WO2024078760A1 - Vorrichtung und verfahren zum auftragen und aushärten einer polymerschicht auf einem zylindrischen körper - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum auftragen und aushärten einer polymerschicht auf einem zylindrischen körper Download PDF

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WO2024078760A1
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Christoph Gschossmann
Oliver Fechner
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Maschinenfabrik Kaspar Walter Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a device and a method for producing a polymer layer on a cylindrical substrate.
  • the invention relates to a device and a method for applying and curing such a polymer layer on the substrate.
  • Such a substrate can be, for example, a printing form that can be coated with a polymer coating material.
  • the term substrate or printing form is used below in particular as a generic term for gravure printing forms, relief printing forms or structural forms for embossing, but also for coating rollers or inking rollers.
  • a printing form and a polymer coating material for it are known from WO 2021/052641 Al.
  • the coating material is a polymer nanocomposite that can be built up as a single layer for printing forms.
  • the polymer nanocomposite is applied in flowable form to the cylindrical outside of the printing form and subsequently cured by irradiation with UV light.
  • the resulting polymer layer can be structured, for example, using infrared lasers to create a surface structure that has, for example, cells or structures for absorbing ink or for embossing, as is also described in WO 2021/052641 Al.
  • UV LEDs are increasingly being used, which rely on inerting the surface due to the predominant oxygen inhibition of the surface of the radical polymerization.
  • the requirements for the surface quality of the polymer coating are high, as this can directly affect the print quality if the cylindrical substrate is a printing cylinder, such as a gravure cylinder. An uneven polymer surface would result in a poor print image.
  • Coating a substrate with a polymer therefore requires a high level of precision in order to produce the polymer layer with the appropriate quality. This is especially true if the polymer layer is applied to a printing form, such as a gravure cylinder, because the quality of the polymer layer also influences the quality of the subsequent print. On the other hand, the coating must be efficient and cost-effective in order to be able to be used in a printing company, for example.
  • the invention is based on the object of specifying a layer production system for producing a polymer layer on a cylindrical substrate, with which flowable polymer can be applied to the substrate and subsequently cured.
  • the object is achieved according to the invention by a layer production system having the features of claim 1.
  • a method for producing a cured polymer layer is specified in the independent claim.
  • Advantageous embodiments are specified in the dependent claims.
  • a layer production system for producing a polymer layer on a cylindrical substrate comprising a coating device for coating the cylindrical substrate with a flowable polymer and producing the still flowable polymer layer; a curing device for curing a still flowable polymer layer on the substrate; a substrate holder for supporting the cylindrical substrate; a coating translation device for generating a translational movement of the coating device relative to the substrate in a longitudinal direction of the substrate; a curing translation device for generating a translational movement of the curing device relative to the substrate in a longitudinal direction of the substrate; a rotation device for moving the substrate supported in the substrate holder in a rotational direction; and a motion control which is designed to coordinate the movements by the two translation devices with the movement of the rotation device.
  • the coordination can achieve a spiral-shaped relative movement of the coating device or the curing device relative to the substrate surface.
  • the layer generation system it is possible to first coat the outer surface of the substrate with a polymer layer. To do this, the coating device moves relative to the surface of the substrate according to a spiral path.
  • the polymer After the polymer has been applied, it is cured using the curing device, which also moves in a spiral path relative to the surface of the substrate. It is not necessary to re-clamp the substrate. Instead, the substrate can remain in the substrate holder, which rotates the substrate during the coating process and subsequently during the curing process.
  • the coating device and the curing device are only moved in the longitudinal or translational direction.
  • the respective functional heads nozzle for dispensing the flowable polymer in the coating device; UV light device in the curing device
  • the coating device can therefore be moved relative to the rotating substrate.
  • the direction of translation can in particular be the longitudinal direction of the substrate, e.g. its central axis, while the substrate itself is rotated about its main axis or central axis.
  • the desired relative spiral movement can be achieved by the superimposed movement with the rotation of the substrate and the translation of the coating device. This allows the flowable material to be applied evenly to the surface of the substrate and takes a spiral path, whereby the path elements should be placed next to each other without gaps so that the remaining small gap can be easily closed by the action of a doctor blade (explained later), e.g. a smoothing doctor blade.
  • the spiral movement can be set so precisely that practically no gaps arise between the adjacent layers.
  • the curing device for curing the polymer can also be moved relative to the rotating substrate.
  • the translation direction can be in particular the longitudinal direction of the substrate, e.g. its central axis, while the substrate itself is rotated about its main axis or central axis.
  • the superimposed movement with the rotation of the substrate and the translation of the curing device can achieve the desired relative Spiral movement can be achieved.
  • This allows the polymer to be cured evenly on the surface of the substrate.
  • the polymer can be cured seamlessly and effectively due to the spiral path of the UV radiation.
  • the coating device can comprise: a feed nozzle for applying the material to a substrate; a smoothing blade which is arranged downstream of the feed nozzle and can be designed to smooth a surface of the material applied to the substrate; and a force generating device for applying a force to the smoothing blade; wherein the force that can be applied to the smoothing blade by the force generating device can be variable; and wherein the force generating device can comprise a force control for adjusting the force that can be applied to the smoothing blade by the force generating device.
  • the cylindrical substrate to be coated can be rollers of all kinds, in particular printing forms, such as gravure forms or cylinders, structural forms or cylinders, embossing forms or cylinders and relief printing forms or cylinders or coating rollers as well as inking rollers, e.g. for flexographic printing.
  • printing forms such as gravure forms or cylinders, structural forms or cylinders, embossing forms or cylinders and relief printing forms or cylinders or coating rollers as well as inking rollers, e.g. for flexographic printing.
  • the flowable material can in particular be a flowable polymer material.
  • the polymer can be a polymeric coating material as described in WO 2021/052641 Al.
  • the polymer can be a coating material for coating a printing form, comprising a liquid starting material that is polymerizable by UV light to form a polymer matrix, a filler that has a sub-microscale size, wherein the coating material contains a further filler in addition to the sub-microscale filler, wherein the sub-microscale filler is in particle form and its size is in a range between 100 nm and 999 nm, wherein the further filler is a nanoscale filler, such that the further filler has filler particles with a nanoscale size in a range between 1 nm and 99 nm, wherein the sub-microscale filler consists of at least one metal oxide and/or a semi-metal oxide selected from metal oxide-coated mica, TiCU or (Sn, Sb)O2, wherein the nanoscale filler is metal and/or semi-metal oxides selected from Al2O3, Si
  • the smoothing blade is arranged downstream of the feed nozzle and is suitable for smoothing the layer of material applied to the substrate and, in particular, for closing gaps and gaps that have arisen between adjacent layers of material when the material was applied.
  • the smoothing blade is pressed onto the material layer using the force generating device, whereby the contact pressure is ideally regulated. Too much contact pressure leads to a large change in the layer thickness distribution, while too little contact pressure prevents the transition gap between the adjacent layers from closing. It has been shown that due to different viscosities, surface tensions and other material variables, different surface pressures should be possible with the smoothing blade.
  • the smoothing blade can consist of a thin plastic sheet that can be suitably deformed so that it adapts to the surface of the material to be smoothed.
  • the force generating device is designed to deflect and move the smoothing blade from its rest position.
  • the rest position is a starting position in this respect.
  • the layer thickness of the material can be, for example, 10 to 500 / ⁇ m, in particular 10 to 250 / ⁇ m as the target layer thickness.
  • the deviation from the target layer thickness should be slight and, for example, in a range of up to ⁇ 5% or up to ⁇ 3%.
  • the curing device may comprise: a UV light device for generating UV light and providing the UV light at a light opening; a Light opening arranged curing gap; an inert gas supply device for supplying inert gas to the curing gap upstream of the light opening; an inert gas flow through the curing gap; and an oxygen measuring device for measuring the oxygen content in the inert gas downstream of the light opening.
  • the polymer material was suitably applied to the outer surface of the substrate before the curing process and is still flowable in this state, i.e. before curing.
  • the UV light device generates UV light that exits the light opening and from there can reach the polymer layer to be cured on the substrate directly.
  • the curing gap is arranged in front of the light opening and forms a narrow inerting and irradiation channel. The formation of the curing gap or channel can be ensured by means of precise positioning of the curing device relative to the polymer surface (and thus the substrate surface), as will be explained later.
  • the curing gap is at least partially open to the polymer layer to be cured.
  • the curing gap is at least partially open on its side facing the substrate.
  • the curing gap can have a gas inlet for letting in the inert gas and a gas outlet for discharging the inert gas.
  • the light opening is arranged opposite the polymer layer in order to enable curing of the polymer layer by irradiation with UV light.
  • the oxygen measuring device is used to measure the oxygen content in the inert gas discharged from the light opening.
  • the residual oxygen content in the inert gas is measured.
  • the inert gas In order to achieve the desired protective effect of the inert gas on the polymer layer, the inert gas must have a certain concentration, which can be determined indirectly by measuring the residual oxygen content in the inert gas stream.
  • the oxygen measuring device can have a lambda probe (X probe). Based on the measurement results of the residual oxygen measurement, the required amount of inert gas can be set and supplied at the upstream end via the inert gas supply device. This ensures that there is always a sufficient supply of inert gas in the curing gap during UV irradiation. On the other hand, it can also prevent too much inert gas from being consumed, so that the curing process can be carried out economically and in a way that conserves resources. Nitrogen is particularly suitable as an inert gas, as it provides sufficient inerting effect.
