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WO2008141820A1 - Mundstück zum beschichten eines substrats mit einer flüssigkeit - Google Patents

Mundstück zum beschichten eines substrats mit einer flüssigkeit Download PDF

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Publication number
WO2008141820A1
WO2008141820A1 PCT/EP2008/004083 EP2008004083W WO2008141820A1 WO 2008141820 A1 WO2008141820 A1 WO 2008141820A1 EP 2008004083 W EP2008004083 W EP 2008004083W WO 2008141820 A1 WO2008141820 A1 WO 2008141820A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
slot nozzle
mouthpiece
slot
nozzle plate
mouthpiece according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2008/004083
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Franz Durst
Carolin KÖRNER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FMP TECHNOLOGY GmbH
Original Assignee
FMP TECHNOLOGY GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FMP TECHNOLOGY GmbH filed Critical FMP TECHNOLOGY GmbH
Publication of WO2008141820A1 publication Critical patent/WO2008141820A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C5/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work
    • B05C5/02—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work
    • B05C5/0254—Coating heads with slot-shaped outlet

Definitions

  • the invention relates to a mouthpiece for coating a substrate with a liquid according to the preamble of claim 1.
  • the invention generally relates to the field of coating of flat substrates, for example paper or the like. , with a liquid.
  • a mouthpiece has a slot nozzle for producing a thin film of the liquids used for the coating.
  • the mouthpiece can have a width of up to 7 m. It is usually formed from two slot nozzle elements mounted in opposing arrangement. A slot width of the slot nozzle formed from the opposing slot nozzle elements is usually in the range of 50 to 400 microns.
  • the slot nozzle elements are manufactured over their entire width with the highest precision.
  • the required manufacturing precision is currently achieved by making the slot nozzle elements from solid stainless steel. Not least because of the weight of the solid material, the handling and production of a mouthpiece according to the prior art is extremely time consuming and costly.
  • the object of the invention is to eliminate the disadvantages of the prior art. It is intended in particular a mouthpiece be specified for coating a substrate with a liquid that can be produced with less effort while maintaining the required precision. According to a further object of the invention, the mouthpiece should be designed so that the slot width does not change even when occurring during operation temperature fluctuations.
  • At least one of the two slot nozzle elements is designed as a lightweight component, wherein a slit facing the first slot nozzle plate is connected via a framework structure with a support member.
  • a slot nozzle plate delimits the slot.
  • the slot nozzle plate is connected via a framework structure with a carrier element.
  • the framework structure comprises a plurality of metal webs connecting the carrier element to the slot nozzle plate. It is advantageous that the metal webs extend substantially perpendicular to the surface of the slot nozzle plate. It is all It is also possible that the metal webs extend at least partially obliquely, ie at an acute angle, to the surface of the slot nozzle plate. The metal webs may also intersect and / or be interconnected.
  • the framework structure can also be formed from a metal foam or a ceramic foam according to a further advantageous embodiment.
  • the metal or ceramic foam may have an open-pored design so that a cooling fluid can flow through it. It can also be formed from closed pores.
  • the arrangement of the metal webs or the configuration of the metal or ceramic foam is selected so that thermally induced changes in shape of the slot nozzle element are minimized.
  • a material can be used for producing the metal webs or the metal or ceramic foam, which has a particularly low thermal expansion coefficient, in particular in a direction perpendicular to the surface of the slot nozzle plate.
  • the effective thermal expansion coefficient of the framework structure in the direction perpendicular to the surface of the slot nozzle plate is zero.
  • the framework structure can be designed in the form of at least one, preferably plate-like, mounting element.
  • a mounting element can, for. B. are connected by welding to the support member and / or the slot nozzle plate.
  • the slot nozzle plate is advantageously made of one of the following materials: titanium, stainless steel, invar, ceramic or glass ceramic.
  • "Invar” is an iron-nickel alloy with about 36% nickel. Up to 1% of magnesium, silicon and carbon can be alloyed here. to change the mechanical properties. By alloying up to 5% cobalt, the thermal expansion coefficient can be further reduced. Similar to the framework structure, care must also be taken when selecting the material for producing the slot nozzle plate that it has a particularly low thermal expansion coefficient in a direction perpendicular to the surface of the slot nozzle plate.
  • a coefficient of thermal expansion of the lightweight component in a direction perpendicular to the surface of the slot nozzle plate is less than 0.015 x 10 4 (K "1 ), preferably less than 0.010 x 10 4 (K " 1 ).
  • K "1 0.015 x 10 4
  • K " 1 0.010 x 10 4
  • Carrier element are connected to the framework structure by means of welding, soldering or gluing.
  • the lightweight component is made of one and the same material.
  • rapid prototyping processes enable the production of complex components.
  • the electron beam rapid prototyping method makes it possible to produce a lightweight component of one piece, which is formed, for example, from titanium or invar.
  • lightweight structural elements which in particular contain a core formed from a metal foam
  • metal foam lightweight components can be produced for example by injection molding.
  • ceramic foams elements are generally known in the prior art. For example, they may be Al 2 O 3 or SiC or the like. be prepared.
