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Title:
METHOD AND DEVICE FOR DRYING A FLUID FILM APPLIED TO A SUBSTRATE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/017441
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for drying a fluid film (F) applied to a substrate surface of a substrate (3) and containing a vaporizable liquid, with the following steps: transporting the substrate (3) on a transporting surface (6) of a transporting device (5) along a transporting direction (T) through a drying device (7), vaporizing the liquid by means of a heat source (13) having a heating surface (G), wherein the heating surface (G) is arranged at a distance (δG) of 0.1 mm to 5.0 mm opposite the substrate surface, and removing the vaporized liquid in the direction of the heat source (13).

Inventors:
DURST FRANZ (DE)
Application Number:
PCT/EP2012/064305
Publication Date:
February 07, 2013
Filing Date:
July 20, 2012
Export Citation:
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Assignee:
FMP TECHNOLOGY GMBH FLUID MEASUREMENTS & PROJECTS (DE)
DURST FRANZ (DE)
International Classes:
F26B3/18; F26B13/10
Domestic Patent References:
WO1982003450A11982-10-14
WO1982003450A11982-10-14
Foreign References:
US20070110894A12007-05-17
DE4433904A11995-04-06
US20060192317A12006-08-31
US2272776A1942-02-10
DE3927627A11991-02-28
DE3900957A11990-07-19
Attorney, Agent or Firm:
GASSNER, Wolfgang et al. (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Trocknung eines auf eine Substratoberflä¬ che eines Substrats (3) aufgetragenen, eine verdampfbare Flüssigkeit enthaltenden Fluidfilms (F) mit folgenden Schrit¬ ten :

Transportieren des Substrats (3) auf einer Transportfläche (6) einer Transportvorrichtung (5) entlang einer Transport- richtung (T) durch eine Trocknungseinrichtung (7),

Verdampfen der Flüssigkeit mittels einer eine Heizfläche (G) aufweisenden Wärmequelle (13), wobei die Heizfläche (G) in einem Abstand (5G) von 0,1 mm bis 15,0 mm gegenüberliegend der Substratoberfläche angeordnet ist, und

Abführen der verdampften Flüssigkeit in Richtung der Wärmequelle (13) . 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine erste Temperatur TG der Heizfläche (G) in Abhängigkeit einer Grenzflächentem¬ peratur Ti der Fluidfilms (F) geregelt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Temperatur TG im Bereich von 50°C bis 300°C, vor¬ zugsweise im Bereich zwischen 80°C und 200°C, geregelt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wärme von der Heizfläche (G) auf den Fluidfilm (F) im We- sentlichen mittels direkter Wärmeleitung übertragen wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei die Transportfläche (6) mittels einer weiteren Wärmequel¬ le beheizt wird. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine durch die weitere Wärmequelle erzeugte zweite Temperatur TH der Transportfläche (6) in Abhängigkeit der Grenzflächen¬ temperatur Ti geregelt wird. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Temperatur TH so geregelt wird, dass folgende Be¬ ziehung erfüllt ist:

TH = Ti + ΔΤ, wobei

Ti im Bereich von 5°C bis 40°C und

ΔΤ im Bereich von 2 bis 30°C, vorzugsweise 5 bis 10°C, liegt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verdampfung der Flüssigkeit in einer nicht brennbaren

Gasatmosphäre, vorzugsweise Stickstoff- oder Kohlendioxidat¬ mosphäre, durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dem Substrat (3) zugewandte Heizfläche (G) in einem Ab¬ stand (5G) von 0,2 mm bis 5,0 mm gegenüberliegend der Sub¬ stratoberfläche angeordnet ist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Temperatur TH so geregelt wird, dass sie stets kleiner als die erste Temperatur TG ist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Temperaturdifferenz zwischen der ersten TG und der zweiten Temperatur TH so geregelt wird, dass sich entlang der Transportvorrichtung (5) ein vorgegebenes Temperaturdiffe- renzprofil einstellt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Wärmequelle (13) eine durchströmbare Wärmequelle verwen¬ det wird und die verdampfte Flüssigkeit durch die Wärmequelle (13) hindurch abgeführt wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Wärmequelle (13) eine elektrische Heizquelle verwendet wird .