  • the curing device allows curing of a polymer layer on a cylindrical substrate, regardless of the shape or format of the substrate.
  • the coating device and optionally the curing device can move longitudinally along the outer surface of the substrate parallel to the main axis of the cylindrical substrate.
  • the coating device and/or the curing device can each perform a spiral movement relative to the substrate. This is due to the fact that the substrate can be rotated in the direction of rotation, while the coating device and the curing device perform a translational movement on the long side of the substrate. The resulting relative movement then corresponds to a spiral movement.
  • the spiral movement enables both the coating device when applying the flowable polymer and the curing device when curing the polymer layer produced on the substrate to cover the desired cylindrical surface of the substrate.
  • a coating positioning device may be provided for the coating device for positioning the coating device relative to the substrate in the radial direction of the substrate.
  • the coating positioning device can comprise a distance control device, wherein the distance control device can comprise a distance measuring device for measuring the distance between the coating device and the substrate, and wherein the distance control device can comprise a distance setting device for adjusting the distance of the coating device to the substrate such that the distance corresponds to a predetermined value.
  • the distance measurement can be carried out inductively, capacitively or laser-based, so that the distance can be adjusted variably and mechanically precisely.
  • the distance measuring device therefore represents a distance sensor.
  • a curing positioning device can be provided for the curing apparatus for positioning the UV light device.
  • the curing positioning device can - like the coating positioning device - have a distance control device, wherein the distance control device can have a distance measuring device for measuring the distance between the curing device and the substrate, and wherein the distance control device can have a distance setting device for adjusting the distance of the curing device to the substrate such that the distance corresponds to a predetermined value.
  • the distance measurement for the hardening device can also be carried out inductively, capacitively or laser-based, so that the distance can be adjusted variably and mechanically precisely.
  • the distance measuring device represents a distance sensor.
  • a method for producing a polymer layer on a cylindrical substrate comprising the steps:
  • the substrate should be suitably supported in the substrate holder so that the substrate surface is easily accessible.
  • Fig. 1 shows a coating system for applying a polymer layer to a cylindrical substrate
  • Fig. 2 shows a coating device as part of the coating system of Fig. 1, for coating a cylindrical substrate with a polymer
  • Fig. 3 is a sectional side view of the device of Fig. 2;
  • Fig. 4 is an enlarged detail “C” from Fig. 2;
  • Fig. 5 shows a curing system for curing a polymer layer on a cylindrical substrate
  • Fig. 6 shows a curing device as part of the curing system of Fig. 5;
  • Fig. 7 is an enlarged detail of the hardening device of Fig. 6;
  • Fig. 8 is a partial sectional side view of the hardening device of Fig. 6 -
  • Fig. 1 shows a perspective view of a coating system as part of a layer production system for producing a polymer layer on a cylindrical substrate 1.
  • the substrate 1 is a printing form, namely a gravure cylinder for use in gravure printing.
  • the gravure cylinder is to be coated with a flowable polymer.
  • a flowable polymer This can, for example, be the nanocomposite known from WO 2021/052641 Al.
  • the polymer coating of the gravure cylinder is suitable for creating small depressions, so-called cells, by laser treatment, in particular with a near-field infrared laser (NIR), which can absorb the printing ink and transfer it to the object to be printed.
  • NIR near-field infrared laser
  • the polymer layer must have a relatively small thickness (layer thickness) of e.g. 10 zzm to 500 /zm, in particular 10 /zm to 250 /zm.
  • the substrate 1 or the gravure cylinder is held rotatably in a direction of rotation R in a holder (not shown).
  • a coating device 2 is provided on the outside of the substrate 1 and can be moved in a translation direction X along the outside of the substrate 1. The coating device 2 is used to apply the still flowable polymer material to the cylindrical surface of the substrate 1.
  • the coating device 2 When the translational movement of the coating device 2 in the translation direction X and the rotation of the substrate 1 in the rotation direction R are superimposed, the coating device 2 performs a spiral movement relative to the outside of the substrate 1, as shown in Fig. 1 by an arrow S.
  • This allows flowable polymer material with a width of e.g. a few millimeters, e.g. 5 mm to 30 mm, to be applied to the outside of the substrate 1 using the coating device 2.
  • the spiral relative movement allows one polymer layer to be applied next to the other in a spiral or helical manner, so that ultimately the entire surface of the substrate or part of it is uniformly covered with a polymer layer.
  • smoothing elements explained later, a gap that arises between the adjacent polymer layers can be uniformly closed so that a uniform, homogeneous polymer layer is created.
  • the coating device 2 In order to apply the polymer material, it is necessary for the coating device 2 to maintain a uniform, very close distance from the substrate surface.
  • the coating device 2 can be moved in the radial direction Z of the substrate 1 by a coating positioning device (not shown).
  • the coating positioning device can have a distance control device with a distance measuring device 3.
  • the distance measuring device 3 can work inductively, capacitively or laser-based as a distance sensor and support the distance control.
  • Fig. 2 to 4 show the coating device 2 in detail, wherein Fig. 2 shows a main section, Fig. 3 shows a sectional side view of Fig. 2 and Fig. 4 shows an enlarged detail C of Fig. 2.
  • the coating device 2 has a carrier body 5.
  • a feed nozzle 6 is held in the carrier body 5, to which coating material 7 is fed in the form of flowable polymer material.
  • the coating material 7 can be fed by a continuous, pulsation-free and precise material feed, eg with the aid of syringe pumps or eccentric screw pumps (dispensers).
  • the feed nozzle 6 has a cylindrical material feed 8 which tapers conically towards an outlet opening 9.
  • the outlet opening 9 can have a depth T of e.g. 1 to 3 mm and a width B of 5 to 30 mm, although other dimensions are also possible.
  • the feed nozzle 6 can taper towards the outlet opening 9 (material outlet) with a taper angle.
  • a taper angle a of e.g. 1° to 7° ensures a laminar flow and an increasing fluid velocity of the coating material 7 shortly before the material emerges.
  • a smoothing blade 10 is attached to the carrier body 5 in order to smooth the surface of the polymer material applied to the substrate 1.
  • the smoothing blade 10 can be a plastic sheet, for example.
  • the plastic surface of the smoothing blade 10 is well suited to achieving the desired surface quality on the smoothed polymer.
  • a support squeegee 11 is arranged on the back of the smoothing squeegee 10 over the entire back surface of the smoothing squeegee 10.
  • the support squeegee 11 can be made of spring steel. The support squeegee 11 thus supports the shape of the smoothing squeegee 10 and ensures that the smoothing squeegee 10 exerts a sufficiently large pressure on the polymer to be smoothed or spread.
  • Fig. 4 shows the smoothing squeegee 10 and the supporting squeegee 11 in an enlarged view.
  • a return blade 12 is provided, which is also made of steel or spring steel and extends over a partial surface of the smoothing blade 10 (Fig. 4).
  • the return blade 12 can extend over half or a third of the surface of the smoothing blade 10.
  • the squeegees 10, 11, 12 are jointly attached laterally to a squeegee attachment 13 on the carrier body 5.
  • a pressure piston 14 is provided on the rear of the smoothing squeegee 10, which is actuated and moved by a pneumatic cylinder 15, which in turn is controlled by compressed air via a pneumatic supply 16.
  • the compressed air in the pneumatic cylinder 15 can press the pressure piston 14 downwards against the support squeegee 11 and thus the smoothing squeegee 10, thus pressing the support squeegee 11 with the smoothing squeegee 10 against the reset squeegee 12.
  • the reset squeegee 12 exerts a counterforce against the effect of the pressure piston 14, so that a balance of forces is established depending on the applied air pressure. This allows the contact force of the smoothing squeegee 10 against the polymer material to be smoothed to be precisely adjusted.
  • the contact pressure of the smoothing blade 10 on the applied polymer layer can be adjusted using a control system. Too much contact pressure leads to a large change in the layer thickness distribution, while too little contact pressure prevents the transition gap between the individual spiral coatings from closing. It has been shown that due to different viscosities, surface tensions and other material variables, a range of surface pressures of the smoothing blade 10 on the polymer material must be feasible.
  • the width of the smoothing blade 10 can be two to three times or up to five times or up to ten times the width of a spiral layer in order to ensure a large contact surface and uniform layer homogenization.
  • Fig. 5 shows a curing system as a further part of the layer production system for producing a polymer layer on a cylindrical substrate.
  • the components shown in Fig. 5 can in particular represent a supplement to the components shown in Fig. 1, so that the entire layer production system combines the components of Figs. 1 and 5, i.e. first the application of a layer of a flowable polymer on the substrate 1 and then the curing of the polymer layer on the substrate 1.
  • the substrate 1 is already covered with a flowable polymer layer, which now has to be cured in order to become dimensionally stable and to be able to serve its actual purpose, e.g. as a gravure printing roller.
  • the substrate 1, e.g. the gravure roller is - as in the system of Fig. 1 - still held in the holder (not shown) and rotated in the direction of rotation R.
  • a curing device 20 is arranged on the circumference of the substrate 1, which cures the polymer layer with the aid of UV light.
  • the entire layer production system formed with components of Fig. 1 and 5 can thus have the coating device 2 shown in Fig. 1 and the curing device 20.
  • This allows a polymer layer to be applied to the outer surface of the substrate 1 by the coating device 2 and then cured by the curing device 20 using UV light irradiation.