  • framework structures can also be produced, for example by means of water jet cutting, from a solid material.
  • the framework structures may have, in particular, walls that run perpendicular to the surface of the slot nozzle plate, preferably contiguous walls.
  • the walls can form a honeycomb-shaped structure.
  • the slot nozzle plate has a thickness in the range of 3 to 15 mm, preferably in the range of 4 to 8 mm.
  • a slot nozzle element can be produced whose weight is reduced by more than 50%, preferably more than 60 to 90%, compared to conventional slot nozzle elements.
  • the surface of the slot nozzle plate is coated or modified. It can be
  • Coatings or modifications of the slot nozzle plate are made, which affect their wettability, resistance to acids or bases, tribological properties and the like.
  • a predetermined wetting angle can be set for a liquid to be conveyed through the slot nozzle.
  • the surface of the slot nozzle plate is polished. This allows the production a liquid film of constant thickness over the entire width of the slot nozzle.
  • a slot width of the slot nozzle is preferably in the range of 20 to 500 ⁇ m, preferably 50 to 200 ⁇ m.
  • the framework structure is used for passing a fluid for setting a predetermined temperature of the slot nozzle plate or the mouthpiece. Because of the provision of the framework structure according to the invention, compared to the production of conventional slot nozzle elements, it is no longer necessary to manufacture channels at high cost by means of machining, through which a fluid is guided for setting a predetermined temperature of the slot nozzle plate.
  • the fluid may be a gas, preferably air, but in particular also a liquid, preferably water or oil.
  • both the slot nozzle forming slot nozzle elements are designed as lightweight elements according to the invention.
  • the production of the mouthpiece can be further simplified and cheapened.
  • the slot nozzle elements are suitably releasably connected to each other. They can be connected to each other in particular with a screw connection. For this purpose, corresponding massive sections can be provided in the region of the slot nozzle plate, in which threads are incorporated.
  • the proposed releasable connection of the slot nozzle elements allows easy disassembly, for example for cleaning purposes.
  • the mouthpiece on several slot nozzles which by inventive ße lightweight components are formed.
  • the mouthpieces according to the invention may be part of a so-called “cascade slot casting tool” in which a plurality of mouthpieces are arranged one behind the other in such a way that their slot nozzles run parallel to one another.
  • the aforementioned "cascade slot casting tool” allows the application of a liquid film consisting of different superimposed liquid layers.
  • a coating tool which comprises at least one inventive mouthpiece.
  • at least one inventive mouthpiece is provided, which comprises at least one inventive mouthpiece.
  • several mouthpieces according to the invention can also be accommodated in the coating tool.
  • the mouthpiece is accommodated in a direction parallel to the opening direction of the slot nozzle floating in a mouthpiece carrier.
  • thermal expansions in a direction parallel to the opening direction of the slit nozzle can be compensated, i. H.
  • the mouthpiece can expand in this direction.
  • the formation of thermally induced voltages can be avoided, which can lead to an undesirable change in the slot width of the slot nozzle.
  • a sliding layer preferably made of tetrafluoroethylene, is provided between the mouthpiece carrier and the mouthpiece. It can thus be ensured that any thermal linear expansion generated parallel to the opening direction of the slot nozzle can be compensated for by a sliding movement without the generation of undesired stresses.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view through a second mouthpiece
  • Fig. 5 is a schematic cross-sectional view through a fourth mouthpiece.
  • a first slot nozzle element 1 and a second slot nozzle element 2 are arranged opposite to each other.
  • the two slot nozzle elements 1, 2 are detachable in this arrangement, for example by means of a
  • the first slot nozzle element 1 has a first slot nozzle plate 3, which is flat at least in the vicinity of a slot nozzle 4 formed therewith.
  • the recesses 5, 6 may be half-round in cross-section. They serve to feed the through the
  • Reference numeral 7 denotes a first framework structure which connects the first slot nozzle plate 3 to a first carrier element 8.
  • the first carrier element 8 summarizes here a support plate, which z. T. parallel to the first slot nozzle plate 3 runs.
  • the support plate also has an angled portion which is connected in the vicinity of the slot nozzle 4 with the first slot nozzle plate 3. At their ends opposite the slot nozzle 4, the first slot nozzle plate 3 and the first carrier element 8 are connected to one another by means of a first cover plate 9.
  • the second slot nozzle element 2 is constructed similarly to the first slot nozzle element 1.
  • a second slot nozzle plate 10 is designed to be flat.
  • a second carrier element 11 is formed symmetrically with the first carrier element 8 with respect to a plane of symmetry passing through the slot nozzle 4.
  • Reference numeral 12 denotes a second cover plate, which connects the free ends of the second slot nozzle plate 10 and the second carrier element 11 to one another in a preferably symmetrical design.
  • a second framework structure 13, which connects the second slot nozzle plate 10 and the second carrier element 11 with each other, may be formed as well as the first framework structure 7.
  • the first 7 and the second frame structure 13 are made of a metal foam.
  • a carbon body formed in each case from the slot die plates 3, 10 and the respective carrier elements 8, 11 and the cover plates 9, 12 can be produced for this purpose.
