Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beschichten einer sich bewegenden Bahn mit einer Beschichtungsflüssigkeit.

Es sind eine Vielzahl von Vorrichtungen und Verfahren zum Beschichten von Flüssigkeiten auf sich bewegende Substrate bekannt. Es können beispielsweise Rakeln verwendet werden, um den Überzug auf die Unterlage aufzutragen und zu kontrollieren. Es können auch Rollen zum Auftragen von Überzügen verwendet werden, entweder eine einzelne Rolle, welche durch einen Vorratsbehälter mit der Beschichtungsflüssigkeit geführt wird und die Flüssigkeit direkt auf die Unterlage aufträgt oder eine Kombination, beispielsweise indem die Unterlage zur Kontrolle des Überzugs durch den Spalt benachbarter Rollen geführt wird. Überzüge können auch direkt in sehr dünnen Schichten auf Unterlagen extrudiert werden. Die Unterlagen können in einen Vorratsbehälter mit Beschichtungsflüssigkeit getaucht werden, entweder indem sie sich frei als Bahn bewegen oder um eine Rolle geführt werden, und Luftpolster oder elastische Abstreifvorrichtungen können verwendet werden, um das überschüssige Beschichtungsmaterial von der Unterlage zu entfernen.

Ein frühes Beispiel für eine Abstreifvorrichtung ist in der US-Patentschrift 62 044 beschrieben. Nach diesem patent wird ein statisch angeordnetes Tuch teilweise um eine Rolie gespannt, um ein Abstreifen von Bronzepulver zu bewirken.

In der US-Patentschrift 3 688 738 ist eine Beschichtungsvorrichtung beschrieben, bei der eine Unterlage in Form einer Bahn um eine Rolle geführt wird, welche in die Beschichtungsflüssigkeit getaucht wird. Eine Abstreifmembran, die sich nicht über die Rolle hinaus erstreckt, wird verwendet, um überschüssige Beschichtungsflüssgkeit von der Unterlage zu entfernen und in den Vorratsbehälter zurückzuführen. In speziellen Ausführungsbeispielen wird zusätzlich ein statisch angeordneter Film angewendet, der mit der abstreifenden Membran zusammenwirkt. Es ist jedoch im allgemeinen nicht erwünscht, die Unterlage bis zu ihrem Rand zu beschichten. Überschüssiges Beschichtungsmaterial löst sich von der Kante der Unterlage, wenn diese weitertransportiert wird. Es ist auch oft erwünscht, einen nicht beschichteten Rand übrigzulassen. Daher ist die einfache Vorrichtung, die in der US-Patentschrift 3 688 738 beschrieben ist, beschränkt auf die Herstellung einer bestimmten Art von Überzügen und auf eine bestimmte Herstellungsgeschwindigkeit.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beschichten einer Unterlage anzugeben, mit der und mit dem eine bestimmte Menge Beschichtungsflüssigkeit auf eine Bahn in einer gewünschten Schichtdicke und -breite unter Erhalt eines sehr glatten, gleichmäßigen Überzugs aufgetragen werden kann. Die Beschichtungsbreite soll strikt auf eine gewünschte Breite auf der zu beschichtenden Bahn beschränkt werden können. Außerdem soll die Schichtdicke leicht kontrollierbar sein und geändert werden können. Das Verfahren soll in der Weise durchführbar sein, daß eine Rückführung von überschüssigem Beschichtungsmaterial in den Vorratsbehälter entfällt, und es soll vorzugsweise als kontinuierliches Verfahren durchführbar sein. Ferner sollen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem Verfahren Materialien mit großen Viskositätsunterschieden bis hin zu thixotropen Materialien in beliebigen Schichtdicken, die dünner als die bei üblichen Verfahren erhältlichen sein können und mit hohen Beschichtungsgeschwindigkeiten auftragbar sein.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Vorrichtung und ein Beschichtungsverfahren, das in den Patentansprüchen gekennzeichnet ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen niedergelegt.

Die Erfindung wird anhand der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:

• Fig. 1 eine vereinfachte Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Beschichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung;
• Fig. 2 eine Ansicht, ähnlich wie in Fig. 1, einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und
• Fig. 3 eine vereinfachte Seitenansicht einer dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung.

In den Zeichnungen werden in den verschiedenen Figuren die gleichen Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Eine Beschichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt und wird im allgemeinen mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, liegt die Bahn 12 auf der Beschichtungsrolle 14 auf, die drehbar auf einer Achse 15 angeordnet ist und mit einer bestimmten Geschwindigkeit angetrieben wird. Die Führungsrolle 18 bringt die Bahn 12 mit einem wesentlichen Teil der Oberfläche der Beschichtungsrolle 14 in Berührung.