  • the substrate 1 can be rotated about its main or longitudinal axis, while the coating device 2 on the one hand and the curing device 2 on the other hand are moved along the outer surface.
  • the curing device 20 has not only a UV light device 21, but also an inert gas supply device 22.
  • the curing device 20 also has a curing translation device (not shown) with which the curing device 20 can be moved in a translation direction X along the longitudinal axis of the substrate 1. In parallel, the substrate rotates in the direction of rotation R, resulting in the spiral movement S. In this way, the curing device 20 can use the UV light device 21 to cover the entire surface of the polymer layer applied to the outer surface of the substrate 1 and thus cure the polymer.
  • the hardening device 20 also has a hardening positioning device (not shown) with a distance control device in order to be able to adjust the distance of the hardening device 20 in the direction Z, ie in the direction of the surface of the substrate 1 (radial direction of the substrate 1).
  • a distance measuring device device 23 Precise maintenance of the distance is important in order to achieve a satisfactory hardening result.
  • Fig. 6 shows the curing device 20 in an enlarged sectional view.
  • the curing device 20 is shown in relation to two substrates 1a, 1b of different sizes in order to illustrate that the curing device 20 can be used for substrates 1 with significantly different diameters.
  • the curing device 20 has the UV light device 21, which is arranged vertically in the example shown and at the bottom of which the UV light can exit via a light opening 21a (Fig. 7), as will be explained later.
  • the inert gas supply device 22 arranged to the right of the UV light device 21 in Fig. 6 has a gas supply line 24 through which inert gas is supplied from a storage device, e.g. a gas bottle or a gas tank. Nitrogen is particularly suitable as an inert gas.
  • the flow of the inert gas to the light opening 21a of the UV light device 21 is regulated by a mass flow controller 25. This will be explained in more detail later.
  • Fig. 7 shows the area below the UV light device 21 in an enlarged view compared to Fig. 6.
  • the light opening 21a which serves as the exit opening of the UV light device 21 and from which the UV light exits in order to irradiate the polymer material, is covered by a UV-transparent quartz glass cover 26.
  • a curing gap 27 is formed between the UV light device 21 or the quartz glass cover 26 on the one hand and the spaced-apart surface of the substrate 1 covered with the polymer layer on the other hand.
  • the inert gas supply device 22 Upstream of the quartz glass cover 26 and the curing gap 27, the inert gas supply device 22 has a flushing nozzle 28, via which the inert gas can be introduced into the curing gap 27 via a gas inlet 29.
  • the flushing nozzle 28 is arranged at the end of a flushing funnel 30, which is followed by a flushing channel 31, as shown in Fig. 8.
  • Fig. 8 shows a section through the induction channel 31 of Fig. 7. It is clearly visible that the inert gas supplied via a gas line 32 from the mass flow controller 25 is fanned out in the induction funnel 30 and subsequently calmed down in the narrow induction channel 31.
  • the induction channel 31 which is also known as By using the inert gas as a calming section, a substantially laminar flow of the inert gas can be achieved, so that the inert gas is discharged over the entire width of the injection nozzle 28 and can cover polymer material on the substrates 1a, 1b before this area of the polymer material, which is then protected by inert gas, reaches the light opening 21a on the quartz glass cover 26 in the curing gap 27, where the UV irradiation takes place.
  • the inert gas After leaving the injection nozzle 28, it is to be expected that the inert gas will partially mix with atmospheric oxygen, since the area of the gas inlet 29 into the hardening gap 27 cannot be completely sealed off from the environment.
  • the hardening gap 27 is therefore not flowed through by pure inert gas, but by a gas mixture which, in addition to inert gas, will also contain residual oxygen components.
  • the sealing measures provided to reduce the ingress of ambient air and the measures to achieve a predetermined proportion of inert gas in the gas mixture will be explained later.
  • the hardening gap 27 Downstream of the quartz glass cover 26 or the hardening gap 27, i.e. after UV irradiation, the hardening gap 27 ends at a gas outlet 33.
  • a gas discharge device 34 with a measuring chamber 35 arranged downstream is provided there.
  • the gas discharge device 34 can in particular be designed as a gap and create a connecting channel from the end of the hardening gap 27 (gas outlet 33) to the measuring chamber 35. Part of the inert gas is thus discharged via the gas discharge device 34 or to the measuring chamber 35, while another part of the inert gas not captured by the gas discharge device 34 can escape to the environment.
  • the hardening gap 27 is sealed on all sides, i.e. on all four sides, by contactless seals, which are designed in particular in the form of doctor seals 36.
  • the doctor seals 36 have one or more sheet metal elements that are arranged in a staggered manner and represent flow obstacles so that the inert gas cannot flow out unhindered. In this way and in conjunction with a gas conveying device explained later, it can be achieved that only a relatively small part of the inert gas escapes into the environment, while the other part is sucked off via the measuring chamber.
  • a lambda probe (X-probe) 37 is provided in the measuring chamber 35 as part of an oxygen measuring device. With the help of the oxygen measuring device, the (residual) oxygen content in the inert gas downstream of the location of the UV irradiation at the light opening 21a. This allows the inflow amount of inert gas or the ratio of inert gas to oxygen to be regulated using the mass flow controller 25 in order to keep the residual oxygen content within a predetermined range on the one hand and thus also the inert gas content within a predetermined range on the other hand in order to ensure effective protection of the polymer surface from oxidation during UV irradiation.
  • the inert gas flow is brought about by means of a gas conveyor 38 which has an exhaust fan 39.
  • the exhaust fan 39 generates a negative pressure with which the gas mixture is sucked out of the inert gas feed device 22 via the curing gap 27.
  • the gas flow thus takes place via the gas supply line 24, the mass flow regulator 25, the gas line 32, the induction funnel 30, the induction nozzle 28, the hardening gap 27, the gas discharge device 34, the measuring chamber 35 and the exhaust fan 39.

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Abstract

Vorrichtung und Verfahren zum Aufträgen und Aushärten einer Polymerschicht auf einem zylindrischen Körper Es wird ein Schichterzeugungssystem zum Erzeugen einer Polymerschicht auf einem zylindrischen Substrat (1) angegeben, mit einer Beschichtungsvorrichtung (2) zum Beschichten des zylindrischen Substrats (1) mit einem fließfähigen Polymer und Erzeugen einer noch fließfähigen Polymerschicht; mit einer Härtungsvorrichtung (20) zum Härten der noch fließfähigen Polymerschicht auf dem Substrat (1); mit einer Substrataufnahme zum Tragen des zylindrischen Substrats; mit einer Beschichtungs-Translationseinrichtung zum Erzeugen einer Translationsbewegung der Beschichtungsvorrichtung (2) relativ zu dem Substrat (1) in einer Längsrichtung (X) des Substrats; mit einer Härtungs-Translationseinrichtung zum Erzeugen einer Translationsbewegung der Härtungsvorrichtung (20) relativ zu dem Substrat in der Längsrichtung (X) des Substrats; mit einer Rotationseinrichtung zum Bewegen des in der Substrataufnahme getragenen Substrats (1) in einer Rotationsrichtung (R); und mit einer Bewegungssteuerung, die ausgebildet ist, um die Bewegungen durch die beiden Translationseinrichtungen mit der Bewegung der Rotationseinrichtung zu koordinieren.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Aufträgen und Aushärten einer Polymerschicht auf einem zylindrischen Körper
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen einer Polymerschicht auf einem zylindrischen Substrat. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufträgen und Aushärten einer derartigen Polymerschicht auf dem Substrat.
Ein derartiges Substrat kann z.B. eine Druckform sein, die mit einem polymeren Beschichtungsmaterial beschichtet werden kann. Der Begriff Substrat bzw. Druckform soll nachfolgend insbesondere als Oberbegriff für Tiefdruckformen, Hochdruckformen oder Strukturformen zum Prägen, aber auch für Beschichtungswalzen oder Einfärbewalzen verwendet werden.
Aus der WO 2021 /052641 Al ist eine Druckform und ein polymeres Beschichtungsmaterial dafür bekannt. Bei dem Beschichtungsmaterial handelt es sich um ein polymeres Nanokomposit, das als Einzelschicht für Druckformen aufgebaut werden kann. Das polymere Nanokomposit wird in fließfähiger Form auf die zylindrische Außenseite der Druckform aufgetragen und nachfolgend durch Bestrahlung mit UV- Licht ausgehärtet. Die dadurch entstandene Polymerschicht kann z.B. mithilfe von Infrarotlasern strukturiert werden, um eine Oberflächenstruktur zu erzeugen, die z.B. Näpfchen oder Strukturen zur Farbaufnahme oder zur Prägung aufweist, wie dies auch in der WO 2021 /052641 Al beschrieben ist.
Das Aufträgen und Aushärten eines noch fließfähigen Polymers, wie z.B. des oben genannten Nanokomposits ist aufwändig. Die Aushärtung soll insbesondere mit UV- Licht erfolgen. Um eine effiziente und emissionsarme, d.h. ozonfreie, Aushärtung zu realisieren, werden dabei zunehmend UV-LEDs eingesetzt, die aufgrund der vorherrschenden Sauerstoffinhibierung der Oberfläche der radikalischen Polymerisation auf eine Inertisierung der Oberfläche angewiesen sind.