  • This hollow body can then be used as a mold for injecting a foamable molten metal.
  • preferably stainless steel or invar, but also titanium, are used.
  • the second mouthpiece shown in Fig. 2 is basically similar to the first mouthpiece shown in Fig. 1 constructed.
  • the same reference numerals have been used so far.
  • the first 7 and the second framework structure 13 are formed from metal webs which are connected to one another like a framework.
  • the metal webs can be columnar, d. H. be spaced apart. But they can also form at least partially continuous walls, so that there is a scaffold-like structure formed of a plurality of cavities or channels.
  • the metal bars intersect here at an angle of 90 °.
  • the slot nozzle elements 1, 2 shown in Fig. 2, for example, can be made by rapid prototyping of one piece. They then preferably consist of a metallic material, in particular stainless steel, Invar or titanium. But it is also possible to produce the framework structure 7, 13 by means of extrusion and then to connect with the respective slot nozzle plates 3, 10 and the support elements 8, 11.
  • FIG. 3 shows a photograph of a cut-open embodiment of a slot nozzle element 1.
  • the first carrier element 8 and the first slot nozzle plate 3 are connected to each other via individual metal bars 14 extending perpendicular to the surface thereof.
  • the first framework structure 7 formed from the metal rods 14 can likewise be produced in one piece together with the first support element 8 and the first slot nozzle plate 3 by a rapid prototyping method.
  • the second slot nozzle element 2 in the same way, so the second framework structure 13 also consists of metal bars 14 extending perpendicular to the surface of the second slot nozzle plate 10.
  • the framework structure consists of honeycomb-connected metal webs.
  • the framework structure can first be brought into the appropriate shape.
  • the slot nozzle plate and / or the carrier element can be molded onto this mold, for example by means of rapid prototyping. This can be a significant acceleration of the manufacturing process can be achieved.
  • the channels formed by the honeycomb structure extend substantially parallel to the opening plane of the slot nozzle 4, it is possible to pass a fluid for controlling the temperature of the mouthpiece.
  • the framework structure 7 comprises obliquely intersecting metal webs. Also in this structure, parallel to the recesses 5, 6 extending channels, which can be used to carry out a fluid for controlling the temperature of the mouthpiece.
  • the framework structure 7, 13 flows through as such directly by a cooling fluid.
  • the metal bars 14 or the metal webs used in the framework structures can have a thickness in the range from 2 to 0.5 mm, preferably 1.2 to 0.6 mm.
  • the mouthpieces shown in Figs. 1, 2, 4 and 5 may be floatingly received in a mouthpiece carrier of a coating tool.
  • the mouthpiece carrier has a recess into which, advantageously with the interposition of a sliding layer, the mouthpiece can be inserted with its rear side facing away from the slot nozzle 4.
  • the sliding layer may conveniently be made of tetrafluoroethylene.

Landscapes

  • Nozzles (AREA)
  • Coating Apparatus (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mundstück zum Beschichten eines Substrats mit einer Flüssigkeit, mit zumindest einer Schlitzdüse (4) zum Erzeugen eines Flüssigkeitsfilms mit einer vor gegebenen Dicke, wobei ein die Schlitzdüse (4) bildender Schlitz in seiner Schlitzweite durch zwei ineinander gegenüberliegender Anordnung angeordnete Schlitzdüsenelemente (1, 2) begrenzt ist. Zur Vereinfachung der Herstellung des Mundstücks wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass zumindest eines der beiden Schlitzdüsenelemente (1, 2) als Leichtbauelement ausgebildet ist, bei dem eine dem Schlitz zugewandte erste Schlitzdüsenplatte (3) über eine Gerüststruktur (7) mit einem Trägerelement (8) verbunden ist.

Description

Mundstück zum Beschichten eines Substrats mit einer Flüssigkeit
Die Erfindung betrifft ein Mundstück zum Beschichten eines Substrats mit einer Flüssigkeit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Beschichtung von flächigen Substraten, beispielsweise Papier oder dgl . , mit einer Flüssigkeit. Es wird insoweit verwiesen auf Durst, F. et al . "Stabilität von Filmen in der Fliesser-Filmbe- schichtung", Coating, 12/89, 1/90, 2/90. Daraus sind, insbesondere zur sogenannten Vorhangbeschichtung, Schlitzfließwerkzeuge bekannt, bei denen ein Mundstück eine Schlitzdüse zum Erzeugen eines dünnen Films der für die Beschichtung verwendeten Flüssigkeiten aufweist. Das Mundstück kann eine Breite von bis zu 7 m aufweisen. Es ist üblicherweise aus zwei in einander gegenüberliegender Anordnung montierten Schlitzdüsenelementen gebildet. Eine Schlitzweite der aus den einander gegenüberliegenden Schlitzdüsenelementen gebildeten Schlitzdüse liegt üblicherweise im Bereich von 50 bis 400 μm. Zur Sicherstellung einer einheitlichen Dicke des mit dem Mundstück hergestellten Flüssigkeitsfilms ist es erforderlich, dass die Schlitzdüsenelemente über ihre gesamte Breite hinweg mit höchster Präzision gefertigt werden. Nach dem Stand der Technik wird die erforderliche Fertigungspräzision derzeit dadurch erreicht, dass die Schlitzdüsenelemente aus Edelstahl-Vollmaterial hergestellt werden. Nicht zuletzt wegen des Gewichts des Vollmaterials ist die Handhabung und Herstellung eines Mundstücks nach dem Stand der Technik äußerst zeit- und kostenaufwändig.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Mundstück zum Beschichten eines Substrats mit einer Flüssigkeit angegeben werden, das unter Einhaltung der erforderlichen Präzision mit geringerem Aufwand herstellbar ist. Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll das Mundstück so ausgebildet sein, dass sich auch bei im Betrieb auftretenden TemperaturSchwankungen die Schlitzweite nicht ändert.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 18 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 17 und 19 bis 20.
