WO2006056386A1 - Anordnung und verfahren zur vorhangbeschichtung bewegter substrate - Google Patents

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WO2006056386A1
WO2006056386A1 PCT/EP2005/012440 EP2005012440W WO2006056386A1 WO 2006056386 A1 WO2006056386 A1 WO 2006056386A1 EP 2005012440 W EP2005012440 W EP 2005012440W WO 2006056386 A1 WO2006056386 A1 WO 2006056386A1
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curtain
coating
substrate
line
liquid coating
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PCT/EP2005/012440
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Frank Reinhard
Harald Horbach
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Basf Aktiengesellschaft
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    • 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
    • B05C5/005—Curtain coaters

Definitions

  • the present invention relates to an arrangement and a method for curtain coating (Curtain Coating) for applying thin films on beweg ⁇ te substrates. More particularly, the present invention relates to a curtain coater having a vacuum device movably disposed relative to a line of impact of a liquid coating curtain on a substrate surface. Such devices are used, for example, in the coating of paper, adhesive tapes or even in the coating of photographic films.
  • a corresponding coating liquid for example a solvent or else a dispersion or solution
  • a corresponding coating head By means of a correspondingly shaped casting gap, a pouring lip or a cascade, the coating liquid is formed into a free-falling curtain, which impinges on a substrate moving transversely to the direction of fall of the curtain.
  • Typical speeds for the movement of the substrate are, for example, in the case of paper coating in the range of a few 100 m / min.
  • EP 0 440 279 A1 discloses a curtain coater for coating photographic elements, in which an "air shield" and a brush construction are arranged in the substrate movement direction in front of the impingement line of the liquid coating curtain on the substrate surface. Both of these elements are believed to help cause peeling of the air boundary layer from the substrate surface immediately prior to the liquid coating curtain impacting, however, the design shown has the disadvantage of air swirling on the substrate surface immediately before the impact line due to the air shield and brush construction In addition, brushes themselves can contribute to impurities on the substrate surface, since brushes are easily contaminated can accumulate gene, which then z. T. again detached from the brush and can get between the substrate and film.
  • EP 0 489 978 A1 discloses an "air shield", which additionally comprises means for reducing the air pressure between the air shield and the substrate surface, thereby removing the air boundary layer from the substrate surface, also from EP 0 704 752 A1, EP 0 906 789 B1 and US Pat. No. 4,842,900, corresponding devices are known in which the air boundary layer on the surface of the substrate can be influenced by appropriate suction immediately before the coating curtain impinges.
  • EP 0 704 752 A1 has, for this purpose, a suction device fixedly connected to a curtain generator and having an edge which uses the air boundary layer by means of a vacuum pump immediately before the impact of the coating curtain from the substrate surface.
  • a device is proposed in which the air entrained by the moving carrier is influenced in such a way via two layers of porous material and a supply and a suction device that a parabolic Ge above the substrate surface speed profile of entrained air layer forms.
  • US Pat. No. 4,842,900 moreover has a device fixedly connected to a curtain generator, which exchanges the air boundary layer on the substrate surface directly against the impingement line of the coating curtain on the substrate surface against a gas which has a higher solubility in comparison to air having the coating liquid.
  • this heel or liquid bead opposite to the direction of movement depends on numerous factors, such as the falling speed of the liquid curtain in the impact line, the surface tension of the liquid or the direction of movement of the substrate to be coated in the line of incidence of the liquid coating curtain.
  • the formation of this liquid bead or heel which in particular can also vary in its strength along the impact line, considerably influences the coating quality of the curtain coating.
  • the processes known from the state of the art, which have been described above and serve predominantly to influence or reduce the air boundary layer on the substrate surface do not take this phenomenon of heel formation into account.
  • there may be a correlation between the influence of the air boundary layer and the influence of the heel formation on the coating quality so that a Separate solution of both problems is associated with considerable difficulties, which in turn have a negative effect on the coating quality.
  • the possibility should be given to jointly minimize both the problem of air boundary layer formation and the problem of heel formation, thereby optimizing the coating quality.
  • a curtain coater is proposed for coating a substrate surface of a moved substrate by means of a liquid coating curtain.
  • the curtain coater has a curtain generator for producing the liquid coating curtain.
  • this curtain generator can be, for example, a single-layered curtain generator or else a multi-layered curtain generator, for example by means of a cascade coating.
  • Other embodiments are possible and do not affect the gist of the invention.
  • a liquid material is a great flexibility.
  • dispersions or even different solutions or other liquids can be used for curtain coating.
  • curtain coaters which have a plurality of curtain producers which, for example, are connected in series.
  • the substrates may be, for example, flexible substrates, such as eg moving film webs, or even rigid substrates.
  • the coating of several substrates at the same time is also conceivable.
  • substrates of relatively small size for example rectangular plates, or also "large” substrates, for example “endless substrates” (eg film webs)
  • the liquid coating curtain should impinge on the substrate surface of the moving substrate along a line of impact.
  • the curtain coater has a substrate conveying device which can set the substrate in motion relative to the curtain generator or relative to the impact line.
  • the substrate conveying device itself is advantageously arranged in a fixed space during the coating process to the curtain generator or to the impingement line.
  • the substrate conveying device can be, for example, a conveyor belt, a roller system or other systems, which in particular can advantageously be adapted to the type of substrate.
  • the curtain coater for coating the substrate surface has a vacuum device for locally influencing a gas boundary layer over the substrate surface.
  • This influencing should take place within an area of influence (which, mutatis mutandis, can also be several contiguous or separated influence areas).
  • the vacuum device is arranged in the direction of movement of the substrate in front of the impact line of the liquid coating curtain.
  • the vacuum device may, for example, be one of the devices mentioned in the prior art, whereby analogously not only a simple negative pressure may be applied, but also, for example, a targeted exchange of air for another gaseous medium or a targeted one Adjustment of a flow profile of a gaseous medium over the surface of the substrate. In principle, all of the devices described above can be used.
  • the vacuum device is arranged movably relative to the line of impact of the liquid coating curtain on the substrate surface.
  • This movable arrangement can take place, for example, in that the vacuum device is held stationary relative to the substrate conveying device by means of a holding device, wherein the holding can take place in at least two different positions.
  • This can take place, for example, in that the holding device has at least one guide groove, along which the vacuum device is movable.
  • the curtain generator is movable relative to the substrate conveying device such that the position of the line of incidence of the liquid coating curtain on the substrate surface relative to the Substratschivorrich ⁇ device is adjustable.
  • the problem initially arises by adjusting the position of the contact line of the liquid coating curtain on the substrate surface minimize heel formation.
  • the speed of the substrate and the properties of the coating liquid play a role.
  • an optimum position of the impingement line can be determined in which the influence of the heel formation on the coating quality is minimized.
  • the substrate conveying device has at least one coating roller, for example in the form of a circular cylinder, wherein a flexible Substart is guided over this at least one coating roller ,
  • at least one coating roller for example in the form of a circular cylinder, wherein a flexible Substart is guided over this at least one coating roller .
  • the vacuum device is tracked in position, so that the second above-mentioned interference, namely the influence of a Gasgrenz ⁇ layer over the substrate surface, can be minimized.
  • This can be done, for example, by minimizing the distance between the vacuum device and the contact line of the liquid coating curtain or setting it to an optimum value.