Die Anforderungen an die Oberflächenqualität der Polymerbeschichtung sind hoch, da diese unmittelbar die Druckqualität beeinflussen kann, wenn es sich bei dem zylindrischen Substrat um einen Druckzylinder, wie z.B. einem Tiefdruckzylinder handelt. Eine ungleichmäßige Polymeroberfläche würde sich in einem schlechten Druckbild niederschlagen.
Das Beschichten eines Substrats mit einem Polymer erfordert somit einerseits eine hohe Genauigkeit, um die Polymerschicht mit entsprechender Qualität zu erzeugen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Polymerschicht auf einer Druckform, wie z.B. einem Tiefdruckzylinder, aufgebracht ist, weil durch die Qualität der Polymerschicht auch die Qualität des späteren Drucks beeinflusst wird. Andererseits muss die Beschichtung effizient und kostengünstig erfolgen, um z.B. in einem Druckereibetrieb genutzt werden zu können.
Dies gilt auch für das Aushärten des Polymers nach dem Beschichtungsvorgang. Die Härtung muss effizient und zügig erfolgen können.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Schichterzeugungssystem zum Erzeugen einer Polymerschicht auf einem zylindrischen Substrat anzugeben, mit dem fließfähiges Polymer auf das Substrat ausgebracht und nachfolgend gehärtet werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schichterzeugungssystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Ein Verfahren zum Erzeugen einer ausgehärteten Polymerschicht ist im nebengeordneten Anspruch angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Es wird ein Schichterzeugungssystem zum Erzeugen einer Polymerschicht auf einem zylindrischen Substrat angegeben, mit einer Beschichtungsvorrichtung zum Beschichten des zylindrischen Substrats mit einem fließfähigen Polymer und Erzeugen der noch fließfähigen Polymerschicht; mit einer Härtungsvorrichtung zum Härten einer noch fließfähigen Polymerschicht auf dem Substrat; mit einer Substrataufnahme zum Tragen des zylindrischen Substrats; mit einer Beschichtungs- Translationseinrichtung zum Erzeugen einer Translationsbewegung der Beschichtungsvorrichtung relativ zu dem Substrat in einer Längsrichtung des Substrats; mit einer Härtungs-Translationseinrichtung zum Erzeugen einer Translationsbewegung der Härtungsvorrichtung relativ zu dem Substrat in einer Längsrichtung des Substrats; mit einer Rotationseinrichtung zum Bewegen des in der Substrataufnahme getragenen Substrats in einer Rotationsrichtung; und mit einer Bewegungssteuerung, die ausgebildet ist, um die Bewegungen durch die beiden Translationseinrichtungen mit der Bewegung der Rotationseinrichtung zu koordinieren.
Insbesondere kann durch die Koordination eine spiralförmige Relativbeweg der Beschichtungsvorrichtung bzw. der Härtungsvorrichtung relativ zu der Substratoberfläche erreicht werden. Mit dem Schichterzeugungssystem ist es möglich, zunächst die Mantelfläche des Substrats mit einem Polymerschicht zu beschichten. Dazu bewegt sich die Beschichtungsvorrichtung relativ zu der Oberfläche des Substrats entsprechend einer spiralförmigen Bahn.
Nach dem Aufträgen des Polymers erfolgt die Aushärtung mithilfe der Härtungsvorrichtung, die sich ebenfalls relativ zu der Oberfläche des Substrats entsprechend einer spiralförmigen Bahn bewegt. Ein Umspannen des Substrats ist dabei nicht erforderlich. Vielmehr kann das Substrat in der Substrataufnahme verbleiben, die das Substrat während des Beschichtungsvorgangs und nachfolgend während des Härtungsvorgangs dreht.
Die Beschichtungsvorrichtung und die Härtungsvorrichtung ihrerseits werden lediglich in Längs- bzw. Translationsrichtung bewegt. Zusätzlich können die jeweiligen Funktionsköpfe (Düse zum Ausbringen des fließfähigen Polymers bei der Beschichtungsvorrichtung; UV-Lichteinrichtung bei der Härtungsvorrichtung) auch hinsichtlich ihres Abstands zu der Substrat- bzw. Polymeroberfläche, also in Radialrichtung zum Substrat bewegt werden, wie später noch erläutert wird.
Die Beschichtungsvorrichtung kann also relativ zu dem sich drehenden Substrat bewegt werden. Die Translationsrichtung kann dabei insbesondere die Längsrichtung des Substrats, also z.B. deren Mittelachse sein, während das Substrat selbst um seine Hauptachse bzw. Mittelachse gedreht wird. Durch die überlagerte Bewegung mit der Rotation des Substrats und der Translation der Beschichtungsvorrichtung kann die gewünschte relative Spiralbewegung erreicht werden. Damit kann das fließfähige Material auf der Oberfläche des Substrats gleichmäßig ausgebracht werden und nimmt dabei eine spiralförmige Bahn, wobei die Bahnelemente lückenlos nebeneinander platziert sein sollten, so dass der verbleibende geringe Spalt problemlos durch die Wirkung eines später noch erläuterten Rakels, z.B. eines Glät- trakels verschlossen werden kann. Im Idealfall lässt sich die Spiralbewegung derart präzise einstellen, dass praktisch keine Spalte zwischen den nebeneinanderliegenden Lagen entstehen.
Entsprechend kann auch die Härtungsvorrichtung zum Aushärten des Polymers relativ zu dem sich drehenden Substrat bewegt werden. Die Translationsrichtung kann dabei insbesondere die Längsrichtung des Substrats, also z.B. deren Mittelachse sein, während das Substrat selbst um seine Hauptachse bzw. Mittelachse gedreht wird. Durch die überlagerte Bewegung mit der Rotation des Substrats und der Translation der Härtungsvorrichtung kann die gewünschte relative Spiralbewegung erreicht werden. Damit kann das Polymer auf der Oberfläche des Substrats gleichmäßig ausgehärtet werden. Insbesondere kann das Polymer aufgrund der sich einstellenden spiralförmigen Bahn der UV-Bestrahlung lückenlos und effektiv gehärtet werden.
Die Beschichtungsvorrichtung kann aufweisen: eine Zuführdüse zum Aufbringen des Materials auf ein Substrat; ein Glättrakel, das stromab von der Zuführdüse angeordnet ist und dazu ausgebildet sein kann, um eine Oberfläche des auf dem Substrat aufgebrachten Materials zu glätten; und eine Krafterzeugungseinrichtung zum Aufbringen einer Kraft auf das Glättrakel; wobei die von der Krafterzeugungseinrichtung auf das Glättrakel aufbringbare Kraft veränderbar sein kann; und wobei die Krafterzeugungseinrichtung eine Kraftsteuerung aufweisen kann, zum Einstellen der durch die Krafterzeugungseinrichtung auf das Glättrakel aufbringbaren Kraft.
Bei dem zu beschichtenden zylindrischen Substrat kann es sich um Walzen aller Art handeln, insbesondere um Druckformen, wie Tiefdruckformen oder -Zylinder, Strukturformen oder -Zylinder, Prägeformen oder -Zylinder sowie Hochdruckformen oder -Zylinder oder Beschichtungswalzen sowie Einfärbewalzen, z.B. für den Flexodruck.
Bei dem fließfähigen Material kann es sich insbesondere um ein fließfähiges Polymermaterial handeln.
Z.B. kann es sich um ein polymeres Beschichtungsmaterial handeln, wie es z.B. in der WO 2021 /052641 Al beschrieben ist. Insbesondere kann es sich bei dem Polymer um ein Beschichtungsmaterial zum Beschichten einer Druckform handeln, aufweisend ein flüssiges Ausgangsmaterial, das durch UV-Licht polymerisierbar ist, um eine Polymermatrix zu bilden, einen Füllstoff, der eine sub-mikroskalige Größe aufweist, wobei das Beschichtungsmaterial zusätzlich zu dem sub-mikroskaligen Füllstoff einen weiteren Füllstoff enthält, wobei der sub-mikroskalige Füllstoff in Partikelform vorliegt und dessen Größe in einem Bereich zwischen 100 nm und 999 nm liegt, wobei der weitere Füllstoff ein nanoskaliger Füllstoff ist, derart, dass der weitere Füllstoff Füllstoffpartikel mit einer nanoskaligen Größe in einem Bereich zwischen 1 nm und 99 nm aufweist, wobei der sub-mikroskalige Füllstoff aus wenigstens einem Metalloxid und/oder einem Halbmetalloxid besteht, ausgewählt aus metalloxidbeschichtetem Glimmer, TiCU oder (Sn, Sb)O2, wobei es sich bei dem nanoskaligen Füllstoff um Metall- und/oder Halbmetalloxide handelt, ausgewählt aus AI2O3, SiO2, TiÜ2, ZrÜ2 oder metallorganischen Partikeln, wobei der sub- mikroskalige Füllstoff kovalent in eine Polymermatrix des Ausgangsmaterials einbindbar ist, wobei der nanoskalige Füllstoff zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit enthalten ist, der kovalent in die Polymermatrix des Ausgangsmaterials einbindbar ist, und wobei durch den sub-mikroskaligen Füllstoff in dem Ausgangsmaterial eine Absorption von IR-Strahlung bewirkbar ist, die höher ist als eine Absorption ohne Füllstoff.
Das Glättrakel ist stromab von der Zuführdüse angeordnet und eignet sich dazu, die auf das Substrat aufgebrachte Materialschicht zu glätten und dabei insbesondere Zwischenräume und Spalte, die beim Aufträgen des Materials zwischen benachbarten Materiallagen entstanden sind, zu schließen.