Nach Maßgabe der Erfindung wird vorgeschlagen, dass zumindest eines der beiden Schlitzdüsenelemente als Leichtbauelement ausgebildet ist, bei dem eine dem Schlitz zugewandte erste Schlitzdüsenplatte über eine Gerüststruktur mit einem Trägerelement verbunden ist. Nach dem Gegenstand der vorgeschlagenen Erfindung wird die im Bereich der Schlitzdüse einzuhaltende Präzision dadurch gewährleistet, dass eine Schlitzdüsenplatte den Schlitz begrenzt. Die Schlitzdüsenplatte ist über eine Gerüststruktur mit einem Trägerelement verbunden. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass mit der vorgeschlagenen Konstruktion des Schlitzdüsenelements thermisch induzierte unerwünschte Formänderungen der Schlitzdüsenplatte ebenso gut wie bei einem herkömmlichen aus Vollmaterial her- gestellten Schlitzdüsenelement vermieden werden können. Das erfindungsgemäße Schlitzdüsenelement ist zudem erheblich leichter ausgebildet als ein Schlitzdüsenelement nach dem Stand der Technik. Es ist infolgedessen leichter herzustellen und zu handhaben.
Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, dass die Gerüststruktur eine Vielzahl von das Trägerelement mit der Schlitzdüsenplatte verbindenden Metallstegen umfasst. Dabei ist es von Vorteil, dass sich die Metallstege im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der Schlitzdüsenplatte erstrecken. Es ist aller- dings auch möglich, dass sich die Metallstege zumindest zum Teil schräg, d. h. in einem spitzen Winkel, zur Oberfläche der Schlitzdüsenplatte erstrecken. Die Metallstege können sich auch kreuzen und/oder miteinander verbunden sein.
Die Gerüststruktur kann nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung auch aus einem Metallschaum oder einem Keramikschaum gebildet sein. Der Metall- oder Keramikschaum kann offenporig ausgebildet sein, so dass ein Kühlfluid hindurch- strömen kann. Es kann aber auch aus geschlossenen Poren gebildet sein.
Die Anordnung der Metallstege bzw. die Ausgestaltung des Metall- oder Keramikschaums ist so gewählt, dass thermisch in- duzierte Formänderungen des Schlitzdüsenelements minimiert sind. Dazu kann zur Herstellung der Metallstege bzw. des Metall- oder Keramikschaums ein Material verwendet werden, das insbesondere in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche der Schlitzdüsenplatte einen besonders geringen thermischen Aus- dehnungskoeffizienten hat. Im Idealfall ist der effektive thermische Ausdehnungskoeffizient der Gerüststruktur in der Richtung senkrecht zur Oberfläche der Schlitzdüsenplatte Null.
Die Gerüststruktur kann in Form zumindest eines, vorzugsweise plattenartig ausgebildeten, Montageelements ausgeführt sein. Ein solches Montageelement kann z. B. durch Schweißen mit dem Trägerelement und/oder der Schlitzdüsenplatte verbunden werden.
Die Schlitzdüεenplatte ist vorteiihafcerweise aus einem der folgenden Materialien hergestellt: Titan, Edelstahl, Invar, Keramik oder Glaskeramik. Bei "Invar" handelt es sich um eine Eisen-Nickel-Legierung mit etwa 36% an Nickel. Dabei können bis zu 1% an Magnesium, Silizium und Kohlenstoff legiert wer- den, um die mechanischen Eigenschaften zu verändern. Durch Legieren von bis zu 5% Kobalt kann der thermische Ausdehnungskoeffizient weiter reduziert werden. Ähnlich wie die Gerüststruktur ist auch bei der Auswahl des Materials zur Her- Stellung der Schlitzdüsenplatte darauf zu achten, dass dieses in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche der Schlitzdüsenplatte einen besonders geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Koeffizient der thermischen Längenausdehnung des Leichtbauelements in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche der Schlitzdüsenplatte kleiner als 0,015 x 104 (K"1), vorzugsweise kleiner als 0,010 x 104 (K"1). Die vorgenannte Bedingung kann durch eine geeignete Wahl der Materialien zur Herstellung der Schlitzdüsenplatte, der GerüstStruktur und/oder des Trägerelements erreicht werden.