  • the vacuum device is arranged to be movable such that the distance along the substrate surface is between the range of influence of the vacuum device and the impingement line of the liquid coating curtain to a value in the range of 3 mm to 50 mm, vor ⁇ preferably a range of 3 to 30 mm and more preferably a range of 5 to 15 mm is adjustable.
  • the vacuum device has a plurality of influence regions, the distance between an influence region of the vacuum device closest to the contact line and the impact line can be understood analogously, for example.
  • the distance can under the "Distance” is understood analogously to a curve length, for example along the curved surface of the substrate. This optimization of the distances has shown in practice a particularly high coating quality.
  • the position of the impact line in such a way that the angle between the liquid coating curtain and the substrate surface in the impact line is optimized.
  • This can be done, in particular, by the fact that the liquid coating curtain has an impact velocity v c in the impact line and the substrate has a substrate velocity v s .
  • This development of the invention has the particular advantage that it is possible to achieve particularly high substrate speeds, for example up to 1,200 m / min or even up to 1,500 m / min.
  • Typical devices known in the art allow only substrate speeds up to about 300 to 400 meters per minute.
  • the described arrangement, in which a joint optimization of the influences of the air boundary layers and the heel formation is possible, permits an excellent coating quality.
  • Figure 1 is a sectional view of a coating of a guided on a cylindrical coating rollers flexible substrate in the "12 o'clock position";
  • FIG. 2 shows a coating according to the invention of a substrate according to FIG. 1 in a position different from the "12 o'clock position" for minimizing the
  • Figure 3 is a schematic representation of the auf ⁇ in an arrangement according to Figure 2 auf ⁇ passing distances, angles and speeds;
  • FIG. 4 shows an arrangement according to the invention for curtain coating
  • FIG. 5 shows a schematic flow chart of a method according to the invention for curtain coating.
  • FIG. 1 illustrates by way of example the problem of heel formation in the curtain coating of a flexible substrate with a liquid coating curtain.
  • a flexible substrate 110 for example a plastic film
  • the coating roller 112 essentially has the shape of a circular cylinder with a radius R of 175 mm.
  • the coating roller 112 rotates in the direction of rotation 114 in such a way that the substrate 110 has a speed of approximately 1,500 m per minute on its substrate surface 111 facing away from the coating roller 112. Even higher speeds are possible.
  • a liquid coating curtain 116 strikes the substrate surface 111 along a line of incidence 118 (which also has a finite thickness due to a finite thickness of the coating curtain 116) perpendicular to the plane of the drawing in FIG.
  • the coating liquid is carried along by the moving substrate 110 in such a way that a film 120 forms on the substrate surface 111.
  • the coating liquid for the liquid coating curtain 116 in this embodiment is a commercial dispersion having a viscosity of 100-3000 mPa * s, advantageously in the range of about 400-600 mPa * s, with a surface tension of about 25%. 40 mN / m used.
  • the liquid coating curtain 116 lays down to hitting the impact line 118 a distance .DELTA.s of about 100 mm (but other settings are possible) in free fall, so that he in the impact line 118 a fall rate of about 1, 4 m / s.
  • the impact line 118 lies perpendicularly above an axis 122 of the coating roller 112.
  • This position is also referred to as the "12 o'clock position.”
  • a particularly embossed heel 124 is formed, which can disturb the film quality of the film 120 with high probability. This shows a strong dependence of the coating quality on the substrate speed, the probability that a pronounced Heel 124 the coating quality adversely affected, increases sharply with increasing Substratge ⁇ speed.
  • a curtain coating is shown in which the coating does not take place in the "12 o'clock position.”
  • the coating curtain 116 is adjusted such that the coating curtain 116 impinges on the substrate surface 111 in an impingement line 118, wherein any vertical connection between the axis 122 and the impingement line 118 originating from the axis 122 of the coating roller 112 is inclined by an angle ⁇
  • the angles in a range between 4.9 ° and 16.6 °, advantageously at approximately 8.2 ° have proven to be particularly advantageous for the combination of Coating liquid, substrate speed and arrangement geometry.
  • FIG. 3 shows diagrammatically the dimensions, angles and speeds which occur in the coating according to the preferred exemplary embodiment according to FIG. It is neglected that the substrate 110 has a finite thickness, so that in the simplified representation according to FIG. 3 an impact of the coating curtain 116 is taken directly onto the coating roller 112 in the impact line 118.
  • the simplifications assumed in this case are regularly negligible in practice, since typical substrates 110 have a negligible thickness compared to the radius R of the coating roller 112.
  • this distance ⁇ x is advantageously in a range between 15 mm and 50 mm, particularly advantageously around 25 mm above-mentioned range of particularly advantageous Winkelein ⁇ settings for the angle ⁇ .
  • this angle ⁇ is smaller than 90 ° and is advantageously set to a range of 85.1 ° to 73.4 °, but particularly advantageously to a range of approximately 81.7 ° to 81.8 °. It has been shown that the influence of the heel formation on the quality of the film 120 is minimized in particular for the combination of coating liquid, arrangement geometry and substrate speed given above with this angle adjustment, and thus the quality of the film 120 is optimized.
  • the scalar product of the vectors v s 312 and v c 314 is positive in this arrangement.
  • the scalar product is obtained a wide range between about 0.4 and about 3000 m 2 / s 2 .
  • the scalar product is between 1 and 2000 m 2 / s 2 and very particularly preferably in the range between 100 and 1000 m 2 / s 2 and ideally, as already mentioned, in the range of about 300 m 2 / s 2 .
  • FIG. 4 shows a preferred exemplary embodiment of a curtain coater 410 with which, for example, a coating according to the exemplary embodiments according to FIG. 2 (or FIG. 3) can be converted.
  • the curtain coater 410 in turn has a coating roller 112, via which a flexible substrate 110, for example a plastic film, is guided.
  • the curtain coater 410 includes a curtain generator 412 having a nozzle tip 414 that creates a free flowing liquid coating curtain 116.
  • the liquid coating curtain 116 strikes the substrate 110 along the impingement line 118.
  • the position of the curtain generator 412 relative to the coating roller 112 can be adjusted in this embodiment in a wide range, which is shown symbolically in Figure 4 by the double arrow 416.
  • This can be a setting 4 along a linear axis 416 as shown in FIG. 4 or, alternatively, adjustment along a curved axis.
  • the latter offers, for example, the possibility that the position of the curtain generator 412 is set in the horizontal direction, whereby at the same time the distance ⁇ s between the nozzle tip 414 and the impact line 118 is kept constant.
  • the arrangement shown in FIG. 4 permits, in particular, an adjustment of the abovementioned preferred coating position in one of the aforementioned angles ⁇ relative to the vertical.
  • the curtain generator 410 shown in FIG. 4 has a vacuum device 418.
  • this is a commercial vacuum device 418, as is known, for example, from EP 0 906 789 B1.
  • this commercial vacuum device 418 has been modified so that the vacuum device 418 is adjustable in position relative to the platen roller 12.
  • the device shown in FIG. 4 has a holding device 420, which has a guide groove 422 in the form of a curved elongated hole concentric with the axis 122 of the coating roller 112.
  • the vacuum device 418 can be fixed via screw pairs 424 in this guide groove 422 and thus adjustable in position.
  • the adjustment can be made such that the vacuum device 418 can be rotated concentrically about the axis 122 of the coating roller 112, wherein the distance between the vacuum device 418 and the substrate surface 111 is kept constant.
  • the position of an influence region 426, within which the underpressure device 418 influences an air boundary layer above the substrate 110 is displaced along the substrate surface 111.
