PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69910013T2 22.04.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0001080334
Titel TROCKNUNG IN EINEM SPALT MIT EINER ISOLATIONSSCHICHT ZWISCHEN SUBSTRAT UND HEIZPLATTE
Anmelder 3M Innovative Properties Co., Saint Paul, Minn., US
Erfinder YAPEL, A., Robert, Saint Paul, US;
HUELSMAN, L., Gary, Saint Paul, US;
MILBOURN, W., Thomas, Saint Paul, US;
KOLB, B., William, Saint Paul, US
Vertreter Patentanwälte von Kreisler, Selting, Werner et col., 50667 Köln
DE-Aktenzeichen 69910013
Vertragsstaaten BE, DE, GB, IT, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 12.05.1999
EP-Aktenzeichen 999229651
WO-Anmeldetag 12.05.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/US99/10400
WO-Veröffentlichungsnummer 0099060319
WO-Veröffentlichungsdatum 25.11.1999
EP-Offenlegungsdatum 07.03.2001
EP date of grant 30.07.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.04.2004
IPC-Hauptklasse F26B 13/10
IPC-Nebenklasse F26B 3/20   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft generell ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen flüssiger Beschichtungen auf einem Substrat, und insbesondere betrifft die Erfindung ein Spalt-Trocknungssystem, bei dem das Substrat über eine geheizte Platte bewegt wird, wobei typischerweise eine dünne Fluidschicht zwischen dem Substrat und der geheizten Platte eingeschlossen ist.

Hintergrund der Erfindung

Zum Trocknen beschichteter Substrate, wie z. B. Bahnen, ist es typischerweise erforderlich, das beschichtete Substrat zu heizen, um ein Verdunsten der Flüssigkeit von der Beschichtung zu bewirken. Die verdunstete Flüssigkeit wird dann entfernt. Bei typischen herkömmlichen Beaufschlagungs-Trocknungssystemen für beschichtete Substrate wird eine Ein- oder Zwei-Seiten-Beaufschlagungs-Trocknungstechnologie verwendet, um Luft auf eine oder beide Seiten eines sich bewegenden Substrats auftreffen zu lassen. Bei derartigen herkömmlichen Beaufschlagungs-Trocknungssystemen wird Luft verwendet, um das Substrat zu tragen und zu heizen, und die Luft kann sowohl der beschichteten als auch der unbeschichteten Seite des Substrats Wärme zuführen. Eine detailliertere Erläuterung der herkömmlichen Trocknungstechnologie findet sich in E. Cohen und E. Gutoff, Modern Coating and Drying Technology (VCH Publishers Inc., 1992). Bei einem Spalt-Trocknungssystem, wie es z. B. in U.S.-A-5,581,905, WO-A-97/11328 und U.S.-A-5,694,701 gelehrt wird, bewegt sich ein beschichtetes Substrat wie z. B. eine Bahn typischerweise durch das Spalt-Trocknungssystem, ohne feste Oberflächen zu kontaktieren. Bei einer bestimmten Konfiguration eines Spalt-Trocknungssystems wird Wärme auf die Rückseite der sich bewegenden Bahn aufgebracht, um ein Verdunsten von Lösungsmittel zu bewirken, und es wird eine gekühlte Platte über der sich bewegenden Bahn angeordnet, um das Lösungsmittel durch Kondensation zu entfernen. Das Spalt-Trocknungssystem bietet eine Funktion zum Rückgewinnen des Lösungsmittels, eine Reduzierung der Lösungsmittel-Emissionen in die Umgebung und bildet ein gesteuertes und relativ kostengünstiges Trocknungssystem. Bei dem Spalt-Trocknungssystem wird die Bahn typischerweise in einem durch ein Fluid wie z. B. Luft getragenen Zustand durch das System hindurch transportiert, wobei aufgrund des Fluids Kratzer an der Bahn vermieden werden.

Wie im Fall der Beaufschlagungs-Trocknungssysteme werden bei herkömmlichen Systemen, die zum Fördern einer sich bewegenden Bahn ohne ein Kontaktieren der Bahn vorgesehen sind, typischerweise Luftstromdüsen verwendet, die einen Luftstrom auf die Bahn auftreffen lassen. Der Großteil der Wärme auf die Rückseite der Bahn übertragen, was durch Konvektion aufgrund der hohen Geschwindigkeit des Luftstroms aus den Luftstrahldüsen erfolgt. Zahlreiche Beaufschlagungs-Trocknungssysteme können Wärme auch auf die Vorderseite der Bahn aufbringen. Bei einem Beaufschlagungs-Trocknungssystem ist der Luftstrom hochgradig ungleichförmig, was zu einem ungleichförmigen Wärmeübertragungskoeffizienten führt. Der Wärmeübertragungskoeffizient ist in dem nahe an der Luftstromdüse gelegenen Bereich, der als Beaufschlagungszone bezeichnet wird, relativ groß. Der Wärmeübertragungskoeffizient ist relativ klein in dem von der Luftstromdüse entfernten Bereich, in dem die Luftgeschwindigkeit beträchtlich niedriger ist und die Luft tangential zur Oberfläche verläuft. Der ungleichförmige Wärmeübertragungskoeffizient kann zu Trocknungseffekten führen. Zudem ist ein gleichförmiges Steuern der auf die Rückseite der Bahn aufgebrachten Energiemenge schwierig, da der Luftstrom turbulent und komplex ist. Der tatsächliche Effekt der Betriebsparameter auf die Trocknungsrate kann normalerweise nur nach extensiven Trial-and-Error-Testläufen bestimmt werden.

Ein Verfahren zum Erzielen eines gleichförmigeren Wärmeübertragungskoeffizienten an der Bahn besteht darin, Energie von einer geheizten Platte auf die Rückseite der Bahn mittels Leitung über eine Fluidschicht aufzubringen, die zwischen der geheizten Platte und der sich bewegenden Bahn angeordnet ist. Die der Rückseite der Bahn zugeführte Energiemenge ist eine Funktion der Temperatur der geheizten Platte und der Dicke der Fluidschicht zwischen der geheizten Platte und der sich bewegenden Bahn. In dieser Situation ist der Wärmeübertragungskoeffizient umgekehrt proportional zu dem Abstand zwischen der geheizten Platte und der sich bewegenden Bahn. Somit muss, um große Wärmeübertragungskoeffizienten zu erhalten, die den durch Luftbeaufschlagungs-Trocknungssystemen erhaltenen vergleichbar sind, der Abstand zwischen der sich bewegenden Bahn und der geheizten Platte sehr klein sein. Bei zahlreichen Anwendungsfällen darf die Bahn die geheizte Platte nicht berühren, um ein Auftreten von Kratzern in der Bahn zu verhindern. Bei einigen Anwendungsfällen jedoch ist das Maß an Kontakt zwischen der Bahn und der geheizten Platte nicht nachteilig für ein aus dem mit der Bahn beschichteten Material gebildetes Produkt, und es sind hohe Wärmeübertragungsraten erforderlich oder gewünscht. Bei diesen anderen Arten von Anwendungsfällen wäre es vorteilhaft, in der Lage zu sein, eine hinreichende Menge der Fluidschicht kontrolliert zu entfernen, um der Bahn einen Kontakt mit der geheizten Platte zu ermöglichen.