Sofern das Leichtbauelement aus unterschiedlichen Materialien hergestellt ist, können die Schlitzdüsenplatte und/oder das
Trägerelement mit der GerüstStruktur mittels Schweißen, Löten oder Kleben verbunden werden. Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Leichtbauelement aus ein und demselben Material hergestellt. Weiter hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Leichtbauelement aus einem Stück herzustellen. Das kann beispielsweise mittels eines "rapid-prototyping" -Verfahrens erfolgen. Rapid-prototyping- Verfahren ermöglichen die Herstellung komplexer Bauteile. Insbesondere ermöglicht das Elektronenstrahl-rapid-prototy- ping-Verfahren die Herstellung eines Leichtbauelements aus einem Stück, welches beispielsweise aus Titan oder Invar gebildet ist.
Die Herstellung von Leichtbauelementen, die insbesondere ei- nen aus einem Metallschaum gebildeten Kern enthalten, ist nach dem Stand der Technik allgemein bekannt. Derartige Me- tallschaumleichtbauelemente können beispielsweise durch Spritzguss hergestellt werden. Auch aus keramischen Schäumen hergestellte Elemente sind nach dem Stand der Technik allge- mein bekannt. Sie können beispielsweise aus Al2O3 oder SiC oder dgl . hergestellt sein. Daneben können Gerüststrukturen auch beispielsweise mittels Wasserstrahlschneiden aus einem Vollmaterial hergestellt werden. In diesem Fall können die Gerüststrukturen insbesondere senkrecht zur Oberfläche der Schlitzdüsenplatte verlaufende, vorzugsweise zusammenhängende, Wände aufweisen. Die Wände können beispielsweise eine wa- benförmige Struktur bilden.
Nach einem weiteren Ausgestaltungsmerkmal weist die Schlitz- düsenplatte eine Dicke im Bereich von 3 bis 15 mm, vorzugsweise im Bereich von 4 bis 8 mm, auf. Im Vergleich zu herkömmlichen Schlitzdüsenelementen kann mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen "relativ dünnen" Ausbildung der Schlitzdüsenplatte ein Schlitzdüsenelement hergestellt werden, dessen Ge- wicht im Vergleich zu herkömmlichen Schlitzdüsenelementen um mehr als 50%, vorzugsweise mehr als 60 bis 90%, reduziert ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist die Oberfläche der Schlitzdüsenplatte beschichtet oder modifiziert. Dabei können
Beschichtungen oder Modifizierungen der Schlitzdüsenplatte vorgenommen werden, welche deren Benetzbarkeit, Beständigkeit gegen Säuren oder Basen, tribologische Eigenschaften und dgl. beeinflussen. Beispielsweise kann durch eine geeignete Be- Schichtung und/oder Modifikation der Schlitzdüsenplatte ein vorgegebener Benetzungswinkel für eine durch die Schlitzdüse zu fördernde Flüssigkeit eingestellt werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist die Oberfläche der Schlitzdüsenplatte poliert. Das ermöglicht die Herstellung eines Flüssigkeitsfilms gleichbleibender Dicke über die gesamte Breite der Schlitzdüse. Eine Schlitzweite der Schlitzdüse ist vorzugsweise im Bereich von 20 bis 500 um, zweckmäßigerweise 50 bis 200 um.
Nach einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung dient die Gerüststruktur zum Durchleiten eines Fluids zum Einstellen einer vorgegebenen Temperatur der Schlitzdüsenplatte bzw. des Mundstücks. Wegen des Vorsehens der erfin- dungsgemäßen Gerüststruktur ist es im Vergleich zur Herstellung herkömmlicher Schlitzdüsenelemente nicht mehr erforderlich, mit hohem Aufwand mittels spanabhebender Bearbeitung Kanäle herzustellen, durch die ein Fluid zum Einstellen einer vorgegebenen Temperatur der Schlitzdüsenplatte geführt wird. Bei dem Fluid kann es sich um ein Gas, vorzugsweise Luft, insbesondere aber auch um eine Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser oder Öl, handeln.
Nach einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind beide die Schlitzdüse bildenden Schlitzdüsenelemente als erfindungsgemäße Leichtbauelemente ausgebildet. Damit kann die Herstellung des Mundstücks weiter vereinfacht und verbilligt werden.
Die Schlitzdüsenelemente sind zweckmäßigerweise lösbar miteinander verbunden. Sie können insbesondere mit einer Schraubverbindung miteinander verbunden werden. Dazu können im Bereich der Schlitzdüsenplatte entsprechende massive Teilabschnitte vorgesehen sein, in denen Gewinde eingearbeitet sind. Die vorgeschlagene lösbare Verbindung der Schlitzdüsenelemente ermöglicht eine einfache Demontage, beispielsweise zur Reinigungszwecken.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Mundstück mehrere Schlitzdüsen auf, die durch erfindungsgemä- ße Leichtbauelemente gebildet sind. D. h. die erfindungsgemäßen Mundstücke können Bestandteil eines so genannten "Kaskaden-Schlitzgießwerkzeugs" sein, bei dem hintereinander mehrere Mundstücke so angeordnet sind, dass deren Schlitzdüsen parallel zueinander verlaufen. Das vorgenannte "Kaskaden- Schlitzgießwerkzeug" ermöglicht das Auftragen eines Flüssigkeitsfilms, der aus unterschiedlichen übereinander liegenden Flüssigkeitsschichten besteht.