  • a distance d between the influence region 426 of the vacuum device 418 and the impact line 118 of the liquid coating curtain 116 can also be adjusted by appropriate positioning of the vacuum device 418.
  • This configuration makes it possible, after optimizing the impingement line 118, to optimize the position of the vacuum device 418 in order to minimize a negative influence of the air boundary layer on the coating quality.
  • FIG. 5 schematically shows a flow chart of a method according to the invention, in which an arrangement according to the invention, for example the arrangement 410 shown in FIG. 4, is used.
  • the illustrated method steps do not necessarily have to be carried out in the stated order, and additional method steps not shown in FIG. 5 could also be carried out.
  • the liquid coating curtain 116 is first produced by means of the curtain generator 412. This strikes the moving substrate 110 along the line of incidence 118.
  • the position of the curtain generator 412 relative to the substrate conveyor 112, such as the coating roller 112 is adjusted so that the coating quality of the curtain coating is optimal. In particular, the influence of the above-described heel formation is minimized.
  • the position of the vacuum device 418 is adjusted such that air inclusions during the coating are minimized.
  • the distance d between the influence region 426 of the vacuum device 418 and the impact line 118 of the liquid coating curtain 116 can be set to one of the abovementioned values.

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Abstract

Zur Beschichtung photographischer Filme, Klebebänder oder Papierbahnen wird häufig das Verfahren der Vorhangbeschichtung eingesetzt. Dabei trifft ein frei fallender flüssiger Beschichtungsvorhang (116) auf eine Oberfläche (111) eines bewegten Substrats (110), wodurch sich auf der Oberfläche (111) ein Film (120) bildet. Die Beschichtungsqualität dieses Films (120) ist von zahlreichen Störfaktoren abhängig, insbesondere dem Einfluss von Luftgrenzschichten, welche mit der Substratoberfläche (111) mit bewegt werden und dem Einfluss einer so genannten 'Fersenbildung' (englisch Heeling) in der Nähe der Auftrefflinie (118) des flüssigen Beschichtungsvorhangs (116) auf der Substratoberfläche (111). Es wird ein Vorhangbeschichter (410) vorgeschlagen, welcher einen Vorhangerzeuger (412), eine Substratfördervorrichtung (112) und eine Unterdruckvorrichtung (418) zur lokalen Beeinflussung einer Gasgrenzschicht über der Substratoberfläche (111) aufweist. Dabei ist die Unterdruckvorrichtung (418) relativ zur Auftrefflinie (118) des flüssigen Beschichtungsvorhangs (116) auf der Substratoberfläche (111) bewegbar angeordnet. Die beschriebene Anordnung weist gegenüber bekannten Vorrichtungen insbesondere den Vorteil auf, dass die Beschichtungsqualität der erzeugten Filme (120) sowohl bezüglich der Fersenbildung als auch bezüglich des Einflusses einer Luftgrenzschicht auf der Substratoberfläche (111) optimiert werden kann.

Description

Anordnung und Verfahren zur Vorhangbeschichtung bewegter Substrate
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung und ein Verfahren zur Vor¬ hangbeschichtung (englisch: Curtain Coating) zum Auftragen dünner Filme auf beweg¬ te Substrate. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Vorhang- beschichter mit einer Unterdruckvorrichtung, welche relativ zu einer Auftrefflinie eines flüssigen Beschichtungsvorhangs auf einer Substratoberfläche bewegbar angeordnet ist. Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise eingesetzt bei der Beschichtung von Papier, Klebebändern oder auch bei der Beschichtung von photographischen Fil¬ men.
In der fotografischen Industrie wie auch zur Herstellung von beschichteten Papierbah- nen oder Klebebändern wird bereits seit längerem ein Verfahren eingesetzt, bei dem ein beispielsweise bahnförmiges Trägermaterial (z. B. Papierbahnen oder Kunststofffo¬ lie) sich kontinuierlich durch einen Beschichtungsbereich bewegt, wo es von einem frei fallenden Flüssigkeitsvorhang ganz oder teilweise in einer oder mehreren Lagen be¬ schichtet wird. Dieses Verfahren wird allgemein als Vorhangbeschichtung oder auch Curtain Coating bezeichnet. Im Sprachgebrauch wird dabei bisweilen noch zwischen dem eigentlichen, einschichtigen Vorhangbeschichten und einer Kaskadenbeschich- tung, bei der mehrere Schichten gleichzeitig auf das Trägermaterial aufgebracht wer¬ den, unterschieden. Diese Unterscheidung ist in der folgenden Beschreibung jedoch von untergeordneter Relevanz, so dass beide Verfahren gleicher Weise als Vorhang- beschichtung bezeichnet werden sollen und gleichermaßen durch die Erfindung betrof¬ fen sind.
Bei der Vorhangbeschichtung wird zunächst eine entsprechende Beschichtungsflüs- sigkeit, beispielsweise ein Lösungsmittel oder auch eine Dispersion oder Lösung, ei- nem entsprechenden Beschichtungskopf zugeführt. Mittels eines entsprechend gestal¬ teten Gießspaltes, einer Gießlippe oder einer Kaskade wird die Beschichtungsflüssig- keit zu einem frei fallenden Vorhang geformt, welcher auf ein sich quer zur Fallrichtung des Vorhangs bewegendes Substrat auftrifft. Typische Geschwindigkeiten für die Be¬ wegung des Substrates liegen beispielsweise bei der Papierbeschichtung im Bereich von einigen 100 m/min.
Insbesondere bei einer Beschichtung mit großen Substratgeschwindigkeiten ergeben sich eine Vielzahl von Problemen. Diese Probleme hängen insbesondere damit zu- sammen, dass ein frei fallender Flüssigkeitsvorhang unmittelbar und empfindlich auf kleinste Störungen, wie beispielsweise Luftbewegungen, reagiert. So bildet sich, insbe¬ sondere bei schnell bewegten Substratoberflächen, an der Oberfläche eine Grenz¬ schicht, innerhalb derer sich Luft mit der schnell bewegten Oberfläche mitbewegt. Die- se Luftgrenzschicht beeinflusst den vom Vorhangbeschichter erzeugten Beschich- tungsvorhang an einer Auftrefflinie des Beschichtungsvorhangs auf die Substratober¬ fläche. Wird die Dynamik dieser Luftgrenzschicht zu groß, so legt sich ein Luftpolster zwischen die Substratoberfläche und den Flüssigkeitsfilm. Dieses Luftpolster führt zu Störungen in der Beschichtungsqualität, insbesondere zu einer Blasenbildung oder anderen Inhomogenitäten.
Aus dem Stand der Technik sind mehrere Verfahren bekannt, den Einfluss dieser Luft¬ grenzschicht zu unterbinden oder zu verringern und so die Beschichtungsqualität beim Vorhangbeschichten zu verbessern. So ist beispielsweise aus der EP 0 440 279 A1 ein Vorhangbeschichter für die Beschichtung photographischer Elemente bekannt, bei welchem in Substratbewegungsrichtung vor der Auftrefflinie des flüssigen Beschich¬ tungsvorhangs auf die Substratoberfläche ein „Luftschild" (englisch: Air Shield) und eine Bürstenkonstruktion angeordnet sind. Beide Elemente sollen dazu beitragen, ein Ablösen der Luftgrenzschicht von der Substratoberfläche unmittelbar vor dem Auftref- fen des flüssigen Beschichtungsvorhangs zu bewirken. Die dargestellte Konstruktion hat jedoch den Nachteil, dass durch den Luftschild und die Bürstenkonstruktion Luft- verwirbelungen an der Substratoberfläche unmittelbar vor der Auftrefflinie des flüssigen Beschichtungsvorhangs entstehen, wodurch zusätzliche Inhomogenitäten in dem be¬ schichteten Film induziert werden können. Weiterhin können Bürsten selbst zu Verun- reinigungen auf der Substratoberfläche beitragen, da sich in Bürsten leicht Verunreini¬ gungen ansammeln können, welche sich dann z. T. wieder von der Bürste lösen und zwischen Substrat und Film gelangen können.