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Wärmequelle (13) ein Wärmetauscher verwendet wird.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Transportvorrichtung zumindest eine rotierbare Walze (5) verwendet wird, deren Mantelfläche die Transportfläche (6) bildet .

16. Vorrichtung zur Trocknung eines auf eine Substratober- fläche eines Substrats (3) aufgetragenen, eine verdampfbare

Flüssigkeit enthaltenden Fluidfilms (F) , umfassend: eine Transportvorrichtung (5) zum Transportieren des Substrats (3) auf einer Transportfläche (6) entlang einer Trans- portrichtung (T) , eine gegenüberliegend des Substrats (3) vorgesehene Wärme¬ quelle (13) mit einer Heizfläche (G) , welche in einem Abstand (5G) von 0,1 bis 15,0 mm gegenüberliegend der Substratober¬ fläche angeordnet ist, und eine Einrichtung (14) zum Abführen der verdampften Flüssig- keit (F) in Richtung der Wärmequelle (13) .

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei eine weitere Wärmequelle zum Beheizen der Transportfläche (6) vorgesehen ist. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, wobei eine erste Regeleinrichtung zur Regelung einer von der Heizfläche (G) erzeugten ersten Temperatur TG in Abhängigkeit ei¬ ner Grenzflächentemperatur ΤΊ des Fluidfilms (F) vorgesehen ist .

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei eine zweite Regeleinrichtung zur Regelung einer zweiten Temperatur TH der Transportfläche (6) in Abhängigkeit der Grenz¬ flächentemperatur Ti vorgesehen ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei mittels der ersten und/oder zweiten Regeleinrichtung eine Temperaturdifferenz zwischen der ersten TG und der zweiten Temperatur TH so geregelt wird, dass sich entlang der Trans- portrichtung (T) ein vorgegebenes Temperaturdifferenzprofil einstellt .

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei eine Einrichtung zum Spülen eines die Transportvorrichtung (5) umgebenden Gehäuses (1) mit einem nicht brennbaren Gas, vorzugsweise Stickstoff- oder Kohlendioxidatmosphäre, vorge¬ sehen ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, wobei die dem Substrat (3) zugewandte Heizfläche (G) in einem Ab¬ stand (5G) von 0,2 mm bis 5,0 mm gegenüberliegend der Sub¬ stratoberfläche angeordnet ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, wobei die Wärmequelle (13) eine durchströmbare Wärmequelle ist, so dass die verdampfte Flüssigkeit durch die Wärmequelle (13) hindurch abführbar ist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 23, wobei die Wärmequelle (13) eine elektrische Heizquelle ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 24, wobei die Wärmequelle (13) ein Wärmetauscher ist.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 25, wobei die Transportvorrichtung eine rotierbare Walze (5) umfasst, deren Mantelfläche die Transportfläche (6) bildet.

Description:
Verfahren und Vorrichtung zur Trocknung eines auf ein Substrat aufgetragenen Fluidfilms

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trocknung eines auf ein Substrat aufgetragenen Fluidfilms, der eine verdampfbare Flüssigkeit enthält.

Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, die Oberflächen bahnförmiger Güter zu beschichten. Bei den bahnförmigen Gütern kann es sich beispielsweise um Papier, Kunststofffolien, Textilien oder Metallbänder handeln. Zur Beschichtung der Oberfläche wird ein Fluidfilm aufgetragen, der eine

verdampfbare Flüssigkeit und nicht-verdampfbare Komponenten enthält. Der Fluidfilm wird durch Verdampfen der

verdampfbaren Flüssigkeit verfestigt. Dieser Prozess wird als Trocknung der Fluidschicht bezeichnet.

