EP3585525B1 - Schlitzgiesser - Google Patents
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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
- B05C5/02—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work
- B05C5/0254—Coating heads with slot-shaped outlet
- B05C5/0262—Coating heads with slot-shaped outlet adjustable in width, i.e. having lips movable relative to each other in order to modify the slot width, e.g. to close it
Definitions
- the invention relates to a slot caster for the production of thin and homogeneous coatings on web-shaped materials, for intermittent coating, wherein two massive blocks are arranged as two-sided casting jaws at a small distance from one another, and wherein the free ends of the casting jaws are each designed as a pouring lip and between them Form the casting gap through which the material exits for coating and reaches the web to be coated.
- Slot casters which are also referred to as slot dies or “slot dies”, are known from practice as tools for the production of usually thin (typically 0.1 to 100 ⁇ m) and homogeneous coatings on web-shaped materials.
- a slot caster essentially consists of two massive blocks, which are arranged at a small distance from one another. The distance is typically 10 to 200 ⁇ m, in special cases also up to a few mm.
- the slot is formed between these two blocks, which only remains downwards due to a corresponding construction.
- a distribution chamber (“manifold") is recessed in one block, which is filled with the coating liquid through an opening. Under pressure, the coating liquid is then pushed out through the slot downwards and passes through the slot onto the web to be coated.
- the layer thickness on the web is determined by the pump power, the web speed and the coating width.
- Corresponding slot molders are, for example, from WO 2012/170713 A1 and the DE 198 55 751 A1 known.
- the first-mentioned document describes an adjustability of the slot gap along the width of the slot, whereas the second-mentioned document relates to an adjustment by means of a thermal bolt.
- a slot caster which comprises both piezoelectric elements for widening the gap and piezoelectric elements for narrowing the gap in order to adapt the gap dimensions.
- Coating with transverse stripes is not that easy, however, since the coating process has to be started or stopped at each edge of the strip in the direction of the web. For this reason, a horizontal stripe coating is also referred to as intermittent coating.
- the main difficulty here is to stabilize the meniscus or curtain of the coating liquid extremely quickly when starting or to interrupt it in a defined manner when stopping, since otherwise clean edges of the strips are not achieved.
- the pump can be switched on and off accordingly and, if necessary, operated in the return flow, which means that when the caster is filled with air free of air, the flow of liquid in the entire caster is started or stopped and, with a brief return, even a limited suction of coating liquid (suck back) is possible is.
- An interruption of the coating can also be achieved by moving the slot caster accordingly up and down.
- the coating liquid can also be diverted or stopped.
- the object of the invention is to avoid the aforementioned disadvantages and to provide a slot caster with which clean edges can be produced with an extremely short reaction time even with a low viscosity of the coating liquid.
- a generic slot caster in that the volume of the casting gap can be temporarily increased uniformly along the entire casting gap by at least one correspondingly provided actuating element, in that at least one casting jaw is weakened at a small distance in front of the casting lip by a slot-shaped recess in such a way that the casting lip-side sub-region of this casting jaw lying in front of this recess can easily be opened by a small angular range by a correspondingly provided actuating element, at least one actuating element comprising a piezo drive, the piezo drive (12) being designed in such a way that the required deflection within a few milliseconds, preferably less than 100 ms, particularly preferably less than 10 ms, can be brought about and, furthermore, the opening that can be brought about by the at least one actuating element against the elastic restoring force of the M. aterials of the casting jaw takes place.
- the volume of the casting gap can be increased to a limited extent and can thus accommodate an additional amount of coating liquid.
- the boundary surfaces of the casting matter which are formed by the respective casting jaws or partial areas thereof, have no interruptions or edges, as would inevitably result in a multi-part structure.
- both casting jaws can each be weakened at a small distance in front of the corresponding casting lip by a slot-shaped recess each in such a way that the casting lip-side partial areas of the two casting jaws located in front of this recess can each be easily opened by a small angular range by appropriately provided actuating elements.
- the deflection of the individual casting jaws can be reduced to half compared to an embodiment in which only one casting jaw can be partially opened. This also reduces the stress on the material, which leads to reduced symptoms of fatigue.
- the individual casting jaws can also be controlled separately without changing anything in the other parameters for opening.
- the angular range by which the one casting jaw or both casting jaws can be opened together can be approximately 0.1 ° to 0.2 °.
- the angular range around which the one casting jaw or both casting jaws can be folded open can also be designed in such a way that the distance between the casting lips can be changed by approximately 30 ⁇ m to 80 ⁇ m, preferably approximately 50 ⁇ m.