Aus der EP 0 489 978 A1 ist ein „Luftschild" bekannt, welches zusätzlich Mittel auf- weist, um den Luftdruck zwischen dem Luftschild und der Substratoberfläche zu ver¬ ringern. Dadurch wird die Luftgrenzschicht von der Substratoberfläche entfernt. Auch aus der EP 0 704 752 A1 , der EP 0 906 789 B1 und der US 4,842,900 sind entspre¬ chende Vorrichtungen bekannt, bei denen die Luftgrenzschicht auf der Substratober¬ fläche unmittelbar vor Auftreffen des Beschichtungsvorhangs durch entsprechende Absaugung beeinflusst werden kann.
Die EP 0 704 752 A1 weist zu diesem Zweck eine mit einem Vorhangerzeuger fest verbundene Absaugvorrichtung mit einer Kante auf, welche die Luftgrenzschicht mittels einer Vakuumpumpe unmittelbar vor dem Auftreffen des Beschichtungsvorhangs von der Substratoberfläche entfernt. In der EP 0 906 789 B1 wird darüber hinaus eine Vor¬ richtung vorgeschlagen, bei welcher die vom bewegten Träger mitgeführte Luft über zwei Schichten aus porösem Material und einer Zuführ- und einer Absaugvorrichtung derart beeinflusst wird, dass sich über der Substratoberfläche ein parabolisches Ge¬ schwindigkeitsprofil der mitgeführten Luftschicht ausbildet.
Die US 4,842,900 weist darüber hinaus eine mit einem Vorhangerzeuger fest verbun¬ dene Vorrichtung auf, welche unmittelbar vor der Auftrefflinie des Beschichtungsvor- hangs auf die Substratoberfläche die Luftgrenzschicht auf der Substratoberfläche aus¬ tauscht gegen ein Gas, welches im Vergleich zu Luft eine höhere Löslichkeit in der Beschichtungsflüssigkeit aufweist.
Die im Stand, der Technik beschriebenen Vorrichtungen weisen mehrere für die Be- Schichtungsqualität erhebliche Nachteile auf. Diese Nachteile sind insbesondere darin begründet, dass die mitgeführte Luftgrenzschicht nur eine von zahlreichen Ursachen für Minderungen der Beschichtungsqualität darstellt. Ein weiteres Problem, welches beim Vorhangbeschichten häufig auftritt und die Schichtqualität negativ beeinflusst, ist die sogenannte „Fersenbildung" (englisch: Heeling). Dieses Problem, welches bei- spielsweise in Figur 1 dargestellt ist, besteht darin, dass zwar einerseits ein Flüssig¬ keitsfilm von der Substratoberfläche in Bewegungsrichtung mitgenommen wird, sich jedoch entlang der Auftrefflinie des flüssigen Beschichtungsvorhangs auch eine „Ferse" der Beschichtungsflüssigkeit in entgegengesetzter Richtung, also entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung, ausbildet.
Die Stärke dieser Ferse oder Flüssigkeitswulst entgegengesetzt zur Bewegungsrich¬ tung ist von zahlreichen Faktoren, wie beispielsweise der Fallgeschwindigkeit des Flüssigkeitsvorhangs in der Auftrefflinie, der Oberflächenspannung der Flüssigkeit oder der Bewegungsrichtung des zu beschichtenden Substrats in der Auftrefflinie des flüssi- gen Beschichtungsvorhangs abhängig. Die Bildung dieser flüssigen Wulst bzw. Ferse, welche insbesondere auch entlang der Auftrefflinie in ihrer Stärke schwanken kann, beeinflusst die Beschichtungsqualität der Vorhangbeschichtung erheblich. Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, welche oben beschrieben wurden und über¬ wiegend dazu dienen, die Luftgrenzschicht auf der Substratoberfläche zu beeinflussen bzw. zu verringern, berücksichtigen dieses Phänomen der Fersenbildung nicht. Es kann jedoch ein Zusammenhang zwischen dem Einfluss der Luftgrenzschicht und dem Einfluss der Fersenbildung auf die Beschichtungsqualität bestehen, so dass eine ge- trennte Lösung beider Probleme mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden ist, welche sich wiederum negativ auf die Beschichtungsqualität auswirken.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung und ein Verfah- ren zur Vorhangbeschichtung bewegter Substrate anzugeben, welche die genannten Probleme des Standes der Technik vermeiden. Insbesondere soll dabei die Möglichkeit gegeben sein, sowohl das Problem der Luftgrenzschichtbildung als auch das Problem der Fersenbildung gemeinsam zu minimieren und dadurch die Beschichtungsqualität zu optimieren.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung mit den Merkmalen des unabhängigen An¬ spruches gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
Es wird ein Vorhangbeschichter zur Beschichtung einer Substratoberfläche eines be¬ wegten Substrates mittels eines flüssigen Beschichtungsvorhangs vorgeschlagen. Der Vorhangbeschichter weist einen Vorhangerzeuger zur Erzeugung des flüssigen Be¬ schichtungsvorhangs auf. Wie oben beschrieben, kann es sich bei diesem Vorhanger¬ zeuger beispielsweise um einen einschichtigen Vorhangerzeuger oder auch um einen mehrschichtigen Vorhangerzeuger, beispielsweise mittels einer Kaskadenbeschich- tung, handeln. Auch andere Ausgestaltungen sind möglich und beeinflussen den Kern der Erfindung nicht.
Auch bezüglich eines flüssigen Materials besteht eine große Flexibilität. So lassen sich beispielsweise Dispersionen oder auch verschiedene Lösungen oder andere Flüssig¬ keiten für die Vorhangbeschichtung einsetzen. Weiterhin lassen sich auch Vorhangbe¬ schichter einsetzen, welche mehrere Vorhangerzeuger aufweisen, welche beispiels¬ weise in Serie geschaltet sind.
Bei den Substraten kann es sich beispielsweise um flexible Substrate, wie z.B. beweg¬ te Folienbahnen, oder auch um starre Substrate handeln. Auch die Beschichtung meh¬ rerer Substrate gleichzeitig ist denkbar. Weiterhin können sowohl Substrate relativ ge¬ ringer Größe, beispielsweise rechteckige Platten, oder auch „große" Substrate, bei¬ spielsweise „Endlossubstrate" (z. B. Folienbahnen) verwendet werden. Der flüssige Beschichtungsvorhang soll entlang einer Auftrefflinie auf die Substratoberfläche des bewegten Substrates auftreffen. Weiterhin weist der Vorhangbeschichter eine Substratfördervomchtung auf, welche das Substrat relativ zu dem Vorhangerzeuger bzw. relativ zur Auftrefflinie in Bewegung setzen kann. Die Substratfördervorrichtung selbst ist dabei jedoch vorteilhafter Weise während des Beschichtungsvorgangs raumfest zu dem Vorhangerzeuger bzw. zu der Auftrefflinie angeordnet. Bei der Substratfördervorrichtung kann es sich beispielsweise um ein Förderband, ein Rollensystem oder um andere Systeme handeln, welche ins¬ besondere in vorteilhafter Weise auf die Art des Substrats angepasst sein können.