Dazu wird das Glättrakel mit Hilfe der Krafterzeugungseinrichtung auf die Materialschicht aufgedrückt, wobei die Anpresskraft idealerweise geregelt ist. Eine zu große Anpresskraft führt zu einer großen Veränderung der Schichtdickenverteilung, während eine zu geringe Anpresskraft ein Schließen des Übergangsspalts zwischen den benachbarten Schichten verhindert. Es hat sich dabei gezeigt, dass aufgrund von unterschiedlichen Viskositäten, Oberflächenspannungen und anderen Materialvariablen verschiedene Flächenpressungen durch das Glättrakel realisierbar sein sollte.
Das Glättrakel kann aus einem dünnen Kunststoffblatt bestehen, das sich in geeigneter Weise verformen lässt, so dass es sich an die Oberfläche des zu glättenden Materials anpasst.
Die Krafterzeugungseinrichtung ist dazu ausgebildet, um das Glättrakel aus seiner Ruhestellung auszulenken und zu bewegen. Die Ruhestellung ist insoweit eine Ausgangsstellung. Mit Hilfe der Krafterzeugungseinrichtung und der damit gekoppelten Kraftsteuerung kann die durch die Krafterzeugungseinrichtung auf das Glättrakel aufgebrachte Kraft präzise eingestellt werden, damit das Glättrakel seinerseits mit der entsprechenden Kraft auf das zu glättende Material aufgedrückt wird.
Die Schichtstärke des Materials kann z.B. 10 bis 500 /im, insbesondere 10 bis 250 /zm als Soll-Schichtstärke betragen. Die Abweichung von der Soll-Schichtstärke sollte geringfügig sein, und z.B. in einem Bereich von bis zu ±5% oder bis zu ±3% liegen.
Die Härtungsvorrichtung kann aufweisen: eine UV-Lichteinrichtung zum Erzeugen von UV-Licht und Bereitstellen des UV-Lichts an einer Lichtöffnung; einen vor der Lichtöffnung angeordneten Härtungsspalt; eine Inertgaszuführeinrichtung zum Zuführen von Inertgas zu dem Härtungsspalt stromauf von der Lichtöffnung; einen Inertgasstrom durch den Härtungsspalt; und eine Sauerstoffmesseinrichtung zum Messen des Sauerstoffgehalts in dem Inertgas stromab von der Lichtöffnung.
Das Polymermaterial wurde vor dem Härtungsprozess in geeigneter Weise auf die Außenfläche des Substrats aufgetragen und ist aber in diesem Zustand, also vor der Härtung, noch fließfähig.
Die UV-Lichteinrichtung erzeugt UV-Licht, das an der Lichtöffnung austreten und von dort direkt auf die zu härtende Polymerschicht auf dem Substrat gelangen kann. Zu diesem Zweck ist der Härtungsspalt vor der Lichtöffnung angeordnet und bildet einen schmalen Inertisierungs- und Bestrahlungskanal. Die Bildung des Härtungsspalts bzw. des Kanals kann mit Hilfe einer genauen Positionierung der Härtungsvorrichtung relativ zu der Polymeroberfläche (und damit der Substratoberfläche) sichergestellt werden, wie später noch erläutert wird.
Der Härtungsspalt ist zu der zu härtenden Polymerschicht wenigstens teilweise offen. Insbesondere ist der Härtungsspalt an seiner zu dem Substrat gerichteten Seite wenigstens teilweise offen. Der Härtungsspalt kann einen Gaseinlass zum Einlassen des Inertgases und einen Gasaustritt zum Abführen des Inertgases aufweisen. In dem Härtungsspalt selbst ist die Lichtöffnung gegenüber von der Polymerschicht angeordnet, um eine Aushärtung der Polymerschicht durch Bestrahlen mit UV-Licht zu ermöglichen.
Die Sauerstoffmesseinrichtung dient zum Messen des Sauerstoffgehalts in dem von der Lichtöffnung abgeführten Inertgas. Dabei wird insbesondere der Restsauerstoffgehalt in dem Inertgas gemessen. Um die gewünschte Schutzwirkung des Inertgases auf der Polymerschicht zu erreichen, muss das Inertgas eine bestimmte Konzentration aufweisen, die indirekt durch Messen des Restsauerstoffgehalts in dem Inertgasstrom erfasst werden kann. Zu diesem Zweck kann die Sauerstoffmesseinrichtung eine Lambdasonde (X-Sonde) aufweisen. Anhand der Messergebnisse der Restsauerstoffmessung kann am stromauf liegenden Ende über die Inertgaszuführeinrichtung die jeweils notwendige Menge an Inertgas eingestellt und zugeführt werden. Dies gewährleistet eine stets ausreichende Inertgasversorgung im Härtungsspalt während der UV-Bestrahlung. Andererseits kann auch verhindert werden, dass zu viel Inertgas verbraucht wird, so dass der Härtungsprozess wirtschaftlich und ressourcenschonend realisiert werden kann. Als Inertgas eignet sich vor allem Stickstoff, der eine ausreichende Inertisierungswirkung ermöglicht.
Die Härtungsvorrichtung erlaubt eine Härtung einer Polymerschicht auf einem zylindrischen Substrat, unabhängig von Form oder Format des Substrats.
Wie oben erläutert, können sich die Beschichtungsvorrichtung und gegebenenfalls die Härtungsvorrichtung längs entlang der Mantelfläche des Substrats parallel zur Hauptachse des zylindrischen Substrats bewegen.
Die Beschichtungsvorrichtung und/oder die Härtungsvorrichtung können jeweils eine Spiralbewegung relativ zu dem Substrat vollziehen. Dies ergibt sich daraus, dass sich das Substrat in Rotationsrichtung drehen lässt, während die Beschichtungsvorrichtung und die Härtungsvorrichtung an der Längsseite des Substrats eine translatorische Bewegung vollziehen. Die sich ergebende Relativbewegung entspricht dann einer Spiralbewegung. Die Spiralbewegung ermöglicht es, dass sowohl die Beschichtungsvorrichtung beim Aufträgen des fließfähigen Polymers als auch die Härtungsvorrichtung beim Härten der auf dem Substrat erzeugten Polymerschicht die gewünschte zylindrische Oberfläche des Substrats überstreichen können.
Es kann eine Beschichtungs-Positionierungseinrichtung für die Beschichtungsvorrichtung vorgesehen sein, zum Positionieren der Beschichtungsvorrichtung relativ zu dem Substrat in Radialrichtung des Substrats.
Die Beschichtungs-Positionierungseinrichtung kann eine Abstandsregeleinrichtung aufweisen, wobei die Abstandsregeleinrichtung eine Abstandsmesseinrichtung zum Messen des Abstands zwischen der Beschichtungsvorrichtung und dem Substrat aufweisen kann, und wobei die Abstandsregeleinrichtung eine Abstandsstelleinrichtung aufweisen kann, zum Einstellen des Abstands der Beschichtungsvorrichtung zu dem Substrat, derart, dass der Abstand einem vorgegebenen Wert entspricht.
Die Abstandsmessung kann dabei induktiv, kapazitiv oder lasergestützt erfolgen, so dass der Abstand variabel und mechanisch präzise eingestellt werden kann. Die Abstandsmesseinrichtung stellt insoweit einen Abstandssensor dar.
Weiterhin kann eine Härtungs-Positionierungseinrichtung für die Härtungsvorrichtung vorgesehen sein, zum Positionieren der UV-Lichteinrichtung. Die Härtungs-Positionierungseinrichtung kann - wie die Beschichtungs-Positionierungseinrichtung - eine Abstandsregeleinrichtung aufweisen, wobei die Abstandsregeleinrichtung eine Abstandsmesseinrichtung zum Messen des Abstands zwischen der Härtungsvorrichtung und dem Substrat aufweisen kann, und wobei die Abstandsregeleinrichtung eine Abstandsstelleinrichtung aufweisen kann, zum Einstellen des Abstands der Härtungsvorrichtung zu dem Substrat, derart, dass der Abstand einem vorgegebenen Wert entspricht.
Auch die Abstandsmessung für die Härtungsvorrichtung kann induktiv, kapazitiv oder lasergestützt erfolgen, so dass der Abstand variabel und mechanisch präzise eingestellt werden kann. Die Abstandsmesseinrichtung stellt auch hier einen Abstandssensor dar.
Es wird ein Verfahren zum Erzeugen einer Polymerschicht auf einem zylindrischen Substrat angegeben, mit den Schritten:
Beschichten des zylindrischen Substrats mit einem fließfähigen Polymer und Erzeugen einer fließfähigen Polymerschicht;
Härten der fließfähigen Polymerschicht auf dem Substrat;
Tragen des zylindrischen Substrats in einer Substrataufnahme;
Bewegen der Beschichtungsvorrichtung in einer Translationsbewegung relativ zu dem Substrat in einer Längsrichtung des Substrats während des Beschichtens;
Bewegen der Härtungsvorrichtung in einer Translationsbewegung relativ zu dem Substrat in einer Längsrichtung des Substrats während des Härtens;
Bewegen des in der Substrataufnahme getragenen Substrats in einer Rotationsrichtung während des Beschichtens und während des Härtens; und Koordinieren der beiden Translationsbewegungen mit der Rotationsbewegung des Substrats.