Zur Verfestigung bzw. Trocknung des Fluidfilms ist es bei- spielsweise aus der DE 39 27 627 AI bekannt, sowohl eine Un ¬ terseite des Substrats als auch eine mit dem Fluidfilm verse ¬ hene gegenüberliegende Oberseite mit einem erwärmten Trock ¬ nungsgas anzuströmen. Bei einem aus der DE 39 00 957 AI bekannten Verfahren wird ein entlang der Oberfläche des Fluid- films strömendes Trocknungsgas in Stromrichtung beschleunigt. - Die vorgenannten Trocknungsverfahren haben den Nachteil, dass es durch die Einwirkung des Trocknungsgases auf der Oberfläche des Fluidfilms zu unerwünschten Meliererscheinungen kommt .

Zur Überwindung dieses Nachteils ist es aus der WO 82/03450 bekannt, in einem Abstand oberhalb des Fluidfilms eine durchströmbare Filterschicht vorzusehen. Durch die Wirkung der Filterschicht wird die Strömung des Trocknungsgases im Bereich oberhalb der Fluidschicht verlangsamt und turbulente Strömungen werden so vermieden. Infolgedessen kann allerdings ein aus dem Fluidfilm entweichender Flüssigkeitsdampf nicht besonders schnell abgeführt werden. Dieses Trocknungsverfah ¬ ren ist nicht besonders effizient.

Bei den nach dem Stand der Technik bekannten Trocknungsverfahren werden große Volumina an Trocknungsgas benötigt, die anschließend aufwändig gereinigt und/oder regeneriert werden müssen .

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es sollen insbesondere ein Verfah- ren und eine Vorrichtung angegeben werden, mit denen ein auf ein Substrat aufgetragener Fluidfilm unter Vermeidung von Meliererscheinungen und mit verbesserter Effizienz getrocknet werden kann, ohne dass große Luftmengen bewegt werden müssen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 16 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 15 und 17 bis 26.

Nach Maßgabe der Erfindung wird ein Verfahren zur Trocknung eines auf eine Substratoberfläche eines Substrats aufgetrage ¬ nen, eine verdampfbare Flüssigkeit enthaltenden Fluidfilms mit folgenden Schritten vorgeschlagen:

Transportieren des Substrats auf einer Transportfläche einer Transportvorrichtung entlang einer Transportrichtung durch eine Trocknungseinrichtung, Verdampfen der Flüssigkeit mittels einer eine Heizfläche auf ¬ weisenden Wärmequelle, wobei die Heizfläche in einem Abstand von 0,1 mm bis 15,0 mm gegenüberliegend der Substratoberflä ¬ che angeordnet ist, und

Abführen der verdampften Flüssigkeit durch Erzeugen einer vom Fluidfilm in Richtung der Wärmequelle gerichteten Strömung.

Beim vorgeschlagenen Verfahren wird, in Abkehr vom Stand der Technik, die Flüssigkeit im Wesentlichen mittels einer gegenüberliegend des Substrats vorgesehenen Wärmequelle verdampft. Damit entfällt der Aufwand zum Aufheizen des Trocknungsgases. Der weitere Aufwand zur Reinigung oder Regenerierung des Trocknungsgases kann erheblich reduziert werden. Mit dem er- findungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren können Trocknungsraten von bis zu 20 g/m 2 s erreicht werden. Das entspricht etwa dem 10-Fachen derjenigen Trocknungsraten, welche mit den nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren erreicht werden. Indem die Heizfläche der Wärmequelle in weiterer Abkehr vom Stand der Technik lediglich in einem Abstand von 0,1 mm bis 15,0 mm, vorzugsweise 0,2 bis 5,0 mm, gegenüberliegend der Substratoberfläche angeordnet ist, wird die Wärme beim erfin ¬ dungsgemäßen Verfahren im Wesentlichen durch direkte Wärme- leitung dem Fluidfilm zugeführt. Damit wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass der Fluidfilm von seiner der Heizfläche zugewandten Grenzfläche aus in Richtung der Substratoberflä ¬ che aufgeheizt wird. Im Gegensatz zum Eintrag von Wärme mit ¬ tels Wärmestrahlung, welche im Wesentlichen an der Substrat- Oberfläche absorbiert wird, kann damit eine besonders effek ¬ tive Verdampfung bzw. Diffusion der Flüssigkeit erreicht werden . Des Weiteren wird die verdampfte Flüssigkeit in Richtung der Wärmequelle durch den angelegten Temperaturgradienten abgeführt. D. h. die verdampfte Flüssigkeit strömt im Wesentli ¬ chen senkrecht von der Grenzfläche ab und gelangt dann in ei- nen durch die Grenzfläche und die Heizfläche gebildeten Ka ¬ nal. Es wird innerhalb des Fluidfilms die Erzeugung einer im Wesentlichen parallel zur Grenzfläche gerichteten Strömung mit hohen Luftmengen weitgehend vermieden. Infolgedessen treten beim erfindungsgemäßen Verfahren keine Meliererscheinun- gen im Fluidfilm auf.