Weiterhin weist der Vorhangbeschichter zur Beschichtung der Substratoberfläche eine Unterdruckvorrichtung zur lokalen Beeinflussung einer Gasgrenzschicht über der Sub¬ stratoberfläche auf. Diese Beeinflussung soll innerhalb eines Einflussbereiches (wobei es sich sinngemäß auch um mehrere zusammenhängende oder separierte Einflussbe¬ reiche handeln kann) erfolgen. Dabei ist die Unterdruckvorrichtung in Bewegungsrich¬ tung des Substrates vor der Auftrefflinie des flüssigen Beschichtungsvorhangs ange- ordnet. Bei der Unterdruckvorrichtung kann es sich beispielsweise um eine der er¬ wähnten Vorrichtungen im Stand der Technik handeln, wobei sinngemäß nicht nur ein Anlegen eines einfachen Unterdrucks erfolgen kann, sondern beispielsweise auch ein gezieltes Austauschen von Luft gegen ein anderes gasförmiges Medium oder eine ge¬ zielte Einstellung eines Strömungsprofils eines gasförmigen Mediums über der Sub- stratoberfläche. Grundsätzlich lassen sich alle der oben beschriebenen Vorrichtungen einsetzen.
Die Unterdruckvorrichtung ist relativ zur Auftrefflinie des flüssigen Beschichtungsvor¬ hangs auf der Substratoberfläche bewegbar angeordnet. Diese bewegbare Anordnung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Unterdruckvorrichtung mittels einer Haltevorrichtung ortsfest zur Substratfördervorrichtung gehaltert ist, wobei die Halte- rung in mindestens zwei verschiedenen Positionen erfolgen kann. Dies kann bei¬ spielsweise dadurch erfolgen, dass die Haltevorrichtung mindestens eine Führungsnut aufweist, entlang welcher die Unterdruckvorrichtung bewegbar ist.
Die beschriebene Anordnung weist gegenüber dem Stand der Technik den entschei¬ denden Vorteil auf, dass beide der oben genannten Probleme der Beschichtungsquali- tät gemeinsam minimiert und somit die Beschichtungsqualität optimiert werden kann. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn auch der Vorhangerzeuger derart relativ zur Substratfördervorrichtung bewegbar ist, dass die Position der Auftrefflinie des flüssigen Beschichtungsvorhangs auf die Substratoberfläche relativ zur Substratfördervorrich¬ tung einstellbar ist. Somit lässt sich zunächst durch Einstellung der Position der Auf¬ trefflinie des flüssigen Beschichtungsvorhangs auf der Substratoberfläche das Problem der Fersenbildung minimieren. Dabei spielt insbesondere die Geschwindigkeit des Substrats sowie die Eigenschaften der Beschichtungsflüssigkeit eine Rolle. Durch Ein¬ stellen der Auftrefflinie lässt sich für eine beliebige Kombination von Substratgeschwin¬ digkeit, Fallgeschwindigkeit des flüssigen Beschichtungsvorhangs in der Auftrefflinie und Oberflächenspannung und Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit eine optimale Position der Auftrefflinie ermitteln, in der die Beeinflussung der Beschichtungsqualität durch die Fersenbildung minimiert ist.
Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Substratoberfläche innerhalb des zur Verfügung stehenden Bereiches für die Beschichtung gekrümmt verläuft, beispielswei¬ se wenn die Substratfördervorrichtung mindestens eine Beschichtungswalze aufweist, beispielsweise in Form eines Kreiszylinders, wobei ein flexibles Substart über diese mindestens eine Beschichtungswalze geführt wird. Dann nämlich kann durch geeigne¬ te Wahl der Position der Auftrefflinie auf die Substartoberfläche ein optimaler Winkel zwischen einer Fallgeschwindigkeit des flüssigen Beschichtungsvorhangs und einer Bewegungsgeschwindigkeit der Substratoberfläche der Auftrefflinie eingestellt werden. Dadurch lässt sich zunächst das Problem der Fersenbildung verhindern.
Anschließend wird die Unterdruckvorrichtung in ihrer Position nachgeführt, so dass auch der zweite oben genannte Störeinfluss, nämlich der Einfluss einer Gasgrenz¬ schicht über der Substratoberfläche, minimiert werden kann. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Abstand zwischen der Unterdruckvorrichtung und der Auf¬ trefflinie des flüssigen Beschichtungsvorhangs minimiert oder auf einen optimalen Wert eingestellt wird. Auf diese Weise lassen sich mit der beschriebenen Anordnung und einem entsprechenden erfindungsgemäßen Verfahren, welches eine erfindungsgemä¬ ße Anordnung einsetzt, im Gegensatz zu den im Stand der Technik beschriebenen Anordnungen sowohl der Einfluss einer Luftgrenzschicht als auch der Einfluss einer Fersenbildung auf die Schichtqualität optimieren.
Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, wenn die Unterdruckvorrichtung derart bewegbar angeordnet ist, dass der Abstand entlang der Substratoberfläche zwi¬ schen dem Einflussbereich der Unterdruckvorrichtung und der Auftrefflinie des flüssi¬ gen Beschichtungsvorhangs auf einen Wert im Bereich von 3 mm bis 50 mm, vor¬ zugsweise einen Bereich von 3 bis 30 mm und besonders bevorzugt einen Bereich von 5 bis 15 mm einstellbar ist. Weist die Unterdruckvorrichtung mehrere Einflussbereiche auf, so kann dabei sinngemäß beispielsweise der Abstand zwischen einem der Auf¬ trefflinie am nächsten gelegenen Einflussbereich der Unterdruckvorrichtung und der Auftrefflinie verstanden werden. Bei gekrümmten Substraten kann dabei unter dem „Abstand" sinngemäß eine Kurvenlänge beispielsweise entlang der gekrümmten Ober¬ fläche des Substrats verstanden werden. Diese Optimierung der Abstände hat in der Praxis eine besonders hohe Beschichtungsqualität gezeigt.
Um die Fersenbildung zu minimieren und dem entsprechend die Beschichtungsqualität zu optimieren, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Position der Auftreff¬ linie derart einzustellen, dass der Winkel zwischen dem flüssigen Beschichtungsvor- hang und der Substratoberfläche in der Auftrefflinie optimiert ist. Dies kann insbeson¬ dere dadurch erfolgen, dass der flüssige Beschichtungsvorhang in der Auftrefflinie eine Auftreffgeschwindigkeit vc aufweist und das Substrat eine Substratgeschwindigkeit vs .Dabei sollen die Geschwindigkeiten vc und vs einen spitzen Winkel γ (also γ < 90°) einschließen, dergestalt, dass das Skalarprodukt vs - vc = vs - vc cos γ größer ist als 0. Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, wenn der Winkel γ im Bereich von 73,4° bis 85,1°, vorzugsweise im Bereich von 78,4° bis 85,1° und beson- ders bevorzugt im Bereich von 81 ,7° und 81 ,8° liegt. Diese Weiterbildung der Erfindung hat insbesondere den Vorteil, dass sich besonders hohe Substratgeschwindigkeiten, beispielsweise bis zu 1.200 m / min oder sogar bis zu 1.500 m / min erzielen lassen. Typische Vorrichtungen, welche aus dem Stand der Technik bekannt sind, erlauben lediglich Substratgeschwindigkeiten bis ca. 300 bis 400 m pro Minute. Dabei erlaubt die beschriebene Anordnung, bei welcher eine gemeinsame Optimierung der Einflüsse der Luftgrenzschichten und der Fersenbildung möglich ist, eine hervorragende Beschich¬ tungsqualität.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausfüh- rungsbeispiele näher erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die genannten Aus¬ führungsbeispiele beschränkt. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen dabei gleiche bzw. einander in ihrer Funktion entsprechende Bauteile.