Die Rollen 14 und 18 sind konventionelle Rollen, die in Verfahren zur Beschichtung verschiedener Unterlagen üblich sind. Die Bahn 12 besteht in den meisten Fällen aus einem konventionellen Substrat, beispielsweise aus biaxial orientiertem Polyäthylenterephthalat, welches unter dem Warenzeichen Mylar erhältlich ist, aus Acetaten oder Polyolefinen, oder anderen üblichen Polymerfilmen, Papier und dgl.

Der glättende Film 20 wird im wesentlichen statisch zu einem Teil der Bahn 12 benachbart-angeordnet und erstreckt sich über die Peripherie der Beschichtungsrolle 14. Vorzugsweise erstreckt sich der glättende Film 20 über einen Großteil der Bahn 12, solange diese mit der Beschichtungsrolle 14 in Kontakt ist, aber nicht sehr viel weiter über diesen Kontaktbereich hinaus. Eine Druck ausübende Vorrichtung, beispielsweise eine deformierbare Membran 22, welche auf einem Kern 23 angeordnet und an einem Träger 24 befestigt ist, bringt den glättenden Film 20 mit der Bahn 12 unter einem bestimmten Druck, welcher eine Funktion des inneren Drucks der Membran 22 ist, in Kontakt. Der Träger 24 gestattet eine Bewegung der Membran 22 auf die Rolle 14 zu oder von dieser weg, um die Kontaktfläche mit derselben zu verändern. Die Leitung 26 ist in Verbindung mit dem Inneren der Membran 22 und auch mit einer den Druck regulierenden Vorrichtung 28, durch die ein Medium, vorzugsweise Luft, in das Innere der Membran 22 zugeführt wird. Durch die Regulierung des Innendrucks der Membran 22 bringt die Druck ausübende Membran den glättenden Film 20 mit der Bahn 12 in Kontakt bei einem Druck, welcher leicht durch die den Druck regulierende Vorrichtung 28 auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann.

Die Dosierpumpe 32 fördert flüssiges Beschichtungsmaterial von der Zufuhrleitung 34 zu der Dosierleitung 36 mit einer bestimmten Geschwindigkeit, damit ein Vorrat an flüssigem Beschichtungsmaterial an der Berührungsstelle der Bahn 12 mit dem glättenden Film 20 vorhanden ist. Die Dosierpumpe 32 wird angetrieben durch den Riemen 38, der auf der Riemenscheibe 39 der Dosierpumpe 32 einerseits und der Riemenscheibe 40 der Führungsrolle 18 andererseits angeordnet ist. So wird die gewünschte Menge an flüssigem Beschichtungsmaterial in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Führungsrolle 18 zugeleitet. Unter stationären Bedingungen kann die Dosierpumpe 32 jedoch auch mit einer konstanten Geschwindigkeit von einer unabhängigen Vorrichtung (nicht abgebildet) angetrieben werden.

Durch den Vorrat 37 an flüssigem Beschichtungsmaterial an der Berührungsstelle des glättenden Films 20 mit der Bahn 12 wird ein leicht kontrollierbarer Überzug auf der Bahn 12 erzeugt, wobei der Druck, der durch die Membran 22 erzeugt wird, die Dicke des Überzugs, und die Dosiergeschwindigkeit durch die Pumpe 32 die Breite des Überzugs bestimmt. Wenn die Bahn 12 den glättenden Film 20 verläßt, wird ein beschichtetes Substrat 44 erhalten, bei dem das flüssige Beschichtungsmaterial gleichmäßig über die Oberfläche der Bahn 12 in glatter und reproduzierbarer Weise verteilt ist.