Nach einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zum Abführen der verdampften Flüssigkeit entgegensetzt zur Transportrichtung des Substrats eine Gasströ- mung in dem zwischen der Heizfläche und der Grenzfläche ge ¬ bildeten Kanal erzeugt. Die Gasströmung kann beispielsweise durch eine Absaugeinrichtung erzeugt werden, welche am stromaufwärtigen Ende des Kanals vorgesehen ist. Damit wird die verdampfte Flüssigkeit in Richtung der jeweils stromaufwärts benachbarten Wärmequelle bewegt. Eine Strömungsgeschwindig ¬ keit des in Gegenrichtung zur Transportrichtung des Substrats geführten Gasstroms beträgt zweckmäßigerweise 2 cm/s bis 30 m/s, vorzugsweise 10 cm/s bis 10 m/s. Die Strömungsgeschwin ¬ digkeit des Gases hängt von der Länge des Kanals und der Men- ge der zu verdampfenden Flüssigkeit ab. Falls die zu verdamp ¬ fende Flüssigkeit brennbar ist, ist als Gas ein Inertgas zu wählen .

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird eine erste Tempe- ratur T G der Heizfläche in Abhängigkeit einer Grenzflächen ¬ temperatur Ti des Fluidfilms geregelt. Die erste Temperatur T G wird dabei so eingestellt, dass der erforderliche Abtrans ¬ port des frei werdenden Fluiddampfs von der Oberfläche ge- währleistet wird. Die Wärme wird von der Heizfläche auf den Fluidfilm vorteilhafterweise im Wesentlichen mittels direkter Wärmeleitung übertragen. Die erste Temperatur T G wird zweckmäßigerweise im Bereich von 50°C bis 300°C, vorzugsweise im Bereich von 80°C und 200°C, geregelt .

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Transportfläche mittels einer weiteren Wärmequelle beheizt.

Eine durch die weitere Wärmequelle erzeugte zweite Temperatur T H der Transportfläche wird vorteilhafterweise in Abhängig ¬ keit der Grenzflächentemperatur ΤΊ geregelt. Dabei kann die zweite Temperatur T H insbesondere so geregelt werden, dass folgende Beziehung erfüllt ist:

T H = Ti + ΔΤ, wobei

Ti im Bereich von 10°C bis 50°C und

ΔΤ im Bereich von 10°C bis 40°C, vorzugsweise 20°C bis 30°C, liegt .

Bedingt durch die Verdampfung der Flüssigkeit kommt es zu ei- ner Abkühlung der Transportfläche. Zur Erhöhung des Masse ¬ stroms der verdampften Flüssigkeit wird mittels einer weite ¬ ren Wärmequelle die Transportfläche auf eine zweite Tempera ¬ tur T H aufgeheizt. Dabei wird die zweite Temperatur T H so eingestellt, dass sie größer als die Grenzflächentemperatur Ti ist. Ein besonders großer Massestrom der verdampften Flüssigkeit wird vorteilhafterweise dann erreicht, wenn die Dif ¬ ferenz ΔΤ zwischen der Grenzflächentemperatur ΤΊ und der zweiten Temperatur T H im Bereich von 2°C bis 30°C liegt. Zweckmäßigerweise wird die Verdampfung der Flüssigkeit in ei ¬ ner nicht-brennbaren Gasatmosphäre, vorzugsweise Stickstoff ¬ oder Kohlendioxidatmosphäre, durchgeführt. Damit kann sicher und zuverlässig eine Entzündung einer innerhalb der Trock ¬ nungseinrichtung verdampften brennbaren Flüssigkeit vermieden werden .