Nach weiterer Maßgabe der Erfindung ist ein Beschichtungs- werkzeug vorgesehen, welches zumindest ein erfindungsgemäßes Mundstück umfasst. In dem Beschichtungswerkzeug können selbstverständlich auch mehrere erfindungsgemäße Mundstücke aufgenommen sein.
Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, dass das Mundstück in einer Richtung parallel zur Öffnungsrichtung der Schlitzdüse schwimmend in einem Mundstückträger aufgenommen ist. Damit können thermische Ausdehnungen in eine Richtung parallel zur Öffnungsrichtung der Schlitzdüse kompensiert werden, d. h. das Mundstück kann sich in dieser Richtung ausdehnen. Damit kann die Ausbildung thermisch induzierter Spannungen vermieden werden, welche zu einer unerwünschten Änderung der Schlitzweite der Schlitzdüse führen können. Vorteil- hafterweise ist zwischen dem Mundstückträger und dem Mundstück eine, vorzugsweise aus Tetrafluorethylen hergestellte, Gleitschicht vorgesehen. Damit kann sichergestellt werden, dass jegliche parallel zur Öffnungsrichtung der Schlitzdüse erzeugte thermische Längenausdehnung ohne die Erzeugung uner- wünschter Spannungen durch eine Gleitbewegung ausgeglichen werden, kann .
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht durch ein erstes Mundstück,
Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht durch ein zweites Mundstück,
Fig. 3 eine Photographie eines aufgeschnittenen Schlitzdüsenelements ,
Fig. 4 eine schematische Querschnittansicht durch ein drittes Mundstück,
Fig. 5 eine schematische Querschnittsansicht durch ein viertes Mundstück.
Bei den in den Fig. 1, 2, 4 und 5 gezeigten schematischen Querschnittsansichten sind ein erstes Schlitzdüsenelement 1 und ein zweites Schlitzdüsenelement 2 einander gegenüberliegend angeordnet. Die beiden Schlitzdüsenelemente 1, 2 sind in dieser Anordnung lösbar, beispielsweise mittels einer
Schraubverbindung (hier nicht gezeigt), verbunden.
Das erste Schlitzdüsenelement 1 weist eine erste Schlitzdüsenplatte 3 auf, die zumindest in der Nähe einer damit gebil- deten Schlitzdüse 4 eben ausgebildet ist. In einer der
Schlitzdüse 4 abgewandten Richtung weist die erste Schlitzdüsenplatte 3 eine erste 5 und eine zweite Ausnehmung 6 auf, welche in etwa parallel zur Öffnungsebene der Schlitzdüse 4 verlaufen. Die Ausnehmungen 5, 6 können im Querschnitt halb- rund ausgebildet sein. Sie dienen zum Zuführen der durch die
Schlitzdüεe 4 zu fördernden Flüssigkeit. Die Ausnehmungen 5, 6 können auch anders ausgebildet sein. Beispielsweise können in einer parallel zur Schlitzdüse verlaufenden Längsrichtung auch so genannte "KleiderbügelZuführungen" vorgesehen sein. Mit dem Bezugszeichen 7 ist eine erste Gerüststruktur bezeichnet, welche die erste Schlitzdüsenplatte 3 mit einem ersten Trägerelement 8 verbindet. Das erste Trägerelement 8 um- fasst hier eine Trägerplatte, welche z. T. parallel zur er- sten Schlitzdüsenplatte 3 verläuft. Die Trägerplatte weist ferner einen abgewinkelten Abschnitt auf, der in der Nähe der Schlitzdüse 4 mit der ersten Schlitzdüsenplatte 3 verbunden ist. An ihren der Schlitzdüse 4 gegenüberliegenden Enden sind die erste Schlitzdüsenplatte 3 und das erste Trägerelement 8 mittels einer ersten Deckplatte 9 miteinander verbunden.