An dem zuvor beschriebenen Verfahren und der Vorrichtung können auch verschiedene Veränderungen vorgenommen werden. So können beispielsweise eine Anzahl von Auslaßöffnungen 36 über der Oberfläche der Bahn 12 vorgesehen sein, wodurch man eine Vielzahl von beschichteten Streifen auf der Bahn 12 erzeugen kann, welche später in einzelne beschichtete Abschnitte aufgeteilt werden können. Die Vorratsmenge 37 wird in der Weise kontrolliert, daß ein Ausbreiten des flüssigen Beschichtungsmaterials bis zum Rand der Bahn vermieden wird, wodurch das Arbeiten bei hoher Geschwindigkeit erleichtert wird und Ränder in der gewünschten Breite an der Kante der Beschichtungsrolle 14 von überschüssigem Beschichtungsmaterial freigehalten werden. Thixotrope, flüssige Beschichtungsmaterialien können leicht in einem fließfähigen Zustand gehalten werden durch die Scherkräfte, die von dem Material der Dosierpumpe 32 und der Bahn 12 an der Vorratsstelle 37 ausgeübt werden.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Wie gezeigt wird, ist die Druck erzeugende Vorrichtung in Form einer Membran 22 am Ende eines zylindrischen Kerns 23' befestigt. Wie auch aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird anstelle der Dosierleitung 36 in Fig. 1 eine Extrusionsdüse 45 verwendet. Die Auslaßöffnung 46 der Extrusionsdüse 45 ist so angeordnet, daß das flüssige Beschichtungsmaterial auf die Bahn 12 in einer solchen Weise aufgetragen wird, daß es selbst für eine kurze Zeit der Luft nicht ausgesetzt wird. Obgleich dies der Klarheit halber mit vergrößertem Abstand dargestellt wird, ist die Bahn 12 zur Extrusionsdüse 45 so angeordnet, daß die Kontaktstelle mit der Bahn 12 von der externen Umgebung wirksam isoliert wird. Auf diese Weise ist das flüssige Beschichtungsmaterial, welches durch die Auslaßöffnung 46 extrudiert wird, zwischen der Bahn 12 und der Oberfläche der Extrusionsdüse 45 enthalten. Der glättende Film 20 wird an der Einkerbung 47 der Extrusionsdüse 45 befestigt und dient dazu, auf das flüssige Beschichtungsmaterial in der in Fig. 1 beschriebenen Weise einzuwirken, ohne daß jedoch das Beschichtungsmaterial vor Beendigung des Beschichtungsverfahrens Luft ausgesetzt wird.

Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung ist in Fig. 3 dargestellt und wird mit dem Bezugszeichen 10' bezeichnet. Die Beschichtungsvorrichtung 10' ist den Vorrichtungen gemäß Fign. 1 und 2 ähnlich, mit der Ausnahme, daß der Druck auf andere Art und Weise erzeugt wird.

Anstelle der Membran 22 ist eine Druckbahn 48 im wesentlichen statisch auf den Führungsrollen 50 und 51 in der Weise angeordnet, daß sie über einen Teil der Oberfläche der Beschichtungsrolle 14 in Kontakt mit der Bahn 12 ist. Die Druckbahn 48 endet an der Spannrolle 53 und ist an dieser in der Weise befestigt, daß ein Drehmoment, das auf die Spannrolle 53 ausgeübt wird, den Zug in der Druckbahn 48 erhöht und demzufolge auch den Druck, mit dem die Druckbahn 48 gegen die Beschichtungsrolle 14 gedrückt wird. Eine Anordnung zur Änderung des Drehmoments, das auf die Spannrolle 53 ausgeübt wird, beispielsweise ein fest angeordneter Drehmomenten-Erzeuger 55 ist vorgesehen, um die Einstellung eines bestimmten Zugs der Druckbahn 48 zu erleichtern. Die Druckbahn 48 kann aus einer Reihe dünner, flexibler Materialien, beispielsweise aus Polyester wie Polyäthylenterephthalat, aus Gummi oder anderen Polymerfilmen, Metallen oder sogar aus Papier hergestellt werden.