Bei bestimmten Spalt-Trocknungssystem-Anwendungsfällen wird die durch die Fluidschicht erfolgende Wärmeübertragung von der geheizten Platte auf die sich bewegende Bahn ungleichförmig. Bei einem derartigen Anwendungsfall verursacht die ungleichförmige Wärmeübertragung von der geheizten Platte auf die sich bewegende Bahn eine ungleichförmige Trocknung der Beschichtung auf dem Substrat, die Trocknungsmuster auf der getrockneten beschichteten Bahn erzeugt.

Aus EP-A-0 695 510 ist eine Trocknungsvorrichtung für eine getrocknete gegossene Bahn, insbesondere eine Bahn aus rekonstituiertem Tabak bekannt, bei der die Tabak-Bahn über geheizte Platten bewegt wird, wobei zwischen den Platten und der Tabak-Bahn ein leitender Riemen angeordnet ist.

Aus den oben angeführten Gründen und aus weiteren Gründen, die in der hier vorliegenden Beschreibung in dem Abschnitt mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen angegeben sind, wird ein Trocknungssystem gewünscht, das eine gleichförmigere Wärmeübertragung auf das sich bewegende beschichtete Substrat und ein gleichförmigeres Trocknen der auf den Substrat befindlichen Beschichtung ermöglicht, um dadurch das Auftreten durch ungleichförmige Wärmeübertragung verursachter Trocknungsmuster auf dem beschichteten Substrat zu verhindern. Ferner besteht Bedarf an einem Trocknungssystem, bei dem die Wärmeübertragungs- und Trocknungsraten leichter gesteuert werden.

Überblick über die Erfindung

Mit der vorliegenden Erfindung werden gemäß den Definitionen in Anspruch 1 bzw. Anspruch 6 ein System und ein Verfahren zum Spalt-Trocknen eines Substrats angegeben, das eine beschichtete Seite und eine unbeschichtete Seite aufweist. Die abhängigen Ansprüche betreffen weitere Ausführungsformen der Endung.

Auf der unbeschichteten Seite des Substrats ist eine geheizte Platte angeordnet. Auf der beschichteten Seite des Substrats ist eine Kondensierungsplatte angeordnet. Zwischen der geheizten Platte und der unbeschichteten Seite des Substrats ist eine Isolierschicht angeordnet. Das Substrat wird zwischen der geheizten Platte und der Kondensierungsplatte bewegt.

Gemäß einer Ausführungsform ist eine Fluidschicht zwischen dem Substrat und der Isolierschicht angeordnet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Rück-Freiraum-Abstand zwischen einer Bodenfläche der unbeschichteten Seite des Substrats und einer oberen Fläche der geheizten Platte definiert, und die Isolierschicht füllt diesen Rück-Freiraum-Abstand.

Gemäß einer Ausführungsform wird die Isolierschicht zwischen der geheizten Platte und dem Substrat bewegt. Bei dieser Ausführungsform wird die Isolierschicht in Gegenrichtung zu der Richtung bewegt, in der das Substrat bewegt wird.

Die Isolierschicht weist vorzugsweise ein Material auf, das eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit als diejenige der geheizten Platte hat.

Das Spalt-Trocknungs-System und -Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglichen eine gleichförmigere Wärmeübertragung auf das sich bewegende beschichtete Substrat und ein gleichförmigeres Trocknen der auf dem Substrat befindlichen Beschichtung als herkömmliche Spalt-Trocknungssysteme. Somit reduziert das Spalt-Trocknungssystem der vorliegenden Erfindung das Auftreten durch ungleichförmige Wärmeübertragung verursachter Trocknungsmuster auf dem beschichteten Substrat. Ferner ist das Spalt-Trocknungssystem der vorliegenden Erfindung geeignet zum Steuern der Wärmeübertragung auf das beschichtete Substrat und der Trocknungsraten des beschichteten Substrats.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Spalt-Trocknungssystems.

2 zeigt eine Endansicht des Spalt-Trocknungssystems gemäß 1.

3 zeigt eine entlang der Linie 3-3 von 1 angesetzte Querschnittsansicht.

4 zeigt eine schematische Diagramm-Seitenansicht zur Veranschaulichung von Prozessvariablen des Spalt-Trocknungssystems gemäß 1.

5 zeigt ein Schaubild, in dem für verschiedene Vorderspalt- und Rück-Freiraum-Abstände die Bahn-Temperatur gegenüber der Zeit eingezeichnet ist.

6 zeigt eine schematische quergeschnittene Diagramm-Seitenansicht einer Ausführungsform eines Spalt-Trocknungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der eine Isolierschicht zwischen einer sich bewegenden Bahn und einer geheizten Platte angeordnet ist.

7 zeigt eine schematische quergeschnittene Diagramm-Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines Spalt-Trocknungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der eine Isolierschicht zwischen einer sich bewegenden Bahn und einer geheizten Platte angeordnet ist.

8 zeigt eine schematische quergeschnittene Diagramm-Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines Spalt-Trocknungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der eine sich bewegende Isolierschicht zwischen einer sich bewegenden Bahn und einer geheizten Platte angeordnet ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen wird auf die beigefügten Zeichnungen bezuggenommen, die Teil der Beschreibung sind und in denen zur Veranschaulichung spezielle Ausführungsformen der Praktizierung der Erfindung gezeigt sind. Die folgende Beschreibung ist somit nicht in einem einschränkenden Sinn zu interpretieren, und der Umfang der vorliegenden Endung ist durch die Ansprüche definiert.

Herkömmliches Spalt-Trocknungssystem

In den 1 und 2 in herkömmliches Spalt-Trocknungssystem generell mit 110 gekennzeichnet. Das Spalt-Trocknungssystem 110 ist ähnlich ausgebildet wie die Spalt-Trocknungssysteme, die in US-A-5,581,905, WO-A-97/11328 und US-A-5,694,701 beschrieben sind. Das Spalt-Trocknungssystem 110 weist eine Kondensierungs-Platte 112 auf, die im Abstand von einer geheizten Platte 114 angeordnet ist. Gemäß einer Ausführungsform wird die Kondensierungs-Platte 112 gekühlt. Ein sich bewegendes Substrat oder eine sich bewegende Bahn 116, das bzw. die mit einer Beschichtung 118 versehen ist, wird zwischen der Kondensierungs-Platte 112 und der geheizten Platte 114 mit einer Bahngeschwindigkeit V in der durch den Pfeil 119 angedeuteten Richtung durchgeführt. Zu den Beispielen von Substrat- oder Bahnmaterialien zählen Papier, Film, Plastik, Folie, Gewebe und Metall. Die geheizte Platte 114 ist stationär in dem Spalt-Trocknungssystem 110 angeordnet. Die geheizte Platte 114 ist an der unbeschichteten Seite der Bahn 116 angeordnet, und typischerweise besteht zwischen der Bahn 116 und der Platte 114 ein bei 132 angedeuteter kleiner Fluid-Freiraum. Die Kondensierungs-Platte 112 ist an der beschichteten Seite der Bahn 116 angeordnet. Die Kondensierungs-Platte 112, die stationär oder beweglich sein kann, ist über der beschichteten Fläche, jedoch nahe an dieser angeordnet. Die Anordnung der Kondensierungs-Platte 112 erzeugt einen kleinen, im wesentlichen ebenen Spalt 120 über der beschichteten Bahn 116.