Nach einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die dem Substrat zugewandte Heizfläche in einem Abstand von

0,2 mm bis 5,0 mm, vorzugsweise 0,2 bis 1,0 mm, gegenüberlie ¬ gend der Substratoberfläche angeordnet. Der vorgeschlagene geringe Abstand zwischen der Heizfläche und der Substratober ¬ fläche ermöglicht eine besonders homogene Erwärmung des

Fluidfilms und damit eine gleichmäßige Verdampfung der Flüs ¬ sigkeit. Eine Dicke des Fluidfilms ist dabei selbstverständ ¬ lich so gewählt, dass sie kleiner als der vorgenannte Abstand ist. Der Fluidfilm kann beispielsweise eine Dicke im Bereich von 5 ym bis 200 ym, vorzugsweise 10 ym bis 50 ym haben.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die zweite Temperatur T H so geregelt, dass sie stets kleiner als die erste Temperatur T G ist. Eine Temperaturdifferenz zwischen der ersten T G und der zweiten Temperatur T H kann insbe- sondere so geregelt werden, dass sich entlang der Transport ¬ vorrichtung ein vorgegebenes Temperaturdifferenzprofil ein ¬ stellt. Der Temperaturgradient bzw. die Temperaturdifferenz zwischen erster T G und zweiter Temperatur T H kann sich entlang der Transportrichtung in vorgegebener Weise ändern. Da- mit wird dem Umstand Rechnung getragen, dass die Menge der zu verdampfenden Flüssigkeit in Transportrichtung abnimmt. Die Änderung des Temperaturgradienten kann durch eine geeignete Regelung der ersten T G und/oder zweiten Temperatur T H oder auch durch eine Änderung des Abstands der Heizfläche von der Grenzfläche bewirkt werden.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass als Wär- mequelle eine durchströmbare Wärmequelle verwendet wird und die verdampfte Flüssigkeit durch die Wärmequelle hindurch ab ¬ geführt wird. Damit kann die verdampfte Flüssigkeit im We ¬ sentlichen senkrecht von der Oberfläche des Fluidfilms bzw. der Grenzfläche abgeführt werden.

Als Wärmequelle wird zweckmäßigerweise eine elektrische Heiz ¬ quelle, vorzugsweise eine mit Widerstandsheizdrähten bestückte Heizquelle, verwendet. Dabei können die Widerstandsheiz ¬ drähte beispielsweise gitterartig angeordnet sein. Ferner ist es möglich, als Wärmequelle zumindest einen Wärmetauscher zu verwenden. Ein solcher Wärmetauscher kann ähnlich einem Kühler für Kraftfahrzeuge durchströmbar ausgestaltet sein. Es können auch mehrere Wärmetauscher in Transportrichtung hintereinander vorgesehen sein, wobei zwischen den Wärme- tauschern jeweils eine Lücke vorgesehen sein kann. Durch die Lücke kann die verdampfte Flüssigkeit von der Oberfläche des Fluidfilms abgeführt werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als Transportvorrichtung zumindest eine rotierbare Walze verwendet, deren Mantelfläche die Transportfläche bildet. Ei ¬ ne solche Transportvorrichtung kann relativ kompakt ausgestaltet werden. Sie kann ferner mit einem Schlitzdüsenwerkzeug zum Auftragen des Fluidfilms kombiniert werden. Im Falle der Verwendung einer rotierbaren Walze als Transportvorrichtung ist die Wärmequelle korrespondierend zur Mantelfläche der Walze ausgestaltet, d. h. eine Heizfläche der Wärmequelle ist in einem vorgegebenen geringen Abstand von der Mantelflä- che angeordnet. Die weitere Wärmequelle ist innerhalb der Walze angeordnet. - Mittels der weiteren Wärmequelle wird die Transportfläche von einer dem Substrat gegenüberliegenden Unterseite der Transportvorrichtung her, vorzugsweise mittels direkter Wärmeleitung, aufgeheizt. Beispielsweise kann die Transportfläche mittels Widerstandsheizelementen elektrisch beheizt werden. Eine solche elektrische Heizung ermöglicht eine besonders einfache Regelung der Temperatur der Trans ¬ portfläche .