- At least one actuating element can comprise a motor drive, a pneumatic or hydraulic cylinder or an electromagnetic drive.
- At least one piezo drive can be designed to act directly or indirectly on the casting lip-side subregion of the corresponding casting jaw located in front of the corresponding recess via tie rods.
- the piezo drive can be designed in such a way that it still has at least 60% power reserves for the maximum deflection required for the intended increase in volume of the casting gap.
- a control unit can be provided for controlling the opening and closing of the respective sub-area of the at least one casting jaw, preferably coordinated with the control of other process parameters.
- Fig. 1 shows a slot caster 1, which is preferably used for the production of thin and homogeneous coatings on web-shaped materials.
- the slot caster 1 comprises two massive blocks as casting jaws 2, 3 on both sides, which are arranged at a small distance from one another.
- the free ends of the casting jaws 2, 3 are each designed as casting lips 4, 5 and form the casting gap 6 between them, through which the material 7 exits for coating and reaches the web 8 to be coated. This can be guided around a roller 9, for example.
- the casting jaw 2 provided on the top side in the representations is weakened at a short distance in front of the 4 casting lip by a slot-shaped recess 10 in such a way that the casting lip-side sub-area 14 of this casting jaw 2 lying in front of this recess 10 is easily surrounded by a correspondingly provided actuating element 11 a small angular range can be opened.
- the volume of the casting gap 6 can be temporarily increased uniformly along the entire casting gap 6 (cf. Fig. 4 ), so that the coating is interrupted and an intermittent coating is possible.
- the actuating element 11 comprises a piezo drive 12, which is designed to act via tie rods 13 on the casting lip-side subregion 14 of the casting jaw 2 located in front of the corresponding recess 10.
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- Coating Apparatus (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft einen Schlitzgießer zur Herstellung von dünnen und homogenen Beschichtungen auf bahnförmigen Materialien, zur intermittierenden Beschichtung, wobei zwei massive Blöcke als beiderseitige Gießerbacken in einem geringen Abstand zueinander angeordnet sind, und wobei die freien Enden der Gießerbacken jeweils als Gießlippe ausgebildet sind und zwischen sich den Gießerspalt bilden, durch den das Material zur Beschichtung austritt und auf die zu beschichtende Bahn gelangt.
- Aus der Praxis sind Schlitzgießer, die auch als Breitschlitzdüse oder englisch "Slot Die" bezeichnet werden, als Werkzeuge zur Herstellung üblicherweise dünner (typischerweise 0,1 bis 100 µm) und homogener Beschichtungen auf bahnförmigen Materialien bekannt.
- Dabei besteht ein Schlitzgießer im Wesentlichen aus zwei massiven Blöcken, welche in einem geringen Abstand zueinander angeordnet sind. Der Abstand beträgt typischerweise 10 bis 200 µm, in Sonderfällen auch bis zu einigen mm.
- Zwischen diesen beiden Blöcken ist der Schlitz gebildet, welcher durch eine entsprechende Konstruktion nur nach unten bleibt. Zudem ist in einem Block eine Verteilerkammer (englisch "manifold") ausgespart, welche mittels einer Öffnung mit der Beschichtungsflüssigkeit befüllt wird. Unter Druck wird dann die Beschichtungsflüssigkeit durch den Schlitz nach unten herausgedrückt und gelangt durch den Schlitz auf die zu beschichtende Bahn. Die Schichtdicke auf der Bahn wird dabei durch die Pumpleistung, die Bahngeschwindigkeit und Beschichtungsbreite bestimmt.