Die geheizte Platte 114 beseitigt die Notwendigkeit zum Aufbringen von Konvektionskräften unter der Bahn 116. Die geheizte Platte 114 überträgt Wärme im wesentlichen ohne Konvektion durch die Bahn 116 auf die Beschichtung 118 und bewirkt dabei ein Verdunsten von Flüssigkeit von der Beschichtung 118, um dadurch die Beschichtung zu trocknen. Wärme wird typischerweise überwiegend durch Konvektion übertragen, und in geringem Maß durch Strahlung und Konvektion, wodurch hohe Wärmeübertragungsraten erzielt wird. Dadurch verdunstet die Flüssigkeit von der auf der Bahn 116 befindlichen Beschichtung 118. Die verdunstete Flüssigkeit aus der Beschichtung 118 bewegt sich dann über den zwischen der Bahn 116 und die Kondensierungs-Platte 112 definierten Spalt 120 und kondensiert auf einer Kondensierungs-Fläche 122 der Kondensierungs-Platte 112. Der Spalt 120 hat eine Höhe, die durch die Pfeile h1 angedeutet ist.

Die geheizte Platte 114 ist wahlweise mit funktionalen Beschichtungen oberflächenbehandelt. Zu den Beispielen funktionaler Beschichtungen zählen: Beschichtungen zum Minimieren von mechanischem Verschleiß oder Abrieb der Bahn 116 und/oder der Platte 114; Beschichtungen zum Verbessern der Reinigbarkeit; Beschichtungen mit gewählter Emissionsstärke zum Erhöhen der Beiträge an Strahlungswärmeübertragung; und Beschichtungen mit gewählten elektrischen und/oder gewählten thermischen Eigenschaften.

3 zeigt eine Querschnittsansicht der Kondensierungs-Platte 112. Wie gezeigt weist die Kondensierungs-Fläche 122 querverlaufende offene Kanäle oder Nuten 124 auf, die Kapillarkräfte verwenden, um kondensierte Flüssigkeit seitlich zu Randplatten 126 zu bewegen. Bei weiteren Ausführungsformen können die Nuten längsverlaufend ausgebildet sein oder in einer anderen Richtung verlaufen.

Wenn die kondensierte Flüssigkeit das Ende der Nuten 124 erreicht, kreuzt sie eine Grenzflächen-Innenecke 127 zwischen den Endplatten 126 und der Kondensierungs-Fläche 122. An der Grenzflächen-Innenecke 127 sammelt sich Flüssigkeit, und die Schwerkraft überwindet die Kapillarkräfte, und die Flüssigkeit fließt in Form eines Films oder in Form von Tröpfchen 128 entlang der Fläche der Randplatten 126 nach unten, die auch Kapillarflächen aufweisen kann. Die Randplatten 126 können mit jeder beliebigen Kondensierungs-Fläche verwendet werden, und nicht nur mit einer Kondensierungs-Fläche, die Nuten aufweist. Die kondensierenden Tröpfchen 128 fallen von jeder Endplatte 126 abwärts und werden wahlweise in einer Sammelvorrichtung gesammelt, wie z. B. der Sammelvorrichtung 130. Die Sammelvorrichtung 130 leitet die kondensierten Tröpfchen in einen (nicht gezeigten) Behälter. Alternativ wird die kondensierte Flüssigkeit nicht von der Kondensierungs-Platte 112 entfernt, sondern daran gehindert, zu der Bahn 116 zurückzukehren. Wie gezeigt verlaufen die Rand-Platten 126 im wesentlichen rechtwinklig zu der Kondensierungs-Fläche 122, jedoch können die Randplatten 126 auch andere Winkel zur Kondensierungs-Fläche 122 einnehmen. Die Randplatten 126 können glatte Oberflächen, kapillare Oberflächen, Oberflächen aus porösen Medien oder andere Oberflächen aufweisen.

Alternativ können andere Mechanismen verwendet werden, um die kondensierte Flüssigkeit von der Kondensierungs-Fläche 122 wegzubewegen und dadurch zu verhindern, dass die kondensierte Flüssigkeit zu der Bahn 116 zurückkehrt. Beispielsweise können statt der Platten mechanische Vorrichtungen wie etwa Wischer, Riemen oder Schaber oder jede Kombination derselben verwendet werden, um kondensierte Flüssigkeiten zu beseitigen. Gemäß einer Ausführungsform werden zum Entfernen der kondensierten Flüssigkeit an der Kondensierungs-Fläche 122 angeordnete Flügel verwendet. Gemäß einer Ausführungsform ist die Kondensierungs-Fläche 122 gekippt, um die Flüssigkeit unter Schwerkrafteinwirkung zum Fließen zu bringen. Vor dem Einsatz von Schwerkraft oder statt derselben kann eine Kapillarfläche verwendet werden, um die Flüssigkeit auf eine größere Höhe zu drücken oder zu pumpen. Ferner wird durch eine Ausbildung der Kondensierungs-Fläche 122 als Kapillarfläche das Entfernen der kondensierten Flüssigkeit erleichtert.

Die geheizte Platte 114 und die Kondensierungs-Platte 112 weisen wahlweise innere Durchlässe wie z. B. Kanäle auf. Ein Wärmeübertragungsfluid wird wahlweise mittels eines (nicht gezeigten) externes Heizsystems geheizt und zirkulierend durch die inneren Durchlässe der geheizten Platte 114 bewegt.

Wahlweise wird das gleiche oder ein unterschiedliches Wärmeübertragungsfluid mittels einer externen Kühlvorrichtung gekühlt und zirkulierend durch die inneren Durchlässe der Kondensierungs-Platte 112 bewegt. Es existieren zahlreiche weitere geeignete bekannte Mechanismen für die geheizten Platte 114 und die Kühlplatten 112.

4 zeigt eine schematische Seitenansicht eines herkömmlichen Spalt-Trocknungssystems 110 zwecks Veranschaulichung bestimmter Prozessvariablen. Die Kondensierungs-Platte 112 wird auf eine Temperatur T1 gesetzt, die über oder unter der Umgebungstemperatur liegen kann. Die geheizte Platte 114 wird auf eine Temperatur T2 gesetzt, die über oder unter der Umgebungstemperatur liegen kann. Die beschichtete Bahn 116 ist durch eine variierende Temperatur T3 definiert.

Ein Abstand zwischen der Bodenfläche (Kondensierungs-Fläche 122) der Kondensierungs-Platte 112 und der oberen Fläche der geheizten Platte 114 ist durch die Pfeile h angedeutet. Ein Vorderspalt-Abstand zwischen der Bodenfläche der Kondensierungs-Platte 112 und der vorderen (gekühlten) Seite der Bahn 116 ist durch Pfeile h1 angedeutet. Ein Rück-Freiraum-Abstand zwischen der Bodenfläche der Rückseite (der unbeschichteten Seite) der Bahn 116 und der oberen Fläche der geheizten Platte 114 ist durch Pfeile h2 angedeutet. Somit ist die Position der Bahn 116 durch die Abstände h1 und h2 definiert. Ferner ist h gleich h1 plus h2 plus der Dicke der beschichteten Bahn 116.