Während des Beschichtens des zylindrischen Substrats und während des Härtens der Polymerschicht sollte das Substrat in geeigneter Weise in der Substrataufnahme getragen werden, damit die Substrat-Oberfläche gut zugänglich ist.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von Beispielen unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Beschichtungssystem zum Aufträgen einer Polymerschicht auf einem zylindrischen Substrat; Fig. 2 eine Beschichtungsvorrichtung als Teil des Beschichtungssystems von Fig. 1 , zum Beschichten eines zylindrischen Substrats mit einem Polymer;
Fig. 3 eine geschnittene Seitenansicht zu der Vorrichtung von Fig. 2;
Fig. 4 eine Ausschnittsvergrößerung "C" aus Fig. 2;
Fig. 5 ein Härtungssystem zum Härten einer Polymerschicht auf einem zylindrischen Substrat;
Fig. 6 eine Härtungsvorrichtung als Teil des Härtungssystems von Fig. 5;
Fig. 7 eine Ausschnittsvergrößerung zu der Härtungsvorrichtung von Fig. 6; und
Fig. 8 eine geschnittene seitliche Teilansicht zu der Härtungsvorrichtung von Fig- 6-
Fig. 1 zeigt in Perspektivansicht ein Beschichtungssystem als Teil eines Schichterzeugungssystems zum Erzeugen einer Polymerschicht auf einem zylindrischen Substrat 1.
Bei dem Substrat 1 handelt es sich im gezeigten Beispiel um eine Druckform, nämlich um einen Tiefdruckzylinder zum Einsatz für den Tiefdruck. Der Tiefdruckzylinder soll mit einem fließfähigen Polymer beschichtet werden. Dabei kann es sich z.B. um den aus der WO 2021 /052641 Al bekannten Nanokomposit handeln. Die Polymerbeschichtung des Tiefdruckzylinders ist geeignet, dass durch Laserbehandlung, insbesondere mit einem Nahfeld-Infrarot-Laser (NIR) kleine Vertiefungen, sogenannte Näpfchen, erzeugt werden, die die Druckfarbe aufnehmen und auf das zu bedruckende Objekt übertragen können. Zu diesem Zweck muss die Polymerschicht eine relativ geringe Dicke (Schichtstärke) von z.B. 10 zzm bis 500 /zm, insbesondere 10 /zm bis 250 /zm aufweisen.
Das Substrat 1 bzw. der Tiefdruckzylinder ist in einer nicht gezeigten Aufnahme in einer Rotationsrichtung R drehbar gehalten. An der Außenseite des Substrats 1 ist eine Beschichtungsvorrichtung 2 vorgesehen, die in eine Translationsrichtung X entlang der Außenseite des Substrats 1 bewegt werden kann. Die Beschichtungsvorrichtung 2 dient zum Aufträgen des noch fließfähigen Polymermaterials auf die zylinderförmige Mantelfläche des Substrats 1.
Bei Überlagerung der Translationsbewegung der Beschichtungsvorrichtung 2 in Translationsrichtung X und der Rotation des Substrats 1 in Rotationsrichtung R vollzieht die Beschichtungsvorrichtung 2 relativ zu der Außenseite des Substrats 1 eine spiralförmige Bewegung, wie in Fig. 1 durch einen Pfeil S gezeigt. Dadurch kann mithilfe der Beschichtungsvorrichtung 2 fließfähiges Polymermaterial mit einer Breite von z.B. einigen Millimetern, z.B. 5 mm bis 30 mm auf die Außenseite des Substrats 1 aufgetragen werden. Durch die spiralförmige Relativbewegung kann eine Polymerlage neben der anderen spiral- bzw. schraubenförmig aufgebracht werden, so dass schließlich die gesamte Mantelfläche des Substrats oder ein Teil davon gleichförmig mit einer Polymerschicht bedeckt ist. Mit Hilfe von später noch erläuterten Glättungselementen kann ein dabei entstehender Spalt zwischen den nebeneinander liegenden Polymerlagen gleichförmig verschlossen werden, so dass eine gleichmäßige homogene Polymerschicht entsteht.
Für das Aufträgen des Polymermaterials ist es erforderlich, dass die Beschichtungsvorrichtung 2 einen gleichförmigen, sehr engen Abstand zu der Substratoberfläche einhält. Zu diesem Zweck kann die Beschichtungsvorrichtung 2 durch eine nicht dargestellte Beschichtungs-Positionierungseinrichtung in Radialrichtung Z des Substrats 1 bewegt werden. Die Beschichtungs-Positionierungseinrichtung kann für diesen Zweck eine Abstandsregeleinrichtung mit einer Abstandsmesseinrichtung 3 aufweisen. Die Abstandsmesseinrichtung 3 kann je nach Ausführungsform induktiv, kapazitiv oder lasergestützt als Abstandssensor arbeiten und die Abstandsregelung unterstützen.
Die Fig. 2 bis 4 zeigen die Beschichtungsvorrichtung 2 im Detail, wobei Fig. 2 einen Hauptschnitt darstellt, Fig. 3 eine geschnittene Seitenansicht zu Fig. 2 und Fig. 4 eine Ausschnittsvergrößerung C von Fig. 2.
Die Beschichtungsvorrichtung 2 weist einen Trägerkörper 5 auf. In dem Trägerkörper 5 ist eine Zuführdüse 6 gehalten, der Beschichtungsmaterial 7 in Form von fließfähigem Polymermaterial zugeführt wird. Das Beschichtungsmaterial 7 kann durch eine kontinuierliche, pulsationsfreie und genaue Materialförderung, z.B. mit Hilfe von Spritzenpumpen oder Exzenterschneckenpumpen (Dispenser) zugeführt werden. Die Zuführdüse 6 weist eine zylindrische Materialzuführung 8 auf, die sich konisch zu einer Austrittsöffnung 9 hin verjüngt. Die Austrittsöffnung 9 kann eine Tiefe T von z.B. 1 bis 3 mm und eine Breite B von 5 bis 30 mm aufweisen, wobei auch andere Abmessungen möglich sind.
Zudem kann sich die Zuführdüse 6 zur Austrittsöffnung 9 (Materialauslass) hin mit einem Verjüngungswinkel verjüngen. Ein Verjüngungswinkel a von z.B. 1 ° bis 7° stellt eine laminare Strömung und eine zunehmende Fluidgeschwindigkeit des Beschichtungsmaterials 7 kurz vor dem Austreten des Materials sicher.
Es hat sich herausgestellt, dass bei Abständen der Zuführdüse 6 bzw. insbesondere der Austrittsöffnung 9 der Zuführdüse 6 zum Substrat 1 im Bereich von IxS bis 4xS, wobei S die gewünschte Schichtstärke auf dem Substrat 1 ist, ein ausreichend großer Meniskus bzw. eine ausreichend große Ferse am Düsenauslauf erzeugt wird, wodurch eine vollständige Benetzung über die gesamte Düsenbreite sichergestellt wird. Bei einem konstanten Abstand stellt sich somit auch eine konstante Schichtstärke ein.
In Drehrichtung gesehen stromab von der Zuführdüse 6 ist an dem Trägerkörper 5 ein Glättrakel 10 befestigt, um die Oberfläche des auf dem Substrat 1 aufgebrachten Polymermaterials zu glätten. Das Glättrakel 10 kann z.B. ein Kunststoffblatt sein. Die Kunststoffoberfläche des Glättrakels 10 ist gut geeignet, um die gewünschte Oberflächenqualität auf dem glattgestrichenen Polymer zu erreichen.
An der Rückseite des Glättrakels 10 ist ein Stützrakel 1 1 über die gesamte Rückenfläche des Glättrakels 10 angeordnet. Das Stützrakel 1 1 kann aus Federstahl bestehen. Das Stützrakel 1 1 stützt somit die Form des Glättrakels 10 und gewährleistet eine ausreichend große Andrückkraft des Glättrakels 10 auf das zu glättende bzw. zu verstreichende Polymer.
Fig. 4 zeigt das Glättrakel 10 und das Stützrakel 1 1 in vergrößerter Darstellung.
An der Vorderseite des Glättrakels 10 ist ein ebenfalls aus Stahl bzw. Federstahl bestehendes Rückstellrakel 12 vorgesehen, dass sich über eine Teilfläche des Glättrakels 10 erstreckt (Fig. 4). Z.B. kann sich das Rückstellrakel 12 über die Hälfte oder ein Drittel der Fläche des Glättrakels 10 erstrecken. Die Rakel 10, 1 1 , 12 sind gemeinsam seitlich an einer Rakelbefestigung 13 an dem Trägerkörper 5 befestigt.
Rückseitig von dem Glättrakel 10 ist ein Druckkolben 14 vorgesehen, der durch einen Pneumatikzylinder 15 beaufschlagt und bewegt wird, der wiederum über eine Pneumatikzuführung 16 mit Druckluft angesteuert wird. Durch die Druckluft im Pneumatikzylinder 15 kann der Druckkolben 14 nach unten gegen das Stützrakel 1 1 und damit das Glättrakel 10 angepresst werden und somit das Stützrakel 1 1 mit dem Glättrakel 10 gegen das Rückstellrakel 12 andrücken. Das Rückstellrakel 12 übt eine Gegenkraft gegen die Wirkung des Druckkolbens 14 aus, so dass sich ein Kräftegleichgewicht in Abhängigkeit von dem anliegenden Luftdruck einstellt. Damit lässt sich die Anpresskraft des Glättrakels 10 gegen das zu glättende Polymermaterial präzise einstellen.