Das zweite Schlitzdüsenelement 2 ist ähnlich zu dem ersten Schlitzdüsenelement 1 aufgebaut. In Abweichung zum ersten Schlitzdüsenelement 1 ist hier eine zweite Schlitzdüsenplatte 10 durchgehend eben ausgeführt. Ein zweites Trägerelement 11 ist bezüglich einer durch die Schlitzdüse 4 verlaufenden Symmetrieebene symmetrisch mit dem ersten Trägerelement 8 ausgebildet. Mit dem Bezugszeichen 12 ist eine zweite Deckplatte bezeichnet, welche in vorzugsweise symmetrischer Ausbildung die freien Enden der zweiten Schlitzdüsenplatte 10 und des zweiten Trägerelements 11 miteinander verbindet. Eine zweite Gerüststruktur 13, welche die zweite Schlitzdüsenplatte 10 und das zweite Trägerelement 11 miteinander verbindet, kann ebenso wie die erste Gerüststruktur 7 ausgebildet sein.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten ersten Mundstück sind die erste 7 und die zweite Gerüststruktur 13 aus einem Metallschaum hergestellt. Zur Herstellung des vorgeschlagenen Leichtbauelements kann dazu zunächst ein jeweils aus den Schlitzdüsen- platten 3, 10 sowie den jeweiligen Trägerelementen 8, 11 und den Deckplatten 9,- 12 gebildeter Kohlkörper hergestellt werden. Dieser Hohlkörper kann anschließend als Form zum Einspritzen einer aufschäumbaren Metallschmelze verwendet werden. In diesem Fall sind die Schlitzdüsenplatten 3, 10 und zumindest die Trägerelemente 8, 11, vorzugsweise auch die Deckplatten 9, 12, aus demselben Material hergestellt. Dabei kann vorzugsweise Edelstahl oder Invar, aber auch Titan, zum Einsatz kommen.
Das in Fig. 2 gezeigte zweite Mundstück ist grundsätzlich ähnlich zu dem in Fig. 1 gezeigten ersten Mundstück aufgebaut. Es sind insoweit dieselben Bezugszeichen verwendet worden. Allerdings sind hier die erste 7 und die zweite Gerüststruktur 13 aus gerüstartig miteinander verbundenen Metall- Stegen gebildet. Die Metallstege können dabei säulenartig, d. h. voneinander beabstandet sein. Sie können aber auch zumindest teilweise durchgehende Wände bilden, so dass sich eine aus einer Vielzahl von Hohlräumen oder Kanälen gebildete gerüstartige Struktur ergibt. Die Metallstege kreuzen sich hier unter einem Winkel von 90°.
Die in Fig. 2 gezeigten Schlitzdüsenelemente 1, 2 können beispielsweise mittels rapid-prototyping aus einem Stück gefertigt werden. Sie bestehen dann vorzugsweise aus einem metal- lischen Werkstoff, insbesondere Edelstahl, Invar oder Titan. Es ist aber auch möglich, die Gerüststruktur 7, 13 mittels Extrusion herzustellen und anschließend mit den jeweiligen Schlitzdüsenplatten 3, 10 sowie den Trägerelementen 8, 11 zu verbinden .
Fig. 3 zeigt eine Photographie eine aufgeschnittene Ausgestaltung eines Schlitzdüsenelements 1. Dabei sind das erste Trägerelement 8 und die erste Schlitzdüsenplatte 3 über senkrecht zu deren Oberfläche verlaufende einzelne Metallstäbe 14 miteinander verbunden. Die aus den Metallstäben 14 gebildete erste Gerüststruktυr 7 kann ebenfalls mit einem rapid-proto- typing-Verfahren in einem Stück zusammen mit dem ersten Trägerelement 8 und der ersten Schlitzdüsenplatte 3 hergestellt werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, das zweite Schlitzdüsenelement 2 in derselben Weise herzustellen, so dass auch die zweite Gerüststruktur 13 aus senkrecht zur Oberfläche der zweiten Schlitzdüsenplatte 10 verlaufenden Metallstäben 14 besteht.
Bei dem in Fig. 4 gezeigten dritten Mundstück besteht die Gerüststruktur aus wabenartig miteinander verbundenen Metallstegen. Zur Herstellung des dritten Mundstücks kann zunächst die GerüstStruktur in die entsprechende Form gebracht werden. Anschließend kann auf diese Form beispielsweise mittels ra- pid-prototyping die Schlitzdüsenplatte und/oder das Trägerelement angeformt werden. Damit kann eine erhebliche Beschleunigung des Herstellungsverfahrens erzielt werden. Indem die durch die wabenartige Gerüststruktur gebildeten Kanäle im wesentlichen parallel zur Öffnungsebene der Schlitzdüse 4 verlaufen, ist es möglich ein Fluid zur Temperierung des Mundstücks hindurch zu leiten.
Bei dem in Fig. 5 gezeigten Mundstück umfasst die Gerüststruktur 7 schräg sich kreuzende Metallstege. Auch bei dieser Struktur entstehen parallel zu den Ausnehmungen 5, 6 verlaufende Kanäle, welche zum Durchführen eines Fluids zur Temperierung des Mundstücks verwendet werden können.
An den Stirnseiten der Schlitzdüsenelemente 1, 2 sind zweck- mäßigerweise Verschlussplatten angebracht, welche bei Bedarf mit Anschlüssen zum Zu- bzw. Abführen eines Kühlfluids versehen sein können.
Innerhalb der in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Gerüststrukturen 7, 13 können zusätzlich (hier nicht gezeigte) Kanäle zum
Durchführen eines Küh.1 -/Heizfluids vorgesehen sein. Vorteilhafterweise wird aber die Gerüststruktur 7, 13 als solche unmittelbar von einem Kühlfluid durchströmt. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, die vorerwähnten gesonderten Kanäle vorzusehen. Die in den Gerüststrukturen verwendeten Metallstäbe 14 bzw. die Metallstege können eine Dicke im Bereich von 2 bis 0,5 mm, vorzugsweise 1,2 bis 0,6 mm, aufweisen.