- Entsprechende Schlitzgießer sind beispielsweise aus der
WO 2012/170713 A1 und derDE 198 55 751 A1 bekannt. In der erstgenannten Druckschrift ist eine Verstellbarkeit des Schlitzspaltes entlang der Schlitzbreite beschrieben, wohingegen die zweitgenannte Druckschrift eine Verstellung mittels eines Thermobolzens betrifft. - In der
DE 101 29 250 A1 ist eine Verstellung des Schlitzspaltes mittels Piezoaktuatoren beschrieben. - Hingegen betrifft die
US 6 001 179 A eine Düse, bei welcher der Abstand zwischen einer Lippe und dem Beschichtungsobjekt veränderbar ist. - In der
JP 2006 239664 A - In der Düse gemäß
JP H06 142591 A - In der
DE 103 58 220 A1 ist eine Düse beschrieben, bei der die Lage einer der beiden Düsenlippen mittels einer Kugelumlaufspindel verstellbar ist
Mit üblichen Schlitzgießern lassen sich Beschichtungen mit Längsstreifen mit bekannten Methoden, wie z. B. kammförmigen Masken, in befriedigender Qualität relativ einfach herstellen. Dabei blockiert die kammförmige Maske den Flüssigkeitsstrom in den Leerstellen zwischen den beabsichtigten Beschichtungsstreifen, ansonsten wird der kontinuierliche Beschichtungsvorgang jedoch nicht behindert und erzeugt somit die streifenförmige Beschichtung. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise in derEP 1 010 472 A beschrieben. - Eine Beschichtung mit Querstreifen ist jedoch nicht so einfach möglich, da in Bahnrichtung an jeder Kante des Streifens ein Start bzw. Stopp des Beschichtungsprozesses erforderlich ist. Eine Querstreifenbeschichtung wird aus diesem Grunde auch als intermittierendes Beschichten (englisch "intermittent coating") bezeichnet. Dabei besteht die wesentliche Schwierigkeit darin, den Meniskus bzw. Vorhang der Beschichtungsflüssigkeit beim Start extrem schnell zu stabilisieren bzw. beim Stopp definiert zu unterbrechen, da ansonsten keine sauberen Kanten der Streifen erzielt werden.
- Es sind insoweit verschiedene Methoden des intermittierenden Beschichtens bekannt.
- So kann beispielsweise die Pumpe entsprechend an- und ausgeschaltet und ggf. im Rücklauf betrieben werden, wodurch bei luftfrei gefülltem Gießer der Flüssigkeitsstrom im gesamten Gießer insoweit gestartet bzw. gestoppt wird und mit einem kurzzeitigen Rücklauf sogar ein begrenztes Absaugen von Beschichtungsflüssigkeit (suck back) möglich ist.
- Auch kann durch ein entsprechendes An- und Abfahren des Schlitzgießers eine Unterbrechung der Beschichtung erreicht werden.
- Alternativ kann auch eine Umleitung oder ein Stopp der Beschichtungsflüssigkeit erfolgen.
- Mit geeigneter zeitlicher Steuerung funktionieren derartige Verfahren noch zufriedenstellend, wenn die Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit ausreichend hoch ist, wie z. B. bei der intermittierenden Beschichtung mit Batteriepasten.
- Nachteilig hierbei ist, dass bei niedrigen Viskositäten (<1 bis 50 mPas) und zu hohen Beschichtungsgeschwindigkeiten keine sauberen Ergebnisse mehr erreicht werden. Wenn die Viskosität zu niedrig ist, dann reißt der Meniskus nicht definiert auf, sondern bildet unsaubere wellige oder zackige Ränder.
- Insoweit können auch einige m/min schon eine zu hohe Beschichtungsgeschwindigkeit sein, da der Meniskus, um hinreichend scharfe Kanten zu erzeugen, innerhalb von wenigen ms aufgebaut bzw. unterbrochen werden soll, da die Reaktionszeit der vorbekannten Verfahren eher bei einigen 100 ms liegt. Aufgabe der Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und einen Schlitzgießer anzugeben, mit dem auch bei niedriger Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit mit extrem kurzer Reaktionszeit saubere Kanten erzeugbar sind.
- Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Schlitzgießer dadurch gelöst, dass das Volumen des Gießerspaltes entlang des gesamten Gießerspaltes einheitlich durch wenigstens ein entsprechend vorgesehenes Betätigungselement vorübergehend vergrößerbar ist, indem zumindest eine Gießerbacke in einem geringen Abstand vor der Gießlippe durch eine schlitzförmige Aussparung derart geschwächt ist, dass der vor dieser Aussparung liegende, gießlippenseitige Teilbereich dieser Gießerbacke durch ein entsprechend vorgesehenes Betätigungselement leicht um einen geringen Winkelbereich aufklappbar ist, wobei zumindest ein Betätigungselement einen Piezoantrieb umfasst, wobei der Piezoantrieb (12) derart ausgebildet ist, dass die erforderliche Auslenkung innerhalb von wenigen Millisekunden, vorzugsweise weniger als 100 ms, besonders bevorzugt weniger als 10 ms, bewirkbar ist und wobei weiterhin das durch das zumindest eine Betätigungselement bewirkbare Aufklappen gegen die elastische Rückstellkraft des Materials der Gießerbacke erfolgt.
- Somit kann das Volumen des Gießspalts in einem begrenzten Umfang vergrößert werden und kann somit eine zusätzliche Menge an Beschichtungsflüssigkeit aufnehmen. Die Begrenzungsflächen des Gießspates, welche durch die jeweiligen Gießerbacken bzw. Teilbereiche hiervon gebildet sind, weisen dabei keinerlei Unterbrechungen oder Kanten auf, wie sie bei einem mehrteiligen Aufbau zwangsweise resultieren würden.