Die Wärmeübertragung auf die Bahn 116 wird erzielt, indem überwiegend durch Leitung Energie auf die Rückseite der Bahn 116 übertragen wird, und in geringem Maß durch Konvektion und Strahlung durch die dünne Fluidschicht 132 zwischen der geheizten Platte 114 und der sich bewegenden Bahn 116. Zu den Beispielen für die Fluidschicht zählen – jedoch ohne einschränkenden Charakter – Luft, ionisierte Luft und Stickstoff. Die der Rückseite der Bahn 116 zugeführte Menge an Energie wird bestimmt durch die Platten-Temperatur T2 und die Dicke der Fluidschicht 132, die durch die Pfeile h2 angedeutet ist. Unter der Annahme, dass die Leitung dominant ist, ist der Energiefluss (Q) durch die folgende Gleichung I gegeben:

Gleichung I

Q = kFLUID (T2–T3)h2 wobei kFLUID die Wärmeleitfähigkeit von Fluid ist;

T2 die Heizplatten-Temperatur ist;

T3 die Bahn-Temperatur ist;

h2 der Rück-Freiraum-Abstand zwischen der Boden- (der unbeschichteten) Fläche der Bahn und der oberen Fläche der geheizten Platte ist.

Die Gleichung I enthält einen vereinfachten Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten, der gleich kFLUID/h2 ist. Entsprechend dem Wärmeübertragungskoeffizienten-Teil der Gleichung I werden größere Wärmeübertragungskoeffizienten mit relativ kleinen Rück-Freiraum-Abständen h2 erhalten. Bei zahlreichen Anwendungsfällen des Spalt-Trocknungssystems 110 darf die Bahn 116 die geheizte Platte 114 nicht berühren, um das Auftreten von Kratzern in der Bahn 116 zu verhindern. Bei manchen Anwendungsfällen jedoch ist das Maß an Kontakt zwischen der Bahn 116 und der geheizten Platte 114 nicht nachteilig für ein aus dem mit der Bahn 116 beschichteten Material gebildetes Produkt, und es sind hohe Wärmeübertragungsraten erforderlich oder gewünscht. Bei diesen anderen Arten von Anwendungsfällen des Spalt-Trocknungssystems 110 ist es vorteilhaft, in der Lage zu sein, eine hinreichende Menge der Fluidschicht 132 kontrolliert zu entfernen, um der Bahn 116 einen Kontakt mit der geheizten Platte 114 zu ermöglichen. Beispiele des Rück-Freiraum-Abstands h2 reichen von ungefähr Null (für eine durchhängende Bahn) bis 0,1 Inch oder mehr.

Der vereinfachte Wärmeübertragungskoeffizient-Teil von Gleichung I findet Anwendung, wenn der Rück-Freiraum-Abstand h2 hinreichend klein ist, so dass der Fluidstrom in dem Rück-Freiraum zwischen der geheizten Platte 114 und der sich bewegenden Bahn 116 laminar ist. Der Wärmeübertragungskoeffizient an der Rückseite der Bahn 116 ist eine Funktion der Wärmeleitfähigkeit von Fluid (kFLUID) und des Rück-Freiraum-Abstands h2 zusätzlich zu jedem weiteren Strahlungswärmeübertragungs-Beitrag.

Unter der Annahme, dass der Vorderspalt h1 klein genug ist, um einen laminaren Fluss unter den Spalttrocknungsbedingungen zu gewährleisten, ist die Massenübertragung von Lösungsmittel von der vorderbeschichteten Oberfläche der Bahn 116 zu der Kondensierungsplatte 112 eine Funktion des Diffusionskoeffizienten des Lösungsmittels in dem Fluid (Di.fluid) und des Vorderspaltabstands h1 gemäß der folgenden Gleichung II:

Gleichung II

kgi = (Di.fluidMwiPatm)/(h1,RT1) wobei kgi der Massenübertragungskoeffizient des Lösungsmittels i ist;

Di.fluid der Diffusionskoeffizient des Lösungsmittels i in Fluid ist;

Mwi das Molekulargewicht des Lösungsmittels i ist;

Pat m der atmosphärische Druck ist;

hl der Vorderspalt-Abstand zwischen der Bodenfläche der Kondensierungsplatte und der oberen Fläche der vorderen (beschichteten) Seite der Bahn ist;

R die Gaskonstante ist; und

T1 die Kondensierungsplatten-Temperatur ist.

Die obigen Gleichungen I und II können zum Ableiten eines für konstante Rate ausgelegten Trocknungsmodells des herkömmlichen Spalt-Trocknungssystems 110 verwendet werden. Ein Beispiel eines derartigen für konstante Rate ausgelegten Trocknungsmodells des Spalt-Trocknungssystems 110, das aus den Gleichungen I und II angeleitet ist, ist in 5 in graphischer Form gezeigt. In 5 ist die Kondensierungsplatten-Temperatur T1 = 18,33°C und die Heizplatten-Temperatur T3 = 60,0°C, und für verschiedene Werte des Vorderspalt-Abstands hi und des Rückspaltabstands h2 bei einem Spalt-Trocknungssystem 110 ist die Bahn-Temperatur T3 gegenüber der Zeit abgebildet, wie durch die folgenden Kurven repräsentiert:

Kurve 42 mit h1 = 4,75 mm (0,187 inch) und h2 = 2,54·10–3 mm (0,001 inch);

Kurve 44 mit h1 = 3,81 mm (0,150 inch) und h2 = 2,54·10–3 mm (0,001 inch);

Kurve 46 mit h1 = 3,175 mm (0,125 inch) und h2 = 2,54·10–3 mm (0,001 inch);

Kurve 48 mit h1 = 2,54 mm (0,100 inch) und h2 = 2,54·10–3 mm (0,001 inch);

Kurve 52 mit h1 = 4,75 mm (0,187 inch) und h2 = 5,08·10–3 mm (0,002 inch);

Kurve 54 mit h1 = 3,81 mm (0,150 inch) und h2 = 5,08·10–3 mm (0,002 inch);

Kurve 56 mit h1 = 3,175 mm (0,125 inch) und h2 = 5,08·10–3 mm (0,002 inch);

Kurve 58 mit h1 = 2,54 mm (0,100 inch) und h2 = 5,08·10–3 mm (0,002 inch);

Kurve 62 mit h1 = 4,75 mm (0,187 inch) und h2 = 25,4·10–3 mm (0,010 inch);

Kurve 64 mit h1 = 3,81 mm (0,150 inch) und h2 = 25,4·10–3 mm (0,010 inch);

Kurve 66 mit h1 = 3,175 mm (0,125 inch) und h2 = 25,4·10–3 mm (0,010 inch);

Kurve 68 mit h1 = 2,54 mm (0,100 inch) und h2 = 25,4·10–3 mm (0,010 inch);

Kurve 72 mit h1 = 4,75 mm (0,187 inch) und h2 = 50,8·10–3 mm (0,020 inch);

Kurve 74 mit h1 = 3,81 mm (0,150 inch) und h2 = 50,8·10–3 mm (0,020 inch);

Kurve 76 mit h1 = 3,175 mm (0,125 inch) und h2 = 50,8·10–3 mm (0,020 inch); und

Kurve 78 mit h1 = 2,54 mm (0,100 inch) und h2 = 50,8·10–3 mm (0,020 inch).