Im Einzelnen zeigt:
Figur 1 Eine Schnittdarstellung einer Beschichtung eines auf einer zylinderförmigen Beschichtungswalzen geführten flexiblen Substrats in „12-Uhr-Position";
Figur 2 eine erfindungsgemäße Beschichtung eines Substrats gemäß Figur 1 in einer von der „12-Uhr-Position" verschiedenen Position zur Minimierung der
Fersenbildung; Figur 3 eine schematische Darstellung der in einer Anordnung gemäß Figur 2 auf¬ tretenden Abstände, Winkel und Geschwindigkeiten;
Figur 4 eine erfindungsgemäße Anordnung zur Vorhangbeschichtung; und
Figur 5 einen schematischen Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Vorhangbeschichtung.
In Figur 1 ist das Problem der Fersenbildung bei der Vorhangbeschichtung eines flexib- len Substrates mit einem flüssigen Beschichtungsvorhang exemplarisch dargestellt. Dabei wird ein flexibles Substrat 110, beispielsweise eine Kunststofffolie, mittels einer Beschichtungswalze 112 befördert. Die Beschichtungswalze 112 hat in diesem Ausfüh¬ rungsbeispiel im Wesentlichen eine Gestalt eines Kreiszylinders mit einem Radius R von 175 mm. Die Beschichtungswalze 112 rotiert dabei dergestalt in Drehrichtung 114, dass das Substrat 110 an seiner von der Beschichtungswalze 112 abgewandten Sub¬ stratoberfläche 111 eine Geschwindigkeit von ca. 1.500 m pro Minute aufweist. Auch höhere Geschwindigkeiten sind möglich.
Ein flüssiger Beschichtungsvorhang 116 trifft entlang einer Auftrefflinie 118 (welche in Folge einer endlichen Dicke des Beschichtungsvorhangs 116 ebenfalls eine endliche Dicke aufweist) senkrecht zur Zeichenebene in Figur 1 auf die Substratoberfläche 111 auf. Die Beschichtungsflüssigkeit wird dabei derart von dem bewegten Substrat 110 mitgenommen, dass sich auf der Substratoberfläche 111 ein Film 120 bildet.
Als Beschichtungsflüssigkeit für den flüssigen Beschichtungsvorhang 116 wird in die¬ sem Ausführungsbeispiel eine handelsübliche Dispersion mit einer Viskosität von 100- 3000 mPa*s, vorteilhafterweise im Bereich von ca. 400-600 mPa*s, mit einer Oberflä¬ chenspannung von ca. 25-40 mN/m eingesetzt. Der flüssige Beschichtungsvorhang 116 legt bis zum Auftreffen in der Auftreff linie 118 eine Strecke Δs von ca. 100 mm (wobei jedoch auch andere Einstellungen möglich sind) im freien Fall zurück, so dass er in der Auftreff linie 118 eine Fallgeschwindigkeit von ca. 1 ,4 m/s aufweist. In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, welches dem Stand der Technik entspricht, liegt dabei die Auftrefflinie 118 senkrecht über einer Achse 122 der Beschichtungswal¬ ze 112. Diese Position wird auch als „12-Uhr-Position" bezeichnet. Wie in Figur 1 dar- gestellt, bildet sich bei dieser Beschichtung in „12-Uhr-Position" eine besonders aus¬ geprägte Ferse 124, welche die Filmqualität des Films 120 mit hoher Wahrscheinlich¬ keit stören kann. Dabei zeigt sich eine starke Abhängigkeit der Beschichtungsqualität von der Substratgeschwindigkeit, wobei die Wahrscheinlichkeit, dass eine ausgeprägte Ferse 124 die Beschichtungsqualität negativ beeinflusst, mit steigender Substratge¬ schwindigkeit stark zunimmt.
In Figur 2 ist im Gegensatz zu dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Vorhangbeschichtung dargestellt, bei welcher die Beschichtung erfindungsgemäß nicht in „12-Uhr-Position" erfolgt. Dabei wird grundsätzlich eine zu Figur 1 identische bzw. funktionsgleiche Anordnung eingesetzt. Die Position des Beschichtungsvorhangs 116 wird dabei jedoch so eingestellt, dass der Beschichtungsvorhang 116 in einer Auftreff¬ linie 118 auf die Substratoberfläche 111 auftrifft, wobei eine beliebige, von der Achse 122 der Beschichtungswalze 112 ausgehende senkrechte Verbindung zwischen der Achse 122 und der Auftrefflinie 118 um einen Winkel α gegenüber der Vertikalen ver¬ kippt ist. Für diesen Winkel α haben sich die Winkel in einem Bereich zwischen 4,9° und 16,6°, vorteilhafter Weise bei ca. 8,2°, als besonders vorteilhaft erwiesen für die oben angegebene Kombination von Beschichtungsflüssigkeit, Substratgeschwindigkeit und Anordnungsgeometrie.
In Figur 3 sind die bei der Beschichtung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 auftretenden Maße, Winkel und Geschwindigkeiten schematisch darge¬ stellt. Dabei ist vernachlässigt, dass das Substrat 110 eine endliche Dicke aufweist, so dass in der vereinfachten Darstellung gemäß Figur 3 ein Auftreffen des Beschich¬ tungsvorhangs 116 direkt auf die Beschichtungswalze 112 in der Auftrefflinie 118 an¬ genommen wird. Die dabei angenommenen Vereinfachungen sind in der Praxis regel¬ mäßig vernachlässigbar, da typische Substrate 110 eine im Vergleich zum Radius R der Beschichtungswalze 112 vernachlässigbare Dicke aufweisen.
Wiederum ist in Figur 3 die „12-Uhr-Position" 310 dargestellt, also eine virtuelle Auf¬ trefflinie, welche sich senkrecht oberhalb der Achse 122 der Beschichtungswalze 112 befindet. Gemäß Figur 2 wird jedoch der flüssige Beschichtungsvorhang 116 relativ zur Achse 122 der Beschichtungswalze 112 in horizontaler Richtung um einen Abstand Δx verschoben. Bei der oben genannten Kombination von Beschichtungsflüssigkeit, Sub¬ stratgeschwindigkeit und Anordnungsgeometrie liegt dieser Abstand Δx vorteilhafter Weise in einem Bereich zwischen 15 mm und 50 mm, besonders vorteilhaft bei ca. 25 mm. Dies entspricht dem oben genannten Bereich besonders vorteilhafter Winkelein¬ stellungen für den Winkel α.