- Vorzugsweise können beide Gießerbacken jeweils in einem geringen Abstand vor der entsprechenden Gießlippe durch je eine schlitzförmige Aussparung derart geschwächt sein, dass die jeweils vor dieser Aussparung liegenden, gießlippenseitigen Teilbereiche der beiden Gießerbacken durch entsprechend vorgesehene Betätigungselemente jeweils leicht um je einen geringen Winkelbereich aufklappbar sind. Damit kann die Auslenkung der jeweils einzelnen Gießerbacke auf die Hälfte reduziert werden gegenüber einer Ausgestaltung, bei der nur eine Gießerbacke teilweise aufklappbar ist. Hierdurch reduziert auch eine geringere Materialbelastung, was zu verringerten Ermüdungserscheinungen führt.
- Zudem kann auch eine separate Ansteuerung der einzelnen Gießerbacken erfolgen, ohne dass an den sonstigen Parametern des Aufklappens etwas geändert wird.
- Erfindungsgemäß kann der Winkelbereich, um den die eine Gießerbacke bzw. beide Gießerbacken zusammen aufklappbar sind, in etwa 0,1° bis 0,2° betragen.
- Auch kann der Winkelbereich, um den die eine Gießerbacke bzw. beide Gießerbacken zusammen aufklappbar sind, derart ausgebildet sein, dass eine Änderung des Abstands zwischen den Gießerlippen um ca. 30 µm bis 80 µm, vorzugsweise ca. 50 µm, erzielbar ist.
- Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann zumindest ein Betätigungselement einen motorischen Antrieb, einen Pneumatik- oder Hydraulikzylinder oder einen elektromagnetischen Antrieb umfassen.
- Dabei kann zumindest ein Piezoantrieb über Zuganker direkt oder indirekt auf den vor der entsprechenden Aussparung liegenden, gießlippenseitigen Teilbereich der entsprechenden Gießerbacke wirkend ausgebildet sein.
- Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Piezoantrieb derart ausgebildet sein, dass er bei der für die beabsichtigte Volumenvergrößerung des Gießerspaltes maximal erforderlichen Auslenkung noch wenigstens 60 % Kraftreserven aufweist.
- Erfindungsgemäß kann eine Steuereinheit für die Steuerung des Auf- und Zuklappens des jeweiligen Teilbereichs der zumindest einen Gießerbacke, vorzugsweise koordiniert mit der Steuerung anderer Prozessparameter, vorgesehen sein.
- Im Folgenden wird ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen erfindungsgemäßen Schlitzgießer in einem typischen Anwendungsfall,
- Fig. 2
- den Gegenstand nach
Fig. 1 in isolierter Darstellung, - Fig. 3
- den Gegenstand nach
Fig. 2 in schematisierter Darstellung während einer Beschichtungsphase und - Fig. 4
- den Gegenstand nach
Fig. 2 in schematisierter Darstellung während einer Beschichtungspause. - In allen Figuren werden für gleiche bzw. gleichartige Bauteile übereinstimmende Bezugszeichen verwendet.
-
Fig. 1 zeigt einen Schlitzgießer 1, der vorzugsweise zur Herstellung von dünnen und homogenen Beschichtungen auf bahnförmigen Materialien eingesetzt wird. - Dabei umfasst der Schlitzgießer 1 zwei massive Blöcke als beiderseitige Gießerbacken 2, 3, die in einem geringen Abstand zueinander angeordnet sind. Die freien Enden der Gießerbacken 2, 3 sind jeweils als Gießlippe 4, 5 ausgebildet und bilden zwischen sich den Gießerspalt 6, durch den das Material 7 zur Beschichtung austritt und auf die zu beschichtende Bahn 8 gelangt. Diese kann beispielsweise um eine Walze 9 herumgeführt sein.