Die in 5 gezeigten Modellierungsergebnisse zeigen vier distinkte Gruppen von Kurven auf der Basis des Rück-Freiraum-Abstands h2 an, und zwar: die Kurven-Gruppe 40, bei der h2 = 2,54·10–3 mm (0,001 inch); die Kurven-Gruppe 50, bei der h2 = 5,08·10–3 mm (0,002 inch); die Kurven-Gruppe 60, bei der h2 = 25,4·10–3 mm (0,010 inch); und die Kurven-Gruppe 70, bei der h2 = 50,8·10–3 mm (0,020 inch). Bei jeder dieser Gruppen wird die Trocknungsrate reduziert, und die Bahntemperatur T3 steigt leicht an, wenn der Vorderspalt-Abstand hl vergrößert wird. Gemäß 5 ist die Bahn-Temperatur T3 ungefähr zwei Grad niedriger als die Heizplatten-Temperatur T2, wenn der Rück-Freiraum-Abstand h2 gleich 2,54·10–3 mm (0,001 inch) ist. Wenn der Rück-Freiraum-Abstand gleich 50,8·10–3 mm (0,020 inch) ist, ist die Bahn-Temperatur T3 ungefähr 20°C niedriger als die Heizplatten-Temperatur T2.

Ferner ist in 5 graphisch gezeigt, dass die Trocknungsrate beträchtlich abnimmt, wenn der Rück-Freiraum-Abstand h2 größer wird. Deshalb können Abweichungen der Position der Bahn 116, die in Veränderungen des Rück-Freiraum-Abstands h2 resultieren, ein unterschiedliches Trocknen und Muster in der Beschichtung 118 auf der Bahn 116 verursachen. Zudem ist auf dem Gebiet weithin bekannt, dass in der Beschichtung 118 auftretende Temperatur-Gradienten einen oberflächenspannungsbedingten Fluss in der Beschichtung 118 erzeugen können, was zu Marmorierungen und anderen unerwünschten Mustern führt.

Ferner ist es bei zahlreichen Anwendungsformen des Spalt-Trocknungssystems 110 unerwünscht, dass die Bahn 116 den Rück-Freiraum-Abstand h2 überbrückt und die geheizte Platte 114 kontaktiert. Wenn die Bahn die geheizte Platte 114 kontaktiert, ist der Wärmeübertragungskoeffizient an dem Kontaktpunkt relativ zum Großteil der Bahn im wesentlichen infinit. Dieser Typ von Kontakt zwischen der Bahn 116 und der geheizten Platte 114 verursacht die Ausbildung striemenartiger Muster in der getrockneten Beschichtung 118 auf der Bahn 116. Zudem kann der Kontakt zwischen der Bahn 116 und der geheizten Platte 114 Kratzer in der Bahn 116 verursachen.

Die in 5 aufgeführten Modellierungs-Ergebnisse zeigen, dass bei Nenn-Betriebsbedingungen für das Trocknen der Anteil der Strahlungs-Wärmeübertragung insignifikant ist. Zudem ist aus den in 5 aufgeführten Modellierungs-Ergebnissen ersichtlich, dass die Bahn-Temperatur T3 und die Trocknungsrate extrem empfindlich gegenüber Abweichungen des Rück-Freiraum-Abstands h2 sind.

Spalt-Trocknungssysteme mit einer Isolierschicht zwischen der Bahn und der geheizten Platte

In 6 ist ein Spalt-Trocknungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung generell bei 210 in einer quergeschnittenen schematischen Seitenansicht gezeigt. Das Spalt-Trocknungssystem 210 ist dem herkömmlichen Spalt-Trocknungssystem 110 gemäß 1 und 2 generell ähnlich. Das Spalt-Trocknungssystem 210 weist eine im Abstand von der geheizten Platte 214 angeordnete Kondensierungs-Platte 212 auf. Gemäß einer Ausführungsform ist die Kondensierungs-Platte 112 gekühlt. Ein sich bewegendes Substrat oder eine sich bewegende Bahn 216, das bzw. die mit einer Beschichtung 218 versehen ist, wird zwischen der Kondensierungs-Platte 212 und der geheizten Platte 214 mit einer Bahngeschwindigkeit V in der durch den Pfeil 219 angedeuteten Richtung durchgeführt. Die geheizte Platte 214 ist stationär in dem Spalt-Trocknungssystem 210 angeordnet. Im Gegensatz zu dem herkömmlichen Spalt-Trocknungssystem 110 ist das Spalt-Trocknungssystem 210 mit einer Isolierschicht 240 versehen, die Isoliermaterial aufweist, das zwischen der geheizten Platte 214 und der unbeschichteten Seite der Bahn 216 angeordnet ist. Die Kondensierungs-Platte 212 ist an der beschichteten Seite der Bahn 216 angeordnet. Die Kondensierungs-Platte 212, die stationär oder beweglich sein kann, ist über der beschichteten Fläche 216, jedoch nahe an dieser angeordnet. Die Anordnung der Kondensierungs-Platte 212 erzeugt einen kleinen, im wesentlichen ebenen Spalt 220 über der beschichteten Bahn 216.

Die geheizte Platte 214 überträgt Wärme durch die Isolierschicht 240 auf die Bahn 216 und durch die Bahn 216 auf die Beschichtung 218. Die aus der geheizten Platte 214 auf die Beschichtung 218 übertragene Wärme bewirkt, dass Flüssigkeit aus der Beschichtung 218 verdunstet, um dadurch die Beschichtung zu kühlen. Die verdunstete Flüssigkeit aus der Beschichtung 218 bewegt sich dann über den zwischen der Bahn 216 und die Kondensierungs-Platte 212 definierten Spalt 220 und kondensiert auf einer Kondensierungs-Fläche 222 der Kondensierungs-Platte 212. Der Spalt 220 hat eine Höhe, die durch die Pfeile hl angedeutet ist.

Die Arbeitsweise der Kondensierungs-Platte 212 ist ähnlich wie die oben anhand von 3 erläuterte Arbeitsweise der Kondensierungs-Platte 112 vorgesehen. Ferner finden die in 4 für ein herkömmliches Spalt-Trocknungssystem 110 gezeigten Prozessvariablen generell Anwendung für das Spalt-Trocknungssystem 210 gemäß der vorliegenden Erfindung. Somit wird die Kondensierungs-Platte 212 auf eine Temperatur T1 gesetzt, die über oder unter der Umgebungstemperatur liegen kann. Die geheizte Platte 214 wird auf eine Temperatur T2 gesetzt, die über oder unter der Umgebungstemperatur liegen kann. Die beschichtete Bahn 216 ist durch eine variierende Temperatur T3 definiert.

