet. Dieser Vor hang ist ein gleichmäßiger dünner fallender Flüssigkeitsfilm. Der Vorhang fällt auf das Substrat, welches durch den Vorhang bewegt wird. Es sind Abstände von mehr als 10 cm möglich. Charakteristisch für das Verfahren sind die durch die Vorhang- bildung ermöglichte schnelle Substratgeschwindigkeit und gute Querverteilungsei genschaften. Nassfilmdicken im Bereich von 50 gm und mehr sind möglich. Die Bildung und Stabilität eines Vorhanges wird durch die Fluidparameter bestimmt. In addition to processes in which the slot nozzle is coated very close to the substrate, there is the option of operating the slot nozzle at a high mass flow so that a curtain is formed at the outlet opening. This curtain is an even, thin, falling film of liquid. The curtain falls on the substrate, which is moved through the curtain. Distances of more than 10 cm are possible. Characteristic for the process are the curtain formation enabled fast substrate speed and good lateral distribution properties. Wet film thicknesses in the range of 50 gm and more are possible. The formation and stability of a curtain is determined by the fluid parameters.
B ezugszei chenli ste List of references
1 Breitschlitzdüse 1 slot nozzle
2 Düsenkörper 2 nozzle bodies
3 Düsenhälfte 3 nozzle half
4 Düsenhälfte 4 nozzle half
5 Düsenfolie (Folie) 5 nozzle foil (foil)
6 Düseninnenkammer6 inner nozzle chamber
7 Düsenspalt 7 nozzle gap
7a Wand (Spaltinnenwand)7a wall (gap inner wall)
7b Wand (Spaltinnenwand)7b wall (gap inner wall)
7L Düsenspaltöffnung 7L nozzle gap opening
9 Düsenlippe 9 nozzle lip
10 Befestigungsvorrichtung10 fastening device
11 erstes Halteelement 11 first holding element
11F Haltefortsatz 11F holding process
12 zweites Halteelement12 second holding element
12F Eingriffsfortsatz 12F process of intervention
13 Fixierelement 13 fixing element
14 Dämpferelement 14 damper element
15 Dämpferelement 15 damper element
16 Vibrationseinrichtung16 vibration device
20 Substrat 20 substrate
TR Transportrichtung b Breitenrichtung q Querrichtung h Höhenrichtung TR Transport direction b Width direction q Cross direction h Height direction