- Wie insbesondere aus den
Figuren 3 und 4 ersichtlich ist, ist die in den Darstellungen oberseitig vorgesehene Gießerbacke 2 in einem geringen Abstand vor der 4 Gießlippe durch eine schlitzförmige Aussparung 10 derart geschwächt, dass der vor dieser Aussparung 10 liegende, gießlippenseitige Teilbereich 14 dieser Gießerbacke 2 durch ein entsprechend vorgesehenes Betätigungselement 11 leicht um einen geringen Winkelbereich aufklappbar ist. Hierdurch kann das Volumen des Gießerspaltes 6 entlang des gesamten Gießerspaltes 6 einheitlich vorübergehend vergrößert werden (vgl.Fig. 4 ), so dass die Beschichtung unterbrochen wird und damit ein intermittierendes beschichten möglich ist. - Wie insbesondere in
Fig. 2 gezeigt, umfasst das Betätigungselement 11 einen Piezoantrieb 12, der über Zuganker 13 auf den vor der entsprechenden Aussparung 10 liegenden, gießlippenseitigen Teilbereich 14 der Gießerbacke 2 wirkend ausgebildet ist.
Claims (8)
- Schlitzgießer (1), zur Herstellung von dünnen und homogenen Beschichtungen auf bahnförmigen Materialien, zur intermittierenden Beschichtung, wobei zwei massive Blöcke als beiderseitige Gießerbacken (2, 3) in einem geringen Abstand zueinander angeordnete sind, und wobei die freien Enden der Gießerbacken (2, 3) jeweils als Gießlippe (4, 5) ausgebildet sind und zwischen sich den Gießerspalt (6) bilden, durch den das Material (7) zur Beschichtung austritt und auf die zu beschichtende Bahn (8) gelangt, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Gießerspaltes (6) entlang des gesamten Gießerspaltes (6) einheitlich durch wenigstens ein entsprechend vorgesehenes Betätigungselement (11) vorübergehend vergrößerbar ist, indem zumindest eine Gießerbacke (2, 3) in einem geringen Abstand vor der Gießlippe (4, 5) durch eine schlitzförmige Aussparung (10) derart geschwächt ist, dass der vor dieser Aussparung (10) liegende, gießlippenseitige Teilbereich (14) dieser Gießerbacke durch ein entsprechend vorgesehenes Betätigungselement (11) leicht um einen geringen Winkelbereich aufklappbar ist, wobei zumindest ein Betätigungselement (11) einen Piezoantrieb (12) umfasst, wobei der Piezoantrieb (12) derart ausgebildet ist, dass die erforderliche Auslenkung innerhalb von wenigen Millisekunden, vorzugsweise weniger als 100 ms, besonders bevorzugt weniger als 10 ms, bewirkbar ist und wobei weiterhin das durch das zumindest eine Betätigungselement (11) bewirkbare Aufklappen gegen die elastische Rückstellkraft des Materials der Gießerbacke (2, 3) erfolgt.
- Schlitzgießer (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass beide Gießerbacken (2, 3) jeweils in einem geringen Abstand vor der entsprechenden Gießlippe (4, 5) durch je eine schlitzförmige Aussparung (10) derart geschwächt sind, dass die jeweils vor dieser Aussparung liegenden, gießlippenseitigen Teilbereiche (14) der beiden Gießerbacken (2, 3) durch entsprechend vorgesehene Betätigungselemente (11) jeweils leicht um je einen geringen Winkelbereich aufklappbar sind.
- Schlitzgießer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelbereich, um den die eine Gießerbacke (2, 3) bzw. beide Gießerbacken (2, 3) zusammen aufklappbar sind, in etwa 0,1° bis 0,2° beträgt.
- Schlitzgießer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelbereich, um den die eine Gießerbacke (2, 3) bzw. beide Gießerbacken (2, 3) zusammen aufklappbar sind, derart ausgebildet ist, dass eine Änderung des Abstands zwischen den Gießerlippen (4, 5) um ca. 30 µm bis 80 µm, vorzugsweise ca. 50 µm, erzielbar ist.
- Schlitzgießer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Betätigungselement (11) einen motorischen Antrieb, einen Pneumatik- oder Hydraulikzylinder oder einen elektromagnetischen Antrieb umfasst.
- Schlitzgießer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Piezoantrieb (12) über Zuganker (13) direkt oder indirekt auf den vor der entsprechenden Aussparung (10) liegenden, gießlippenseitigen Teilbereich (14) der entsprechenden Gießerbacke (2, 3) wirkend ausgebildet ist.
- Schlitzgießer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezoantrieb (12) derart ausgebildet ist, dass er bei der für die beabsichtigte Volumenvergrößerung des Gießerspaltes (6) maximal erforderlichen Auslenkung noch wenigstens 60 % Kraftreserven aufweist.
- Schlitzgießer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit für die Steuerung des Auf- und Zuklappens des jeweiligen Teilbereichs (14) der zumindest einen Gießerbacke (2, 3), vorzugsweise koordiniert mit der Steuerung anderer Prozessparameter, vorgesehen ist.
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