Ein Abstand zwischen der Bodenfläche (Kondensierungs-Fläche 222) der Kondensierungs-Platte 212 und der oberen Fläche der geheizten Platte 214 ist durch die Pfeile h angedeutet. Ein Vorderspalt-Abstand zwischen der Bodenfläche der Kondensierungs-Platte 212 und der vorderen (gekühlten) Seite der Bahn 216 ist durch Pfeile hl angedeutet. Ein Rück-Freiraum-Abstand zwischen der Bodenfläche der Rückseite (der unbeschichteten Seite) der Bahn 216 und der oberen Fläche der geheizten Platte 214 ist durch Pfeile h2 angedeutet. Somit ist die Position der Bahn 216 durch die Abstände hl und h2 definiert. Ferner ist h gleich hl plus h2 plus der Dicke der beschichteten Bahn 216.

Bei der Ausführungsform gemäß 6 weist die Isolierschicht 240 Isoliermaterial auf, das den Rück-Freiraum-Abstand h2 zwischen der Rückseite der Bahn 216 und der geheizten Platte 214 füllt. Somit ist bei dem Spalt-Trocknungssystem 210 der vorliegenden Erfindung die Isolierschicht 240 nicht einfach nur ein Fluid (z. B. Luft), und die Schicht stützt tatsächlich die sich bewegende Bahn 216, um einen im wesentlichen konstanten Rück-Freiraum-Abstand h2 zwischen der sich bewegenden Bahn 216 und der geheizten Platte 214 aufrechtzuerhalten. Der im wesentlichen konstante Rück-Freiraum-Abstand h2 resultiert in der Aufbringung eines im wesentlichen konstanten Wärmeübertragungskoeffizienten auf die Rückseite der Bahn 216. Als Folge des im wesentlichen konstanten Wärmeübertragungskoeffizienten wird Wärme gleichförmiger von der geheizten Platte 214 auf die Bahn 216 und durch diese auf die Beschichtung 218 übertragen. Die gleichförmige Wärmeübertragung führt über die gesamte Bahn 216 hinweg zu einer im wesentlichen gleichförmigen Bahn-Temperatur T3 und zu im wesentlichen gleichförmigen Trocknungsraten der Beschichtung 218. Durch die im wesentlichen gleichförmige Bahn-Temperatur T3 und die im wesentlichen gleichförmigen Trocknungsraten werden ungewünschte Muster in dem getrockneten Beschichtungsmaterial 218 im wesentlichen vermieden.

Die Wärmeübertragung auf die Bahn 216 wird erzielt, indem überwiegend durch Leitung Energie auf die Rückseite der Bahn 116 übertragen wird, und in geringem Maß durch Konvektion und Strahlung durch die Isolierschicht 240 zwischen der geheizten Platte 214 und der sich bewegenden Bahn 216. Die der Rückseite der Bahn 116 zugeführte Menge an Energie wird bestimmt durch die Platten-Temperatur T2 und die Dicke der Isolierschicht 240, die durch die Pfeile h2 angedeutet ist. Unter der Annahme, dass die Leitung dominant ist, ist der Energiefluss (Q) durch die folgende Gleichung III gegeben:

Gleichung III

Q = kINSULATION (T2 – T3)h2 wobei kINSULATION die Wärmeleitfähigkeit von Isoliermaterial ist;

T2 die Heizplatten-Temperatur ist;

T3 die Bahn-Temperatur ist;

h2 der Rück-Freiraum-Abstand zwischen der Boden- (der unbeschichteten) Fläche der Bahn und der oberen Fläche der geheizten Platte ist und gleich der Isolierschicht-Höhe ist.

Die Gleichung III enthält durch die Isolierschicht 240 einen vereinfachten Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten, der gleich kINSULATION/h2 ist. Somit wird der Wärmeübertragungskoeffizient für das Spalt-Trocknungssystem 210 der vorliegenden Erfindung in ähnlicher Weise berechnet wie der Wärmeübertragungskoeffizient für das herkömmliche Spalt-Trocknungssystem 110, außer dass die Wärmeleitfähigkeit der Isolierschicht 240 (kINSULATION) statt der Wärmeleitfähigkeit von Fluid (kFLUID) verwendet wird. Ein Kriterium für die Isolierschicht 240 besteht darin, dass ihre Wärmeleitfähigkeit (kINSULATION) niedriger ist als diejenige der geheizten Platte 214 (kPLATEN). Die meisten üblichen Isoliermaterialien halten Luft in der Schicht im stagnierenden Zustand (d. h. im wesentlichen ohne Konvektion). Somit hat, wenn dieser Typ von Isoliermaterial für die Isolierschicht 240 verwendet wird, die Isolierschicht 240 eine Wärmeleitfähigkeit, die gleich derjenigen oder größer als diejenige von Luft ist. Somit ist entsprechend der Gleichung III der Koeffizient der Wärmeleitfähigkeit durch die Isolierschicht 240 größer als diejenige oder gleich derjenigen in dem durch die Gleichung I repräsentierten Laminarfluid-Freiraum-Fall, wenn das Fluid Luft ist. Folglich werden die Wärmeübertragungsrate und die Trocknungsrate durch das Verwenden der Isolierschicht 240 der vorliegenden Erfindung nicht typischerweise reduziert.

Gemäß Gleichung III kann der Koeffizient der Wärmeübertragung durch die Isolierschicht gewählt werden, indem das Isoliermaterial und die Dicke der Isolierschicht spezifiziert werden. Das Isoliermaterial, das die Isolierschicht 240 bildet, hat vorzugsweise eine relativ kleine Merkmalsgröße (d. h. Körnigkeits- oder Zellgröße), so dass sich das Merkmalsgröße-Muster nicht selbst in Form einer ungleichförmigen Wärmeübertragung auf die Beschichtung übertragen kann. Falls die Isolierschicht 240 eine Feststoff-/Luft-Zusammensetzung aufweist, wie z. B. ein Fasermaterial, ein Vlies oder ein körniges Material aus Schaumporen, hat der feste Anteil der Feststoff-/Luft-Zusammensetzung vorzugsweise eine Wärmeleitfähigkeit, die nahe an derjenigen von Luft liegt, um die Möglichkeit von Differentialwärmeübertragung bei Abwärtskontakt der Bahn 116 mit der Isolierschicht 240 im wesentlichen zu beseitigen.

Ferner wird das Isoliermaterial, das die Isolierschicht 240 bildet, vorzugsweise einhergehend mit dem Material gewählt, das die Bahn 216 bildet, um kratzfreies Ziehen der Bahn 216 zu ermöglichen. Zudem ist die Bahn 216 vorzugsweise vor dem Eintritt in das Spalt-Trocknungssystem 210 frei von Schmutz, um Kratzer an der Bahn zu vermeiden.

Zu den geeigneten Isoliermaterialien für die Isolierschicht 240 zählen, ohne auf diese beschränkt zu sein, Filzmaterialien, Vliese, offenporiger Schaum, geschlossenporiger Schaum und andere derartige Isoliermaterialien. Geeignete Materialien für die Isolierschicht 240 können z. B. Materialien keramischen, organischen, zellulären oder polymeren Ursprungs sein, vorausgesetzt, dass die Isolierschicht 240 das Kriterium erfüllt, dass ihre Wärmeleitfähigkeit niedriger ist als diejenige der geheizten Platte 114.