Weiterhin ist in Figur 3 symbolisch das Verhältnis zwischen der Substratgeschwindig¬ keit vs 312 und der Auftreffgeschwindigkeit vc 314 des flüssigen Beschichtungsvor¬ hangs 116 in der Auftreff linie 118 dargestellt (wobei die Länge der Vektorpfeile jedoch nicht maßstäblich ist - die Substratgeschwindigkeit 312 ist im genannten Ausführungs¬ beispiel um ca. zwei Größenordnungen größer als die Auftreffgeschwindigkeit 314). Beide Geschwindigkeitsvektoren 312 und 314 schließen dabei in der Auftreff linie 118 einen spitzen Winkel γ ein, welcher sich als Komplementwinkel des Winkels α zu 90° berechnet (γ = 90° - α). Erfindungsgemäß ist dieser Winkel γ kleiner als 90° und wird vorteilhafter weise auf einen Bereich von 85,1° bis 73,4° eingestellt, besonders vorteil¬ haft jedoch auf einen Bereich von ca. 81 ,7° bis 81 ,8°. Es hat sich gezeigt, dass insbe¬ sondere für die oben angegebene Kombination aus Beschichtungsflüssigkeit, Anord¬ nungsgeometrie und Substratgeschwindigkeit bei dieser Winkeleinstellung der Einfluss der Fersenbildung auf die Qualität des Films 120 minimiert und somit die Qualität des Films 120 optimiert wird. Das Skalarprodukt der Vektoren vs 312 und vc 314 ist in dieser Anordnung positiv. Für die genannte Substratgeschwindigkeit 312 von ca. 1500 m/min, die Auftreffgeschwindigkeit 314 von ca. 1,4 m/s und einen Winkel γ von 81 ,7° ergibt sich somit ein Skalarprodukt von ca. 300 m2/s2. Erfindungsgemäß sollte dieses Skalarprodukt größer sein als Null. Mit den genannten bevorzugten Winkelbereichen für den Winkel γ, Substratgeschwindigkeiten 312 zwischen 10 und 2000 m/min und Auftreffgeschwindigkeiten 314 zwischen 0,5 und 5 m/s (wobei jeweils auch andere Ein¬ stellungen der genannten Größen möglich sind) ergibt sich für das Skalarprodukt ein weiter Bereich zwischen ca. 0,4 und ca. 3000 m2/s2. Besonders bevorzugt liegt das Skalarprodukt zwischen 1 und 2000 m2/s2 und ganz besonders bevorzugt im Bereich zwischen 100 und 1000 m2/s2 und idealerweise, wie bereits genannt, im Bereich von ca. 300 m2/s2.
In Figur 4 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Vorhangbeschichters 410 dargestellt, mit welchem sich beispielsweise eine Beschichtung gemäß dem Ausfüh¬ rungsbeispielen gemäß Figur 2 (bzw. Figur 3) umsetzen lässt. Der Vorhangbeschichter 410 weist wiederum eine Beschichtungswalze 112 auf, über welche ein flexibles Sub¬ strat 110, beispielsweise eine Kunststofffolie, geführt wird. Weiterhin weist der Vorhangbeschichter 410 einen Vorhangerzeuger 412 mit einer Düsenspitze 414 auf, welcher einen frei fallenden flüssigen Beschichtungsvorhang 116 erzeugt. Der flüssige Beschichtungsvorhang 116 trifft entlang der Auftrefflinie 118 auf das Substrat 110. Der Abstand s zwischen der Düsenspitze 414 und der Auftrefflinie 118 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls Δs = 100 mm, wobei jedoch wiederum auch andere Ein¬ stellungen möglich sind.
Die Position des Vorhangerzeugers 412 relativ zur Beschichtungswalze 112 lässt sich in diesem Ausführungsbeispiel in einem weiten Bereich einstellen, was in Figur 4 durch den Doppelpfeil 416 symbolisch dargestellt ist. Dabei kann es sich um eine Einstellung entlang einer linearen Achse 416, wie in Figur 4 dargestellt, handeln, oder alternativ auch um eine Einstellung entlang einer gekrümmten Achse. Letzteres bietet beispiels¬ weise die Möglichkeit, dass die Position des Vorhangerzeugers 412 in horizontaler Richtung eingestellt wird, wobei gleichzeitig der Abstand Δs zwischen Düsenspitze 414 und Auftreff linie 118 konstant gehalten wird. Die in Figur 4 dargestellt Anordnung er¬ laubt insbesondere eine Einstellung der oben genannten bevorzugten Beschichtungs- position in einem der genannten Winkel α relativ zur Vertikalen.
Weiterhin weist der in Figur 4 dargestellte Vorhangerzeuger 410 eine Unterdruckvor- richtung 418 auf. Dabei handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um eine kom¬ merzielle Unterdruckvorrichtung 418, wie sie beispielsweise aus der EP 0 906 789 B1 bekannt ist. Diese kommerzielle Unterdruckvorrichtung 418 wurde jedoch dahingehend modifiziert, dass die Unterdruckvorrichtung 418 in ihrer Position relativ zur Beschich- tungswalze 1«12 einstellbar ist. Zu diesem Zweck weist die in Figur 4 dargestellte Vor- richtung eine Haltevorrichtung 420 auf, welche über eine Führungsnut 422 in Form eines zur Achse 122 der Beschichtungswalze 112 konzentrischen gekrümmten Lang¬ lochs verfügt. Die Unterdruckvorrichtung 418 ist über Schraubenpaare 424 in dieser Führungsnut 422 fixierbar und somit in ihrer Position einstellbar. Die Einstellung kann dabei derart erfolgen, dass die Unterdruckvorrichtung 418 konzentrisch um die Achse 122 der Beschichtungswalze 112 gedreht werden kann, wobei der Abstand zwischen der Unterdruckvorrichtung 418 und der Substratoberfläche 111 konstant gehalten wird. Dadurch wird die Position eines Einflussbereiches 426, innerhalb dessen die Unter¬ druckvorrichtung 418 eine Luftgrenzschicht über dem Substrat 110 beeinflusst, entlang der Substratoberfläche 111 verschoben. Somit lässt sich auch ein Abstand d zwischen dem Einflussbereich 426 der Unterdruckvorrichtung 418 und der Auftrefflinie 118 des flüssigen Beschichtungsvorhangs 116 durch entsprechende Positionierung der Unter¬ druckvorrichtung 418 einstellen. Diese Ausgestaltung ermöglicht, dass, nach Optimie¬ rung der Auftreff linie 118, auch die Position der Unterdruckvorrichtung 418 optimiert werden kann, um einen negativen Einfluss der Luftgrenzschicht auf die Beschich- tungsqualität zu minimieren.
In Figur 5 ist schematisch ein Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens darge¬ stellt, bei welchem eine erfindungsgemäße Anordnung, beispielsweise die in Figur 4 dargestellte Anordnung 410, eingesetzt wird. Die dargestellten Verfahrensschritte müs- sen nicht notwendiger Weise in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, und es könnten auch zusätzliche, in Figur 5 nicht dargestellte Verfahrensschritte durchgeführt werden. In Schritt 510 wird zunächst mittels des Vorhangerzeugers 412 der flüssige Beschich- tungsvorhang 116 erzeugt. Dieser trifft entlang der Auftrefflinie 118 auf das bewegte Substrat 110. In Verfahrensschritt 512 wird die Position des Vorhangerzeugers 412 derart relativ zur Substratfördervorrichtung 112, beispielsweise zur Beschichtungswal- ze 112, eingestellt, dass die Beschichtungsqualität der Vorhangbeschichtung optimal ist. Dabei wird insbesondere der Einfluss der oben beschriebenen Fersenbildung mi¬ nimiert.