Der glättende Film 20 ist statisch zwischen der Druckbahn 48 und der Bahn 12 in der Weise angeordnet, daß er einen Teil der Bahn 12, die sich in Kontakt mit der Beschichtungsrolle 14 befindet, berührt; er kann sich jedoch auch über den Berührungspunkt mit der Beschichtungsrolle 14 hinaus erstrecken. Wie dargestellt, ist der glättende Film 20 an der Führungsrolle 50 für die Druckbahn befestigt, es sind jedoch auch andere Befestigungsmöglichkeiten möglich. Wenn keine Extrusiondüse 45, wie in Fig. 2 gezeigt ist, verwendet wird, berührt die Bahn 12 im allgemeinen die Beschichtungsrolle 14 vor ihrem Kontakt mit dem glättenden Film 20. Dies ist erforderlich, damit das flüssige Beschichtungsmaterial durch die Dosierleitung 36 auf die Stelle dosiert werden kann, bei der die Bahn 12 und der glättende Film 20 zusammentreffen. Wie zuvor angegeben, werden die Beschichtungsmaterialien sorgfältig durch die Dosierleitung 36 dosiert. Die Dosierpumpe 32 wird vorzugsweise synchron zu der Geschwindigkeit der Bahn 12 betrieben, so daß mit einer Zunahme der linearen Geschwindigkeit der Bahn 12 auch eine Zunahme der Dosierleistung der Pumpe 32 verbunden ist. In Fällen, in denen die Bahn 12 mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit durch die Beschichtungsvorrichtung läuft, können auch vereinfachte Dosiervorrichtungen, beispielsweise ein Vorratsbehälter mit Beschichtungsmaterial, das einen Druck auf ein einfach einstellbares Ventil ausübt; verwendet werden. Es sind auch andere Anordnungen für die Zuleitung des Beschichtungsmaterials möglich, beispielsweise eine Extrusionsdüse oder ein Verteilerstück (nicht gezeigt) mit vielen Auslaßöffnungen, das eine gleichmäßigere Verteilung des Beschichtungsmaterials über die Bahn 12 gewährleistet und entweder eine vollständig beschichtete oder eine in Form von Streifen beschichtete Bahn liefert. Unter bestimmten Bedingungen, insbesondere dann, wenn die Eigenschaften des glättenden Films 20 eine anfängliche vertikale Anordnung dieses Films erforderlich machen, kann das aufzutragende Material direkt auf den glättenden Film 20 in der Umgebung des Punktes, an dem er mit der Bahn 12 in Berührung kommt, aufgetragen werden. In allen Ausführungsformen der Erfindung wird das Beschichtungsmaterial in den tatsächlich erforderlichen Mengen dosiert, damit kein Beschichtungsmaterial rückgeführt werden muß. Dadurch werden Probleme der Rückführung des Beschichtungsmaterials, beispielsweise Koagulation, Verunreinigungen, Einflüsse der Atmosphäre und dgl. vollkommen vermieden.

Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtungen 10 oder 10' wird die Bahn 12 in einem Hochdruckbereich gegen die Beschichtungsrolle 14 durch denjenigen Druck gepreßt, der durch die Membran 20 oder die Druckbahn 48 auf den glättenden Film 20 ausgeübt wird. Durch Einstellung des Drucks der Membran 22 oder des Zugs in der Druckbahn 48 und darausfolgend der Kraft, mit der der glättende Film 20 gegen die Bahn 12 gedrückt wird, ist die Dicke des Beschichtungsmaterials, das durch diesen Bereich läuft, leicht einstellbar. Durch eine fixierte Dosiergeschwindigkeit des Beschichtungsmaterials wird gleichzeitig die Breite des Überzugs kontrolliert. Bei einer erhöhten Dosiergeschwindigkeit des Beschichtungsmaterials wird gleichzeitig die Breite des Überzugs vergrößert; und durch Änderung des Drucks der Membran 20 oder des Zugs der Druckbahn 48 kann die Dicke leicht eingestellt werden. Unter Produktionsbedingungen können diese Parameter leicht überwacht werden, indem die Fördermenge der Dosierpumpe 32 kontrolliert wird oder indem der Druck, der durch die Vorrichtung 28 erzeugt wird oder das Drehmoment, das auf die Spannrolle 53 durch den fest angeordneten, ein Drehmoment erzeugenden Motor 55 ausgeübt wird, angepaßt werden. Der Motor 55 wird so betrieben, daß er bei Erreichen des gewünschten Zuges im Band 48 zum Stillstand kommt.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die Beschichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung in vorteilhafter Weise die Kontrolle der Dicke und der Breite eines Überzugs auf einer sich bewegenden Bahn in einem großen Bereich gestattet. Dieses Ergebnis wird erhalten ohne Anwendung präzis hergestellter Metallkanten oder Düsen zur Schichtdickenkontrolle, beispielsweise einer Rakel oder einer Extrusionsdüse. Von wesentlicher Bedeutung ist, daß die Beschichtungsflüssigkeit in der vorliegenden Erfindung nicht zu einem Vorratsbehälter rückgeführt werden muß, was Verunreinigungen, Koagulation und dgl. verursachen würde, und daß sie in den meisten Fällen auch keine metallischen Teile berührt. Wenn es gewünscht wird, können atmosphärische Einflüsse auf die Beschichtungsflüssigkeit ausgeschaltet werden. Der glättende Film kann leicht ersetzt werden. Er stellt den einzigen Bestandteil der Beschichtungsapparatur dar, der mit dem Beschichtungsmaterial in Berührung kommt. Ohne daß man sich auf ein präzis hergestelltes Teil, das der Abnützung unterliegt, verlassen muß, kann das Beschichtungsverfahren erfindungsgemäß durch einen sorgfältig eingestellten Hochdruckbereich auf einfache und ökonomische Art und Weise überwacht werden.