Nach weiterer Maßgabe der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Trocknung eines auf eine Substratoberfläche eines Substrats aufgetragenen, eine verdampfbare Flüssigkeit enthaltenden Fluidfilms vorgeschlagen, umfassend: eine Transportvorrichtung zum Transportieren des Substrats auf einer Transportfläche entlang einer Transportrichtung, eine gegenüberliegend des Substrats vorgesehene Wärmequelle mit einer Heizfläche, welche in einem Abstand von 0,1 mm bis 15,0 mm gegenüberliegend der Substratoberfläche angeordnet ist, und eine Einrichtung zum Erzeugen einer vom Fluidfilm in Richtung der Wärmequelle gerichteten Strömung.

Die vorgeschlagene Vorrichtung ermöglicht eine effiziente Trocknung eines auf einem Substrat aufgetragenen Fluidfilms. Dabei wird die Flüssigkeit durch eine gegenüberliegend des Substrats vorgesehene Wärmequelle verdampft. Die Wärmequelle ist in Abkehr vom Stand der Technik lediglich in einem Abstand von 0,1 bis 15,0 mm, vorzugsweise 0,1 bis 5,0 mm, von der Substratoberfläche angeordnet. Die verdampfte Flüssigkeit wird durch Erzeugen einer vom Substrat in Richtung der Wärmequelle gerichteten Strömung abgeführt. Zu diesem Zweck ist eine Einrichtung zum Abführen der verdampften Flüssigkeit vorgesehen .

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine weitere Wärmequelle zum Beheizen der Transportfläche vorgesehen. Die weitere Wärmequelle ist zweckmäßigerweise an einer dem Sub ¬ strat gegenüberliegenden "Unterseite" der Transportvorrich- tung vorgesehen. Es kann sich dabei beispielsweise um eine Widerstandsheizung handeln.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine erste Regeleinrichtung zur Regelung einer von der Heizfläche er- zeugten ersten Temperatur T G in Abhängigkeit einer Grenzflä ¬ chentemperatur Ti des Fluidfilms vorgesehen. Die Regelgröße, nämlich die erste Temperatur T G der Heizfläche, wird gemäß einem vorgegebenen Algorithmus in Abhängigkeit der Grenzflä ¬ chentemperatur Ti, welche die Führungsgröße bildet, einge- stellt. Dabei kann die erste Temperatur T G beispielsweise so geregelt werden, dass sich zwischen der Grenzflächentempera ¬ tur Ti und der ersten Temperatur T G ein vorgegebener Temperaturgradient ausbildet. Ferner ist vorteilhafterweise eine zweite Regeleinrichtung zur Regelung einer zweiten Temperatur T H der Transportfläche in Abhängigkeit der Grenzflächentemperatur ΤΊ vorgesehen. In diesem Fall wird die Grenzflächentemperatur ΤΊ als Führungsgröße gemessen. In Abhängigkeit der gemessenen Grenzflächen- temperatur ΤΊ wird mittels der Regeleinrichtung die zweite

Temperatur T H eingestellt bzw. nachgeführt. Dabei erfolgt die Einstellung bzw. das Nachführen der zweiten Temperatur T H zweckmäßigerweise derart, dass eine vorgegebene Grenzflächen ¬ temperatur Ti im Wesentlichen konstant gehalten wird.

Die erste T G und die zweite Temperatur T H können beispiels- weise mittels herkömmlicher Thermoelemente gemessen werden. Die Grenzflächentemperatur ΤΊ kann berührungslos beispiels ¬ weise mittels eines Infrarot-Messgerätes erfasst werden.

Die erste Regeleinrichtung kann auch weggelassen werden. In diesem Fall wird die erste Temperatur T G konstant gehalten. - Die erste und die zweite Regeleinrichtung können auch gekop ¬ pelt sein. Ein Temperaturgradient zwischen der ersten T G und der zweiten Temperatur T H kann gemäß einem weiteren vorgegebenen Algorithmus so geregelt werden, dass sich entlang der Transportrichtung ein vorgegebenes Temperaturdifferenzprofil zwischen der Transportfläche und der Heizfläche einstellt.