Anschließend wird in Verfahrensschritt 514 die Position der Unterdruckvorrichtung 418 derart eingestellt, dass Lufteinschlüsse bei der Beschichtung minimiert werden. Dabei kann insbesondere der Abstand d zwischen dem Einflussbereich 426 der Unterdruck¬ vorrichtung 418 und der Auftrefflinie 118 des flüssigen Beschichtungsvorhangs 116 auf einen der oben genannten Werte eingestellt werden.
Bezugszeichenliste
110 Flexibles Substrat 111 Substratoberfläche
112 Beschichtungswalze
114 Drehrichtung
116 Flüssiger Beschichtungsvorhang
1 18 Auftrefflinie 120 Film
122 Achse der Beschichtungswalze 112
124 Ferse
310 Virtuelle Auftreff linie bei Beschichtung in „12-Uhr-Position"
312 Substratgeschwindigkeit 314 Auftreffgeschwindigkeit
410 Vorhangbeschichter
412 Vorhangerzeuger
414 Düsenspitze
416 Einstellmöglichkeit der Position des Vorhangerzeugers 412 418 Unterdruckvorrichtung
420 Haltevorrichtung
422 Führungsnut
424 Schraubenpaare
426 Einflussbereich der Unterdruckvorrichtung 510 Erzeugung des Beschichtungsvorhangs
512 Optimierung der Position des Vorhangerzeugers
514 Einstellung der Position der Unterdruckvorrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Vorhangbeschichter (410) zur Beschichtung einer Substratoberfläche (111) eines bewegten Substrates (110) mittels eines flüssigen Beschichtungsvorhangs (116) mit a) einem Vorhangerzeuger (412) zur Erzeugung des flüssigen Beschichtungs¬ vorhangs (116), wobei der flüssige Beschichtungsvorhang (116) entlang einer Auftrefflinie (118) auf die Substratoberfläche (111) auftrifft;
b) einer Substratfördervorrichtung (112); und
c) einer Unterdruckvorrichtung (418) zur lokalen Beeinflussung einer Gasgrenz- schicht über der Substratoberfläche (111) innerhalb eines Einflussbereiches
(426), wobei die Unterdruckvorrichtung (418) in Bewegungsrichtung des Sub¬ strates vor der Auftrefflinie (118) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdruckvorrichtung (418) relativ zur Auf- trefflinie (118) des flüssigen Beschichtungsvorhangs (116) auf der Substratober¬ fläche (111) bewegbar angeordnet ist.
2. Vorhangbeschichter (410) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der Vorhangerzeuger (412) derart relativ zur Substratförder- Vorrichtung (112) bewegbar ist, dass die Position der Auftrefflinie (118) des flüs¬ sigen Beschichtungsvorhangs (116) auf die Substratoberfläche (111) relativ zur Substratfördervorrichtung (112) einstellbar ist.
3. Vorhangbeschichter (410) gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdruckvorrichtung (418) mittels einer Hal¬ tevorrichtung (420) ortsfest zur Substratfördervorrichtung (112) gehaltert ist, wo¬ bei die Halterung in mindestens zwei verschiedenen Positionen erfolgen kann.
4. Vorhangbeschichter (410) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (420) mindestens eine Führungsnut
(422) aufweist, entlang welcher die Unterdruckvorrichtung (418) bewegbar ist.
5. Vorhangbeschichter (410) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass der Einflussbereich (426) der Unterdruckvorrichtung (418) einen Abstand d entlang der Substratoberfläche (111) von der Auftreff linie (118) des flüssigen Beschichtungsvorhangs (116) aufweist, wobei die Unter¬ druckvorrichtung (418) derart bewegbar angeordnet ist, dass der Abstand d auf einen Wert in einem Bereich von 3 mm bis 50 mm, vorzugsweise in einem Be¬ reich von 3 bis 30 mm und besonders bevorzugt in einem Bereich von 3 bis 15 mm einstellbar ist.
6. Vorhangbeschichter (410) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet,
- dass der flüssige Beschichtungsvorhang (116) in der Auftrefflinie (118) des flüssigen Beschichtungsvorhangs (116) eine Auftreffgeschwindigkeit vc (314) aufweist; und
- dass das Substrat in der Auftrefflinie (118) des flüssigen Beschichtungsvor¬ hangs (116) eine Substratgeschwindigkeit vs (312) aufweist;
- wobei die Geschwindigkeiten vc (314) und vs (312) einen spitzen Winkel γ einschließen, dergestalt, dass das Skalarprodukt vs ■ vc = vs • vc cos γ grö- ßer ist als Null.
7. Vorhangbeschichter (410) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der Winkel γ im Bereich von 73,4° bis 85,1°, vorzugsweise im Bereich von 78,4° bis 85,1° und besonders bevorzugt im Bereich von 81 ,7° und 81 ,8° liegt.
8. Vorhangbeschichter (410) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass die Substratfördervorrichtung (112) mindestens eine Beschichtungswalze (112) aufweist, wobei die mindestens eine Beschichtungs- walze (112) im Wesentlichen eine Form eines Kreiszylinders aufweist.
9. Verfahren zur Vorhangbeschichtung eines bewegten Substrates (110) mittels eines flüssigen Beschichtungsvorhangs (116) unter Verwendung eines Vorhang- beschichters (410) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeich- net durch folgende Verfahrensschritte: a) mittels eines Vorhangerzeugers (412) wird ein flüssiger Beschichtungsvor- hang (116) erzeugt, wobei der flüssige Beschichtungsvorhang (116) entlang einer Auftrefflinie (118) auf das bewegte Substrat (110) auftrifft;
b) der Vorhangerzeuger (412) wird in seiner Position derart relativ zur Substrat¬ fördervorrichtung (112) des Vorhangbeschichters (410) eingestellt, dass die Beschichtungsqualität der Vorhangbeschichtung optimal ist; und
c) die Unterdruckvorrichtung (418) wird derart in ihrer Position relativ zur Auf- trefflinie (118) eingestellt, dass Lufteinschlüsse bei der Beschichtung mini¬ miert werden.
10. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in*Verfahrensschritt b) die Position des Vorhangerzeuger (412) derart ein- gestellt wird, dass der flüssige Beschichtungsvorhang (116) in der Auftrefflinie
(118) des flüssigen Beschichtungsvorhangs (116) eine Geschwindigkeit Vc (314) aufweist, wobei das Substrat (110) in der Auftrefflinie (118) des flüssigen Be¬ schichtungsvorhangs (116) eine Substratgeschwindigkeit Vs (312) aufweist, der¬ gestalt, dass die Geschwindigkeiten Vc (314) und Vs (312) einen spitzen Winkel γ einschließen, wobei das Skalarprodukt vs " vs = vs ' vc ' cos T größer ist als
Null.
11. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel γ im Bereich von 73,4° bis 85,1°, vorzugsweise im Bereich von 78,4° bis 85,1 ° und besonders bevorzugt im Bereich von 81 ,7° und 81 ,8° liegt.
12. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt c) die Unterdruckvorrichtung (418) derart in ihrer Position eingestellt wird, dass der Einflussbereich (426) der Unter- druckvorrichtung (418) einen Abstand d entlang der Substratoberfläche (111) von der Auftrefflinie (118) des flüssigen Beschichtungsvorhangs (116) in einem Be¬ reich von 3 mm bis 50 mm, vorzugsweise in einem Bereich von 3 bis 30 mm und besonders bevorzugt in einem Bereich von 3 bis 15 mm aufweist.
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