Für bestimmte Spalt-Trocknungs-Anwendungsfälle wird wahlweise die Isolierschicht 240 in dem Spalt-Trocknungssystem 210 zum Steuern oder Verlangsamen der Wärmeübertragung von der geheizten Platte 114 auf die Bahn 216 verwendet, indem durch Spezifizieren des Isoliermaterials und der Dicke der Isolierschicht der Wärmeübertragungskoeffizient spezifiziert wird.

Eine alternative Ausführungsform eines Spalt-Trocknungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 7 generell bei 210' gezeigt. Das Spalt-Trocknungssystem 210' ist dem oben beschriebenen Spalt-Trocknungssystem 210 gemäß 6 ähnlich mit der Ausnahme, dass das Spalt-Trocknungssystem 210' gemäß 7 eine Isolierschicht 240' aufweist, die nur einen Teil des Fluids in dem Rück-Freiraum-Abstands h2 zwischen der Rückseite der Bahn 216 und der geheizten Platte 214 ersetzt. Somit hat bei dem Spalt-Trocknungssystem 210 gemäß 6 die Isolierschicht 240 eine Höhe, die gleich derjenigen des Rück-Freiraum-Abstands h2 ist. Das Spalt-Trocknungssystem 210' gemäß 7 hingegen weist eine Isolierschicht 240' mit einer durch die Pfeile h3 angedeuteten Höhe oder Dicke und mit einer Fluidschicht 242 auf, die zwischen der Isolierschicht 240' und der Rückseite der Bahn 216 ausgebildet ist. Die Fluidschicht 242 hat eine Dicke, die durch die Pfeile h4 angedeutet ist. Somit ist bei dem Spalt-Trocknungssystem 210' die Höhe der Isolierschicht 240' (h3) plus der Höhe der Fluidschicht 242 (h4) gleich dem Rück-Freiraum-Abstand h2.

Bei dem Spalt-Trocknungssystem 210 gemäß 6 zieht die Isolierschicht die Bahn 216. Bei dem Spalt-Trocknungssystem 210' gemäß 7 treibt die Bahn 216 auf der Fluidschicht 242 über der Isolierschicht 240'. Somit wird bei dem Spalt-Trocknungssystem 210' der vorliegenden Erfindung die sich bewegende Bahn 216 nicht tatsächlich direkt von der Isolierschicht 210' getragen, um einen im wesentlichen konstanten Rück-Freiraum-Abstand h2 zwischen der sich bewegenden Bahn 216 und der geheizten Platte 214 aufrechtzuerhalten. Bei dem Spalt-Trocknungssystem 210' jedoch werden die Komplikationen des Zieh-Kontakts reduziert, während sich immer noch der Vorteil einer besseren Gleichförmigkeit des Trocknens gegenüber herkömmlichen Spalt-Trocknungssystemen bietet. Das Spalt-Trocknungssystem 210' ist besonders zweckmäßig in Situationen, in denen die Bahn 216 abwärts in Berührung mit der geheizten Platte 214 gelangen würde, falls die Isolierschicht 240' nicht zwischen der geheizten Platte 214 und der Bahn 216 angeordnet wäre.

Eine weitere Ausführungsform eines Spalt-Trocknungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist in der schematischen quergeschnittenen Seitenansicht gemäß 8 generell bei 310 gezeigt. Das Spalt-Trocknungssystem 310 ist dem oben beschriebenen Spalt-Trocknungssystem 210 gemäß 6 ähnlich. Das Spalt-Trocknungssystem 310 weist eine Kondensierungs-Platte 312 auf, die von der geheizten Platte 314 beabstandet ist. Gemäß einer Ausführungsform wird die Kondensierungs-Platte 312 gekühlt. Ein sich bewegendes Substrat oder eine sich bewegende Bahn 316 mit einer Beschichtung 318 bewegt sich zwischen der Kondensierungs-Platte 312 und der geheizten Platte 314 mit einer Geschwindigkeit V in einer durch den Pfeil 319 angedeuteten Richtung. Die geheizte Platte 314 ist stationär in dem Spalt-Trocknungssystem 310 angeordnet. Das Spalt-Trocknungssystem 310 enthält eine sich bewegende Isolierschicht 340, die Isoliermaterial aufweist, das zwischen der geheizten Platte 314 und der unbeschichteten Seite der Bahn 316 angeordnet ist. Die Kondensierungs-Platte 312 ist auf der beschichteten Seite der Bahn 316 angeordnet. Die Kondensierungs-Platte 312, die stationär oder beweglich sein kann, ist über der beschichteten Fläche 316, jedoch nahe an dieser angeordnet. Die Anordnung der Kondensierungs-Platte 312 erzeugt einen kleinen, im wesentlichen ebenen Spalt 320 über der beschichteten Bahn 316.

Die geheizte Platte 314 überträgt Wärme durch die Isolierschicht 340 auf die Bahn 316 und durch die Bahn 316 auf die Beschichtung 318. Die aus der geheizten Platte 314 auf die Beschichtung 318 übertragene Wärme bewirkt, dass Flüssigkeit aus der Beschichtung 318 verdunstet, um dadurch die Beschichtung zu kühlen. Die verdunstete Flüssigkeit aus der Beschichtung 318 bewegt sich dann über den zwischen der Bahn 316 und die Kondensierungs-Platte 312 definierten Spalt 220 und kondensiert auf einer Kondensierungs-Fläche 322 der Kondensierungs-Platte 312.

Die Arbeitsweise der Kondensierungs-Platte 312 ist ähnlich wie die oben anhand von 3 erläuterte Arbeitsweise der Kondensierungs-Platte 112 vorgesehen. Ferner finden die in 4 für ein herkömmliches Spalt-Trocknungssystem 110 gezeigten Prozessvariablen generell Anwendung für das Spalt-Trocknungssystem 310 gemäß der vorliegenden Erfindung. Somit wird die Kondensierungs-Platte 312 auf eine Temperatur T1 gesetzt, die über oder unter der Umgebungstemperatur liegen kann. Die geheizte Platte 314 wird auf eine Temperatur T2 gesetzt, die über oder unter der Umgebungstemperatur liegen kann. Die beschichtete Bahn 316 ist durch eine variierende Temperatur T3 definiert.

Das Spalt-Trocknungssystem 310 weist eine stromaufwärtige Rolle 342 und eine stromabwärtige Rolle 344 auf, die kontinuierlich eine Isolierbahn 340 in einer durch den Pfeil 346 angedeuteten Richtung zuführen, die der Bahn-Bewegungsrichtung 319 gegenläufig ist. Die Rollen 342 und 344 drehen sich im Gegenuhrzeigersinn, wie durch die Pfeile 348 angedeutet, um die Isolierschicht 340 in der Richtung 346 zuzuführen. Bei dem Spalt-Trocknungssystem 310 wird die Isolierschicht mit einer relativ zu der Geschwindigkeit V der sich bewegenden Bahn 316 niedrigen Geschwindigkeit bewegt. Auf diese Weise wird eine frische Schicht aus Isoliermaterial zwischen der sich bewegenden Bahn 316 und der geheizten Platte 314 beibehalten, so dass Variationen, die durch Abrieb oder Ablagerung von Schmutz, der von der Bahn 316 mitgeführt wird, verursacht werden könnten, vermieden werden. Eine Kratzerbildung an der Bahn 316, eine ungleichförmige Wärmeübertragung und durch Schmutz verursachte Trocknungsmuster werden bei dem Spalt-Trocknungssystem 310 der vorliegenden Erfindung im wesentlichen vermieden, da Schmutz und ähnliche derartige Kontaminationen im wesentlichen von dem trocknenden Bereich entfernt werden. Ferner wird die Rückseite der Bahn 316 durch Bewegen der Isolierschicht 340 gereinigt.