Claims

Patentansprüche Claims
1. Breitschlitzdüse zum Applizieren eines mit Partikeln versehenen Fluids, mit einem Düsenkörper (2), wobei der Düsenkörper (2) eine Düseninnenkammer (6) zur Aufnahme des mit Partikeln versehenen Fluids umfasst, und wobei das mit den Partikeln versehene Fluid über einen durch zwei Wände umgrenzten Düsen spalt (7) auf ein sich relativ zu der Breitschlitzdüse in einer Transportrichtung (TR) in Bewegung befindliches Substrat (20) abgebbar ist, sowie mit einer Vib rationseinrichtung (16), die mit dem Düsenkörper (2) mechanisch gekoppelt ist, um den Düsenspalt (7) und das in der Düseninnenkammer (6) befindliche und mit den Partikeln versehene Fluid in Schwingung zu versetzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vibrationseinrichtung (16) dazu ausgebildet ist, den Düsenkörper (2) mit ei ner oberen Grenzfrequenz von höchstens 1kHz anzuregen. 1. Wide slot nozzle for applying a fluid provided with particles, with a nozzle body (2), wherein the nozzle body (2) comprises an inner nozzle chamber (6) for receiving the fluid provided with particles, and wherein the fluid provided with the particles via one through two Walls delimited nozzle gap (7) can be dispensed onto a substrate (20) which is in motion relative to the slot nozzle in a transport direction (TR), as well as with a vibration device (16) which is mechanically coupled to the nozzle body (2), to set the nozzle gap (7) and the fluid located in the nozzle inner chamber (6) and provided with the particles in vibration, characterized in that the vibration device (16) is designed to operate the nozzle body (2) with an upper limit frequency of to excite at most 1kHz.
2. Breitschlitzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vibrations einrichtung (16) dazu ausgebildet ist, den Düsenkörper (2) mit einer unteren Grenzfrequenz von wenigstens 1 Hz anzuregen. 2. Wide slot nozzle according to claim 1, characterized in that the vibration device (16) is designed to excite the nozzle body (2) with a lower limit frequency of at least 1 Hz.
3. Breitschlitzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die me chanische Amplitude der Vibrationseinrichtung (16) im Verhältnis zum Nenn durchmesser der in dem Fluid enthaltenen Partikel größer oder gleich 0,1 ist. 3. slot nozzle according to claim 1 or 2, characterized in that the mechanical amplitude of the vibration device (16) in relation to the nominal diameter of the particles contained in the fluid is greater than or equal to 0.1.
4. Breitschlitzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die mechanische Amplitude der Vibrationseinrichtung (16) höchs tens 5 mm beträgt. 4. slot nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the mechanical amplitude of the vibration device (16) is at most 5 mm.
5. Breitschlitzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die mechanische Amplitude der Vibrationseinrichtung (16) in ei ner der Transportrichtung (TR) entsprechenden Querrichtung (q) des Düsenkör pers (2) wirkt. 5. Wide slot nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the mechanical amplitude of the vibration device (16) acts in a transverse direction (q) of the nozzle body (2) corresponding to the transport direction (TR).
6. Breitschlitzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die mechanische Amplitude der Vibrationseinrichtung (16) in ei ner Höhenrichtung (h) des Düsenkörpers (2) wirkt. 6. Wide slot nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the mechanical amplitude of the vibration device (16) acts in a height direction (h) of the nozzle body (2).
7. Breitschlitzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das mit Partikeln versehene Fluid strukturviskos ist. 7. slot nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid provided with particles is structurally viscous.
8. Breitschlitzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der Düsenspalt (7) in einer Breitenrichtung (b), die sich quer zu der Transportrichtung (TR) erstreckt, eine Breite zwischen 10 mm und 5 m auf weist. 8. Wide slot nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzle gap (7) in a width direction (b), which extends transversely to the transport direction (TR), has a width between 10 mm and 5 m.
9. Breitschlitzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der Düsenspalt (7) eine Schlitzbreite zwischen 10 pm und 2,5 mm aufweist. 9. Wide slot nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzle gap (7) has a slot width between 10 pm and 2.5 mm.
10. Breitschlitzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass eine Befestigungsvorrichtung (10), mit der der Düsenkörper (2) mechanisch fest verbunden ist, über Dämpferelemente (14, 15) gelagert ist. 10. Wide slot nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that a fastening device (10), with which the nozzle body (2) is mechanically firmly connected, is mounted via damper elements (14, 15).
11. Verfahren zum Betreiben einer Breitschlitzdüse zum Applizieren eines mit Par tikeln versehenen Fluids, mit einem Düsenkörper (2), wobei der Düsenkörper (2) eine Düseninnenkammer (6) zur Aufnahme des mit Partikeln versehenen Fluids umfasst, und wobei das mit den Partikeln versehene Fluid über einen durch zwei Wände umgrenzten Düsenspalt (7) auf ein sich relativ zu der Breitschlitzdüse in einer Transportrichtung (TR) in Bewegung befindliches Substrat (20) abgebbar ist, sowie mit einer Vibrationseinrichtung (16), die mit dem Düsenkörper (2) mechanisch gekoppelt ist, um den Düsenspalt (7) und das in der Düseninnen kammer (6) befindliche und mit den Partikeln versehene Fluid in Schwingung zu versetzen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: 11. A method for operating a slot nozzle for applying a fluid provided with particles, with a nozzle body (2), wherein the nozzle body (2) comprises an inner nozzle chamber (6) for receiving the fluid provided with particles, and wherein the fluid provided with the particles Fluid can be dispensed via a nozzle gap (7) delimited by two walls onto a substrate (20) that is in motion in a transport direction (TR) relative to the slot nozzle, and with a vibration device (16) that mechanically connects to the nozzle body (2) is coupled in order to set the nozzle gap (7) and the fluid in the inner nozzle chamber (6) provided with the particles in vibration, the method comprising the steps of:
Ansteuern der Vibrationseinrichtung (16) derart, dass der Düsenkörper (2) mit einer oberen Grenzfrequenz von höchstens 1kHz angeregt wird. Controlling the vibration device (16) in such a way that the nozzle body (2) is excited with an upper limit frequency of at most 1 kHz.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Vibrationseinrichtung (16) derart an gesteuert wird, dass der Düsenkörper (2) mit einer unteren Grenzfrequenz von wenigstens 1 Hz angeregt wird. 12. The method according to claim 11, wherein the vibration device (16) is controlled in such a way that the nozzle body (2) is excited with a lower limit frequency of at least 1 Hz.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die mechanische Amplitude der Vibrationseinrichtung (16) im Verhältnis zum Nenndurchmesser der in dem Flu id enthaltenen Partikel größer oder gleich 0, 1 gewählt wird. 13. The method according to claim 11 or 12, wherein the mechanical amplitude of the vibration device (16) in relation to the nominal diameter of the particles contained in the fluid id greater than or equal to 0.1 is selected.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die mechanische Amplitude der Vibrati onseinrichtung (16) derart gewählt wird, dass sie höchstens 5 mm beträgt. 14. The method according to claim 13, wherein the mechanical amplitude of the Vibrati onseinrichtung (16) is selected such that it is at most 5 mm.
EP20820090.7A 2019-12-19 2020-12-02 Wide slot nozzle and method for operating a wide slot nozzle Pending EP4076769A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019220151.2A DE102019220151A1 (en) 2019-12-19 2019-12-19 Slot nozzle and method for operating a slot nozzle
PCT/EP2020/084277 WO2021122001A1 (en) 2019-12-19 2020-12-02 Wide slot nozzle and method for operating a wide slot nozzle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4076769A1 true EP4076769A1 (en) 2022-10-26