Die Anpresskraft des Glättrakels 10 auf die aufgebrachte Polymerschicht kann mit Hilfe einer Regelung eingestellt werden. Eine zu große Anpresskraft führt zu einer großen Veränderung der Schichtdickenverteilung, während eine zu geringe Anpresskraft ein Schließen des Übergangsspalts zwischen den einzelnen Spiralbeschichtungen verhindert. Es hat sich gezeigt, dass aufgrund von unterschiedlichen Viskositäten, Oberflächenspannungen und anderen Materialvariablen eine Bandbreite von Flächenpressungen des Glättrakels 10 auf das Polymermaterial realisierbar sein muss.
Die Breite des Glättrakels 10 kann das Zwei- bis Dreifache bzw. bis zum Fünffachen bzw. bis zum Zehnfachen der Breite einer Spiralschicht betragen, um eine große Auflagefläche und eine gleichmäßige Schichthomogenisierung sicherzustellen.
Fig. 5 zeigt ein Härtungssystem als weiteren Teil des Schichterzeugungssystems zum Erzeugen einer Polymerschicht auf einem zylindrischen Substrat. Die in Fig. 5 gezeigten Komponenten können insbesondere eine Ergänzung zu den in Fig. 1 gezeigten Komponenten darstellen, so dass das gesamte Schichterzeugungssystem die Komponenten der Fig. 1 und 5 zusammenfasst, also zunächst das Aufträgen einer Schicht aus einem fließfähigen Polymer auf dem Substrat 1 und danach das Aushärten der Polymerschicht auf dem Substrat 1 .
Bei dem Härtungssystem von Fig. 5 wird dementsprechend davon ausgegangen, dass das Substrat 1 bereits mit einer fließfähigen Polymerschicht bedeckt ist, die nun aber noch gehärtet werden muss, um formstabil zu werden und dem eigentlichen Zweck, z.B. als Tiefdruckwalze dienen zu können. Das Substrat 1 , z.B. die Tiefdruckwalze, wird - wie bei dem System von Fig. 1 - weiterhin in der nicht dargestellten Aufnahme gehalten und in Rotationsrichtung R gedreht.
Am Umfang des Substrats 1 ist eine Härtungsvorrichtung 20 angeordnet, die die Polymerschicht mit Hilfe von UV-Licht härtet.
Das gesamte, mit Komponenten der Fig. 1 und 5 gebildete Schichterzeugungssystem kann somit die in Fig. 1 gezeigte Beschichtungsvorrichtung 2 und die Härtungsvorrichtung 20 aufweisen. Damit lässt sich zunächst durch die Beschichtungsvorrichtung 2 eine Polymerschicht auf der Mantelfläche des Substrats 1 auftragen und nachfolgend durch die Härtungsvorrichtung 20 mithilfe von UV-Lichtbestrahlung härten. Bei beiden Verfahrensschritten kann das Substrat 1 um seine Haupt- bzw. Längsachse gedreht werden, während die Beschichtungsvorrichtung 2 einerseits und die Härtungsvorrichtung 2 andererseits entlang der Mantelfläche bewegt werden.
Bei der UV-Härtung von Polymeren mittels LED besteht die Gefahr, dass die durch die UVA Strahlung der LED freigesetzten freien Radikale des Photoinitiators durch den Luftsauerstoff gebunden werden und somit eine vollständige Oberflächenhärtung verhindert wird. Daher muss die UV-Bestrahlung unter Inertgasatmosphäre erfolgen. Um das zu erreichen, weist die Härtungsvorrichtung 20 nicht nur eine UV- Lichteinrichtung 21 , sondern auch eine Inertgaszuführeinrichtung 22 auf.
Analog zu der Beschichtungsvorrichtung 2 in Fig. 1 weist auch die Härtungsvorrichtung 20 eine nicht gezeigte Härtungs-Translationseinrichtung auf, mit der die Härtungsvorrichtung 20 in einer Translationsrichtung X entlang der Längsachse des Substrats 1 bewegt werden kann. Parallel dazu vollzieht das Substrat die Rotation in Rotationsrichtung R, so dass sich resultierend die Spiralbewegung S ergibt. Auf diese Weise kann die Härtungsvorrichtung 20 mit der UV-Lichteinrichtung 21 die gesamte Oberfläche der auf der Mantelfläche des Substrats 1 ausgebrachten Polymerschicht überstreichen und auf diese Weise das Polymer aushärten.
Analog wie die oben beschriebene Beschichtungsvorrichtung 2 weist auch die Härtungsvorrichtung 20 eine nicht dargestellte Härtungs-Positionierungseinrichtung auf, mit einer Abstandsregeleinrichtung, um den Abstand der Härtungsvorrichtung 20 in Richtung Z, d.h. in Richtung der Oberfläche des Substrats 1 (Radialrichtung des Substrats 1 ) einstellen zu können. Zu diesem Zweck ist eine Abstandsmess- einrichtung 23 vorgesehen. Das präzise Einhalten des Abstands ist wichtig, um ein zufriedenstellendes Härtungsergebnis erreichen zu können.
Fig. 6 zeigt die Härtungsvorrichtung 20 in vergrößerter Schnittdarstellung. Die Härtungsvorrichtung 20 wird in Relation zu zwei Substraten la, 1b mit unterschiedlicher Größe dargestellt, um zu verdeutlichen, dass die Härtungsvorrichtung 20 für Substrate 1 mit deutlich unterschiedlichen Durchmessern eingesetzt werden kann.
Etwa mittig weist die Härtungsvorrichtung 20 die UV-Lichteinrichtung 21 auf, die im gezeigten Beispiel senkrecht angeordnet ist und an deren Unterseite das UV- Licht über eine Lichtöffnung 21a (Fig. 7) austreten kann, wie später noch erläutert wird.
Die in Fig. 6 rechts von der UV-Lichteinrichtung 21 angeordnete Inertgas-Zuführeinrichtung 22 weist eine Gaszuleitung 24 auf, über die Inertgas von einem Speicher, z.B. einer Gasflasche oder einem Gastank zugeführt wird. Als Inertgas ist insbesondere Stickstoff gut geeignet. Der Zufluss des Inertgases zu der Lichtöffnung 21a der UV-Lichteinrichtung 21 wird durch einen Massenflussregler 25 geregelt. Dies wird später noch im Detail erläutert.
Fig. 7 zeigt den Bereich unterhalb der UV-Lichteinrichtung 21 in einer gegenüber der Fig. 6 vergrößerten Darstellung. Die als Austrittsöffnung der UV-Lichteinrich- tung 21 dienende Lichtöffnung 21a, an der das UV-Licht austritt, um das Polymermaterial zu bestrahlen, ist durch eine UV-lichtdurchlässige Quarzglasabdeckung 26 abgedeckt.
Zwischen der UV-Lichteinrichtung 21 bzw. der Quarzglasabdeckung 26 einerseits und der davon beabstandeten Oberfläche des mit der Polymerschicht bedeckten Substrats 1 andererseits ist ein Härtungsspalt 27 ausgebildet. Stromauf von der Quarzglasabdeckung 26 und dem Härtungsspalt 27 weist die Inertgaszuführeinrichtung 22 eine Einspüldüse 28 auf, über die das Inertgas über einen Gaseintritt 29 in den Härtungsspalt 27 eingeleitet werden kann. Die Einspüldüse 28 ist am Ende eines Einspültrichters 30 angeordnet, an den sich ein Einspülkanal 31 anschließt, wie Fig. 8 zeigt.
Fig. 8 zeigt einen Schnitt durch den Einspülkanal 31 von Fig. 7. Dabei ist gut erkennbar, dass das über eine Gasleitung 32 von dem Massenflussregler 25 zugeführte Inertgas in dem Einspültrichter 30 aufgefächert und nachfolgend in dem schmalen Einspülkanal 31 beruhigt wird. In dem Einspülkanal 31 , der auch als Beruhigungsstrecke dient, kann eine im Wesentlichen laminare Strömung des Inertgases erreicht werden, so dass das Inertgas über die gesamte Breite der Einspüldüse 28 ausgelassen wird und dabei Polymermaterial auf den Substraten la, 1b abdecken kann, bevor dieser Bereich des Polymermaterials, der dann durch Inertgas geschützt ist, die Lichtöffnung 21a an der Quarzglasabdeckung 26 im Härtungsspalt 27 erreicht, wo die UV-Bestrahlung stattfindet.
Nach dem Verlassen der Einspüldüse 28 ist zu erwarten, dass sich das Inertgas teilweise mit Luftsauerstoff vermischen wird, da sich der Bereich des Gaseintritts 29 in den Härtungsspalt 27 nicht vollständig zur Umgebung hin abdichten lässt. Der Härtungsspalt 27 wird somit nicht von reinem Inertgas, sondern von einem Gasgemisch durchströmt, das außer Inertgas auch Restbestandteile von Sauerstoff enthalten wird. Die zur Verringerung des Eintretens von Umgebungsluft vorgesehenen Dichtungsmaßnahmen sowie die Maßnahmen zum Erreichen eines vorgegebenen Anteils von Inertgas in dem Gasgemisch werden später noch erläutert.