Schlussfolgerung

Spalt-Trocknungssysteme gemäß der vorliegenden Erfindung, wie z. B. die Spalt-Trocknungssysteme 210, 210' und 310, die eine Isolierschicht zwischen der sich bewegenden Bahn und der geheizten Platte aufweisen, ermöglichen eine gleichförmigere Wärmeübertragung auf die sich bewegende beschichtete Bahn als die von herkömmlichen Spalt-Trocknungssystemen wie z. B. dem herkömmlichen Spalt-Trocknungssystem 110 geleistete Wärmeübertragung. Die gleichförmigere Wärmeübertragung bewirkt ein gleichförmiges Trocknen der Beschichtung auf der Bahn. Trocknungsmuster, die aufgrund ungleichförmiger Wärmeübertragung entstehen könnten, werden somit beträchtlich reduziert. Ferner wird bei einem Spalt-Trocknungssystem der vorliegenden Erfindung ein Verkratzen der sich bewegenden Bahn wesentlich reduziert. Zudem können mit Spalt-Trocknungssystemen gemäß der vorliegenden Erfindung die Wärmeübertragungs- und Trocknungsraten leichter gesteuert werden.

Obwohl hier zwecks Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform bestimmte Ausgestaltungen gezeigt und beschrieben wurden, wird Fachleuten auf dem Gebiet ersichtlich sein, dass die gezeigten und beschriebenen speziellen Ausgestaltungen durch eine breite Vielfalt alternativer und/oder äquivalenter Implementierungen zur Erzielung der gleichen Zwecke ersetzt werden kann. Fachleute auf den Gebieten der Chemie, Mechanik, Elektromechanik, Elektrik und dem Computerwesen werden leicht erkennen, dass die vorliegende Erfindung in Form zahlreicher verschiedener Ausgestaltungen implementierbar ist. Diese Anmeldung soll sämtliche Adaptierungen oder Variationen der hier erläuterten speziellen Ausführungsformen umfassen. Somit wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass diese Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.


Anspruch[de]
  1. Trocknungssystem (210, 310) zum Trocknen eines Substrats (216, 316) mit einer beschichteten Seite und einer unbeschichteten Seite, mit:

    – einer geheizten Platte (214, 314), die der unbeschichteten Seite des Substrats (216, 316) gegenüberliegend angeordnet ist,

    – einer Kondensationsplatte (212, 312), die der beschichteten Seite des Substrats (216, 316) gegenüberliegend angeordnet ist,

    – einer Isolierschicht (240, 340) aus einem nicht gasförmigen Isoliermaterial, die zwischen der geheizten Platte (214, 314) und der unbeschichteten Seite des Substrats (216, 316) angeordnet ist, und

    – einer Vorrichtung zum Bewegen des Substrats (216,316) zwischen der geheizten Platte (214, 314) und der Kondensationsplatte (212, 312).
  2. Trocknungssystem nach Anspruch 1, ferner mit: – einer Fluidschicht (242, 342), die derart angeordnet ist, dass sie sich zwischen dem Substrat (216, 316) und der Isolierschicht (240, 340) befindet.
  3. Trocknungssystem nach Anspruch 1, bei dem die geheizte Platte (214, 314) derart angeordnet ist, dass zwischen einer unteren Fläche der unbeschichteten Seite des Substrats (216, 316) und einer oberen Fläche der geheizten Platte (214, 314) ein rückwärtiger Abstand (h2) besteht, und bei der die Isolierschicht (240, 340) den rückwärtigen Abstand füllt.
  4. Trocknungssystem nach Anspruch 1, ferner mit: – einer Vorrichtung (342, 344) zum Bewegen der Isolierschicht (340) zwischen der geheizten Platte (314) und dem Substrat (316), wobei die Vorrichtung zum Bewegen des Substrats (316) das Substrat (316) in einer ersten Richtung (319) bewegt und die Vorrichtung (342, 344) zum Bewegen der Isolierschicht (340) die Isolierschicht (340) in einer der ersten Richtung (319) entgegengesetzten zweiten Richtung (346) bewegt.
  5. Trocknungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Isolierschicht (240, 340) ein Material aufweist, dessen Wärmeleitfähigkeit niedriger ist als diejenige der geheizten Platte (214, 314).
  6. Verfahren zum Trocken eines Substrats (216, 316) mit einer beschichteten Seite und einer unbeschichteten Seite, mit den folgenden Schritten:

    – Anordnen einer ersten Platte (214, 314) an der unbeschichteten Seite des Substrats (216, 316),

    – Anordnen einer Isolierschicht (240, 340) aus einem nicht gasförmigen Isoliermaterial zwischen der ersten Platte (214, 314) und der unbeschichteten Seite des Substrats (216, 316),

    – Anordnen einer mit einer Kondensationsfläche (222, 322) versehenen zweiten Platte (212, 312) an der beschichteten Seite des Substrats (216, 316),

    – Heizen der ersten Platte (214, 314) zum Bewirken des Verdunstens von Flüssigkeit von der beschichteten Seite des Substrats (216, 316) zwecks Erzeugens eines Beschichtungsnebels,

    – Kondensierenlassen des Beschichtungsnebels auf der Kondensationsfläche der zweiten Platte (212, 312), und

    – Bewegen des Substrats (216, 316) zwischen der ersten Platte (214, 314) und der zweiten Platte (212, 312).
  7. Verfahren nach Anspruch 6, ferner mit folgendem Schritt: – Anordnen einer Fluidschicht (242, 342) zwischen dem Substrat (216, 316) und der Isolierschicht (240, 340).
  8. Verfahren nach Anspruch 6, ferner mit den folgenden Schritten:

    – Belassen eines rückwärtigen Abstands (h2) zwischen einer unteren Fläche der unbeschichteten Seite des Substrats (216, 316) und einer oberen Fläche der ersten Platte (214, 314), und

    – Ausfüllen des rückwärtigen Abstands mit der Isolierschicht (240, 340).
  9. Verfahren nach Anspruch 6, ferner mit den folgenden Schritten:

    – Bewegen der Isolierschicht (340) zwischen der ersten Platte (314) und dem Substrat (316),

    – wobei der Schritt des Bewegens des Substrats (316) das Bewegen des Substrats (316) in einer ersten Richtung (319) umfasst und der Schritt des Bewegens der Isolierschicht (340) das Bewegen der Isolierschicht (340) in einer der ersten Richtung (319) entgegengesetzten zweiten Richtung (346) umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Isolierschicht (240, 340) ein Material aufweist, dessen Wärmeleitfähigkeit niedriger ist als diejenige der ersten Platte (214, 314).
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com