Die in Fig. 1, 2, 4 und 5 gezeigten Mundstücke können schwimmend in einem Mundstückträger eines Beschichtungswerkzeugs aufgenommen sein. Dazu weist der Mundstückträger eine Ausnehmung auf, in die, vorteilhafterweise unter Zwischenschaltung einer Gleitschicht, das Mundstück mit seiner der Schlitzdüse 4 abgewandten Rückseite einsetzbar ist. Die Gleitschicht kann zweckmäßigerweise aus Tetrafluorethylen hergestellt sein.
Bezugszeichenliste
1 erstes Schlitzdüsenelement
2 zweites Schlitzdüsenelement 3 erste Schlitzdüsenplatte
4 Schlitzdüse
5 erste Ausnehmung
6 zweite Ausnehmung
7 erste Gerüststruktur 8 erstes Trägerelement
9 erste Deckplatte
10 zweite Schlitzdüsenplatte
11 zweites Trägerelement
12 zweite Deckplatte 13 zweite Gerüststruktur
14 Metallstab

Claims

Patentansprüche
1. Mundstück zum Beschichten eines Substrats mit einer Flüssigkeit, mit zumindest einer Schlitzdüse (4) zum Erzeugen ei- nes Flüssigkeitsfilms mit einer vorgegebenen Dicke, wobei ein die Schlitzdüse (4) bildender Schlitz in seiner Schlitzweite durch zwei in einander gegenüberliegender Anordnung angeordnete Schlitzdüsenelemente (1, 2) begrenzt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest eines der beiden Schlitzdüsenelemente (1, 2) als Leichtbauelement ausgebildet ist, bei dem eine dem Schlitz zugewandte erste Schlitzdüsenplatte (3) über eine Gerüst- struktur (7) mit einem Trägerelement (8) verbunden ist.
2. Mundstück nach Anspruch 1, wobei die Gerüststruktur (7) eine Vielzahl von das Trägerelement (8) mit der Schlitzdüsenplatte (3) verbindenden Metallstegen (14) umfasst.
3. Mundstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metallstege (14) sich im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der Schlitzdüsenplatte (3) erstrecken.
4. Mundstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gerüststruktur (7) aus einem Metallschaum oder einem Keramikschaum gebildet ist.
5. Mundstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gerüststruktur in Form zumindest eines, vorzugsweise plattenartig ausgebildeten, Möntageelements ausgeführt ist.
6. Mundstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schlitzdüsenplatte (3) aus einem der folgenden Materiali- en hergestellt ist: Titan, Edelstahl, Invar, Keramik, Glaskeramik.
7. Mundstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Koeffizient der thermischen Längenausdehnung des Leichtbauelements in Richtung senkrecht zur Oberfläche der Schlitzdüsenplatte (2) kleiner als 0,015 x 104 (K"1), vorzugsweise kleiner als 0,010 x 104 (K"1), ist.
8. Mundstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schlitzdüsenplatte (3) und/oder das Trägerelement (8) mit der Gerüststruktur (7) mittels Schweißen, Löten oder Kleben verbunden ist/sind.
9. Mundstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Leichtbauelement in einem Stück, vorzugsweise mittels rapid prototyping, hergestellt ist.
10. Mundstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schlitzdüsenplatte (3) eine Dicke im Bereich von 3 bis 15 mm, vorzugsweise 4 bis 8 mm, aufweist.
11. Mundstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche der Schlitzdüsenplatte (3) beschichtet oder modifiziert ist.
12. Mundstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche der Schlitzdüsenplatte (3) poliert ist.
13. Mundstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schlitzweite im Bereich von 20 bis 500 μm, vorzugsweise 50 bis 200 um, ist.
14. Mundstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gerüststruktur (7) zum Durchleiten eines Fluids zum Ein- stellen einer vorgegebenen Temperatur der Schlitzdüsenplatte (3) dient.
15. Mundstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beide die Schlitzdüse (4) bildenden Schlitzdüsenelemente (1,
2) als Leichtbauelemente nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet sind.
16. Mundstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schlitzdüsenelemente (1, 2) , vorzugsweise mittels einer
Schraubverbindung, lösbar miteinander verbunden sind.
17. Mundstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mundstück mehrere Schlitzdüsen (4) aufweist, die durch Leichtbauelemente nach einem der vorhergehenden Ansprüche gebildet sind.
18. Beschichtungswerkzeug mit zumindest einem Mundstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche .
19. Beschichtungswerkzeug nach Anspruch 18, wobei das Mundstück in einer Richtung parallel zur Öffnungsrichtung der Schlitzdüse (4) schwimmend in einem Mundstückträger aufgenommen ist.
20. Beschichtungswerkzeug nach Anspruch 19, wobei zwischen dem Mundstückträger und dem Mundstück eine, vorzugsweise aus Tetrafluorethylen hergestellte, Gleitschicht vorgesehen ist.
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