Family

ID=73726799

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20820090.7A Pending EP4076769A1 (en) 2019-12-19 2020-12-02 Wide slot nozzle and method for operating a wide slot nozzle

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230011054A1 (en)
EP (1) EP4076769A1 (en)
DE (1) DE102019220151A1 (en)
WO (1) WO2021122001A1 (en)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA869959A (en) 1971-05-04 A. Sarnack George Coating apparatus
DE102004008168B4 (en) * 2004-02-19 2015-12-10 Voxeljet Ag Method and device for applying fluids and use of the device
JP5061421B2 (en) * 2004-03-24 2012-10-31 東レ株式会社 Coating method and manufacturing method of display member
JP2007268385A (en) * 2006-03-30 2007-10-18 Fujifilm Corp Applicator, application method and manufacturing method of optical film
DE102007014805A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-04 Basf Ag Substrate web e.g. paper web, coating method, involves guiding substrate web in perpendicular to application device, and producing vibration of substrate web in perpendicular to conveying direction or vibration of housing of device
DE102009017453A1 (en) 2009-04-07 2010-11-11 Hüttlin, Herbert, Dr. h.c. Slit nozzle for spraying a liquid
DE102009021077A1 (en) * 2009-05-13 2010-11-25 Fleissner Gmbh Method for coating a fluid medium such as melted hot adhesive on a carpet, comprises coating the fluid medium on material web by a coating device stretching over the width of the material web
US20130280443A1 (en) * 2012-04-19 2013-10-24 Edward Francis Andrewlavage, JR. Flow applicator apparatus and methods of applying a layer of cement material to a honeycomb body

Also Published As

Publication number Publication date
DE102019220151A1 (en) 2021-06-24
US20230011054A1 (en) 2023-01-12
KR20220112294A (en) 2022-08-10
WO2021122001A1 (en) 2021-06-24
JP2023507452A (en) 2023-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0739704B1 (en) Device for producing an object using stereolithography
EP2323775B1 (en) Coating tool for applying a liquid film on a substrate
EP2625336B1 (en) Honeycomb composite support part and method for coating it
DE102013219628B4 (en) Applicator element, apparatus and method for applying a layer of viscous material to a substrate and a preform
EP3638488B1 (en) Coating arrangement for a 3d printer
DE102017207851B4 (en) Device and method for applying liquid adhesive
CH629115A5 (en) Appliance for producing spherical particles
EP3976378A1 (en) Printhead cleaning device for a 3d printer, 3d printer comprising a printhead cleaning device, use of the printhead cleaning device and method for cleaning a printhead of a 3d printer
EP2906357B1 (en) Spray nozzle device and coating method
EP0907103A1 (en) Process and apparatus for curtain coating a moving substrate
EP4076769A1 (en) Wide slot nozzle and method for operating a wide slot nozzle
WO1994025177A1 (en) Device for lacquering or coating plates or panels
DE60033171T2 (en) COATING DEVICE AND FILLING FOR FIBER MATERIALS
CH666835A5 (en) DEVICE FOR OPTIONALLY SINGLE OR DOUBLE-SIDED COATING OF A RUNNING PAPER, AND METHOD FOR OPERATING THE DEVICE.
DE102005024518B4 (en) Method and device for coating a substrate
AT392742B (en) Applicator unit for the application of coatings
DE2263714C3 (en) Device for dosing coatings on web-shaped materials
EP1375014B1 (en) Coating process with a fluid film
EP0484738A1 (en) Applicator
DE2812946B2 (en) Device for coating an endless web
EP3829782B1 (en) Device and method for processing shear-sensitive coating compounds
EP0292886B1 (en) Process for applying dispersions to flexible supports in such a way that no patterns occur
DE102017126274B4 (en) Slip application unit and method for layer application for slip-based additive manufacturing
EP2198975B1 (en) Curtain application unit
DE3927365A1 (en) Applicator roller for coating low viscosity adhesive on foil - carries specified intersecting spiral grooves on its surface

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20220707

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)