Stromab von der Quarzglasabdeckung 26 bzw. dem Härtungsspalt 27, also nach der UV-Bestrahlung, endet der Härtungsspalt 27 an einem Gasaustritt 33. Dort ist eine Gasabführeinrichtung 34 mit einer nachfolgend angeordneten Messkammer 35 vorgesehen. Die Gasabführeinrichtung 34 kann insbesondere als Spalt ausgebildet sein und einen Verbindungskanal vom Ende des Härtungsspalts 27 (Gasaustritt 33) zur Messkammer 35 herstellen. Ein Teil des Inertgases wird somit über die Gasabführeinrichtung 34 bzw. zu der Messkammer 35 abgeführt, während ein anderer, nicht von der Gasabführeinrichtung 34 erfasster Teil des Inertgases an die Umgebung entweichen kann.
Zum Reduzieren der Inertgasaustritte bzw. -Verluste in die Umgebung ist der Härtungsspalt 27 allseitig, d.h. an allen vier Seiten durch berührungslose Dichtungen abgedichtet, die insbesondere in Form von Rakeldichtungen 36 ausgebildet sind. Die Rakeldichtungen 36 weisen ein oder mehrere Blechelemente auf, die aneinander gestaffelt angeordnet sind und Strömungshindernisse darstellen, so dass das Inertgas nicht ungehindert nach außen abströmen kann. Damit und in Verbindung mit einer später noch erläuterten Gasfördereinrichtung kann erreicht werden, dass nur ein verhältnismäßig geringer Teil des Inertgases in die Umgebung entweicht, während der andere Teil über die Messkammer abgesaugt wird.
In der Messkammer 35 ist eine Lambdasonde (X-Sonde) 37 als Teil einer Sauerstoffmesseinrichtung vorgesehen. Mit Hilfe der Sauerstoffmesseinrichtung kann der (Rest-)Sauerstoffgehalt in dem Inertgas stromab von dem Ort der UV-Bestrahlung an der Lichtöffnung 21a gemessen werden. Damit kann die Zuflussmenge an Inertgas bzw. das Verhältnis von Inertgas zu Sauerstoff mithilfe des Massenflussreglers 25 geregelt werden, um einerseits dem Restsauerstoffgehalt in einem vorgegebenen Bereich und damit andererseits auch den Inertgasgehalt in einem vorgegebenen Bereich zu halten, um einen wirksamen Schutz der Polymeroberfläche vor Oxidation während der UV-Bestrahlung sicherzustellen. Hier hat sich ein Restsauerstoffgehalt von 0, 1% bis 10% , insbesondere von 0,5% bis 5% , abhängig vom Härtungsverhalten der Polymermischung, als geeignet erwiesen. Der Inertgasstrom wird mit Hilfe einer Gasfördereinrichtung 38 bewirkt, die einen Absaugventilator 39 aufweist. Der Absaugventilator 39 erzeugt einen Unterdrück, mit dem das Gasgemisch aus der Inertgaszuführeinrichtung 22 über den Härtungsspalt 27 abgesaugt wird. Der Gasfluss erfolgt somit über die Gaszuleitung 24, den Massenflussregler 25, die Gasleitung 32, den Einspültrichter 30, die Einspüldüse 28, den Härtungsspalt 27, die Gasabführeinrichtung 34, die Messkammer 35 und den Absaugventilator 39.

Claims

Patentansprüche Schichterzeugungssystem zum Erzeugen einer Polymerschicht auf einem zylindrischen Substrat ( 1 ), mit einer Beschichtungsvorrichtung (2) zum Beschichten des zylindrischen Substrats ( 1 ) mit einem fließfähigen Polymer und erzeugen einer noch fließfähigen Polymerschicht; einer Härtungsvorrichtung (20) zum Härten der noch fließfähigen Polymerschicht auf dem Substrat ( 1 ); einer Substrataufnahme zum Tragen des zylindrischen Substrats; einer Beschichtungs-Translationseinrichtung zum Erzeugen einer Translationsbewegung der Beschichtungsvorrichtung (2) relativ zu dem Substrat ( 1 ) in einer Längsrichtung (X) des Substrats; einer Härtungs-Translationseinrichtung zum Erzeugen einer Translationsbewegung der Härtungsvorrichtung (20) relativ zu dem Substrat in der Längsrichtung (X) des Substrats; einer Rotationseinrichtung zum Bewegen des in der Substrataufnahme getragenen Substrats ( 1 ) in einer Rotationsrichtung (R); und mit einer Bewegungssteuerung, die ausgebildet ist, um die Bewegungen durch die beiden Translationseinrichtungen mit der Bewegung der Rotationseinrichtung zu koordinieren. Schichterzeugungssystem nach Anspruch 1 , wobei die Beschichtungsvorrichtung (2) aufweist: eine Zuführdüse (6) zum Aufbringen des Materials auf das Substrat ( 1 ); ein Glättrakel ( 10), das stromab von der Zuführdüse (6) angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, um eine Oberfläche des auf dem Substrat ( 1 ) aufgebrachten Materials zu glätten; und eine Krafterzeugungseinrichtung ( 14, 15) zum Aufbringen einer Kraft auf das Glättrakel ( 10); wobei die von der Krafterzeugungseinrichtung ( 14, 15) auf das Glättrakel ( 10) auf- bringbare Kraft veränderbar ist; und wobei die Krafterzeugungseinrichtung ( 14, 15) eine Kraftsteuerung aufweist, zum Einstellen der durch die Krafterzeugungseinrichtung auf das Glättrakel ( 10) aufbringbaren Kraft. Schichterzeugungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Härtungsvorrichtung (20) aufweist: eine UV-Lichteinrichtung (21 ) zum Erzeugen von UV-Licht und Bereitstellen des UV-Lichts an einer Lichtöffnung (21a); einen vor der Lichtöffnung angeordneten Härtungsspalt (27); eine Inertgaszuführeinrichtung (22) zum Zuführen von Inertgas zu dem Härtungsspalt (27) stromauf von der Lichtöffnung (21a); einen Inertgasstrom durch den Härtungsspalt (27); und eine Sauerstoffmesseinrichtung (37) zum Messen des Sauerstoffgehalts in dem Inertgas stromab von der Lichtöffnung (21a).
4. Schichterzeugungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei durch die Koordination der Translationsbewegung der Beschichtungsvorrichtung (2) und/oder der Härtungsvorrichtung (20) mit der Rotationsbewegung des Substrats ( 1 ) jeweils eine Spiralbewegung (S) als Relativbewegung bewirkt wird.
5. Schichterzeugungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Beschichtungsvorrichtung (2) und/oder die Härtungsvorrichtung (20) jeweils eine Spiralbewegung (S) relativ zu dem Substrat ( 1 ) vollziehen.
6. Schichterzeugungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Beschichtungs-Positionierungseinrichtung für die Beschichtungsvorrichtung (2) vorgesehen ist, zum Positionieren der Beschichtungsvorrichtung (2) relativ zu dem Substrat ( 1 ) in Radialrichtung des Substrats ( 1 ).
7. Schichterzeugungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Beschichtungs-Positionierungseinrichtung eine Abstandsregeleinrichtung aufweist; die Abstandsregeleinrichtung eine Abstandsmesseinrichtung zum Messen des Abstands zwischen der Beschichtungsvorrichtung (2) und dem Substrat ( 1 ) aufweist; und wobei die Abstandsregeleinrichtung eine Abstandsstelleinrichtung aufweist, zum Einstellen des Abstands der Beschichtungsvorrichtung (2) zu dem Substrat ( 1 ), derart, dass der Abstand einem vorgegebenen Wert entspricht.
8. Schichterzeugungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Härtungs-Positionierungseinrichtung für die Härtungsvorrichtung (20) vorgesehen ist, zum Positionieren der UV-Lichteinrichtung (21 ).
9. Schichterzeugungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Härtungs-Positionierungseinrichtung für die Härtungsvorrichtung (20) eine Abstandsregeleinrichtung aufweist; die Abstandsregeleinrichtung eine Abstandsmesseinrichtung zum Messen des Abstands zwischen der UV-Lichteinrichtung (21 a) und einer Oberfläche der Polymerschicht und/oder einer Oberfläche des Substrats ( 1 ) aufweist; die Abstandsregeleinrichtung eine Abstandsstelleinrichtung aufweist, zum Einstellen des Abstands der UV-Lichteinrichtung (21a) zu der Oberfläche der Polymerschicht und/oder der Oberfläche des Substrats ( 1 ), derart, dass der Abstand einem vorgegebenen Wert entspricht. Verfahren zum Erzeugen einer Polymerschicht auf einem zylindrischen Substrat ( 1 ), mit den Schritten:
Beschichten des zylindrischen Substrats ( 1 ) mit einem fließfähigen Polymer und erzeugen einer fließfähigen Polymerschicht;
Härten der fließfähigen Polymerschicht auf dem Substrat ( 1 );
Tragen des zylindrischen Substrats ( 1 ) in einer Substrataufnahme;
Bewegen der Beschichtungsvorrichtung (2) in einer Translationsbewegung relativ zu dem Substrat ( 1 ) in einer Längsrichtung (X) des Substrats ( 1 ) während des Beschichtens;
Bewegen der Härtungsvorrichtung (20) in einer Translationsbewegung relativ zu dem Substrat ( 1 ) in einer Längsrichtung (X) des Substrats ( 1 ) während des Härtens;
Bewegen des in der Substrataufnahme getragenen Substrats ( 1 ) in einer Rotationsrichtung (R) während des Beschichtens und während des Härtens; und
Koordinieren der beiden Translationsbewegungen mit der Rotationsbewegung des Substrats.
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