Wegen der vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung wird auf die Beschreibung der Ausgestaltungen zum Verfahren ver- wiesen. Die verfahrensmäßig beschriebenen Ausgestaltungsmerkmale bilden sinngemäß auch Ausgestaltungen der Vorrichtung.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der in den Formel verwendeten Größen,

Fig. 2 die Grenzflächentemperatur über der Gastemperatur bei vorgegebener Transportflächentemperatur,

Fig. 3 die Grenzflächentemperatur über der Transportflächentemperatur bei vorgegebener Gastemperatur, Fig. 4 die Massendiffusionsrate über der Gastemperatur bei vorgegebener Transportflachentemperatur, Fig. 5 die Massendiffusionsrate über der Transportflächentemperatur bei vorgegebener Gastemperatur,

Fig. 6 die Trocknungsdauer über der Gastemperatur bei vorgegebener Transportflächentemperatur,

Fig. 7 die Trocknungsdauer über der Transportflächentemperatur bei vorgegebener Gastemperatur,

Fig. 8 eine schematische Schnittansicht durch ein Ausfüh- rungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Diffusions ¬ trockners,

Fig. 9 eine schematische Detailansicht gemäß Fig. 8 und Fig. 10 eine schematische Schnittansicht durch ein weiteres

Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Diffu ¬ sionstrockners .

Nachfolgend werden die theoretischen Grundlagen des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eindimensionaler Gleichungen für den diffusiven Massentransport in Abhängigkeit der Tempe ratur kurz erläutert.

Aus Fig. 1 sind die in den nachfolgenden Gleichungen verwen- deten Größen im Wesentlichen ersichtlich. Der Temperaturgradient im Luftspalt oberhalb der Grenzfläche des Fluidfilms erfüllt die Energiegleichung, die für die Gas ¬ phase wie folgt angegeben werden kann: d 2 T mCp\ dT

dy 2 Ä G ) dy

Löst man diese Diffusionsgleichung, so erhält man folgende, allgemeine Lösung:

T = c 1 + c 2 exp (^ΓΥ), wobei C-L und c 2 zwei noch zu definierende Integrationskonstan ¬ ten darstellen. Diese können über geeignete Randbedingungen bestimmt werden. Diese Randbedingungen sind wie folgt:

y = δ α , T = T G

Löst man die obigen Gleichungen durch Einsetzen der Randbe- dingungen nach c und c 2 auf, so erhält man für diese Größen Werte, die das Temperaturprofil in der Gasphase wie folgt an geben lassen:

Für y = 0 erhält man 7 = 7^. Damit lässt sich die Grenzflächentemperatur Tj , d. h. die Temperatur an der freien Oberfläche des Fluidfilms, wie folgt errechnet:

(1 - f) * T H - T,) * [exp 5 G ) - l}

Die Massendiffusionsrate pro Flächeneinheit auf Grund des vorliegenden Temperaturgradienten an der freien Oberfläche lässt sich wie folgt errechnen:

Die Trocknungszeit für das zu beschichtende Material kann wie folgt berechnet werden:

Durch den obigen Satz von Gleichungen kann das eindimensionale Diffusions-Wärmeübertragungsproblem und das Problem der zugehörigen Massenfreisetzung und des Massentransports analy ¬ tisch gelöst werden. Unter Verwendung der nachfolgend beschriebenen Randbedingungen wurden u. a. die Massendiffusionsrate der verdampften Flüssigkeit und die Trocknungszeit berechnet. Die Berechnung ist unter folgenden Annahmen erfolgt: H = 300 ym, h = 10 ym, 5 G = 300 ym

f = 0.2, TQ = 350 K, T f j = 295 K

Die folgenden Materialeigenschaften wurden, trotz der Tempe- raturänderungen, als konstant angenommen: μ α = 1.8 x 10 "5 kg/ (ms), A G = 0.024 W/ (mK) , C P = 1.012

KJ/ (KgK)

A L = 0.6 W/ (mK) , p L = 1000 kg/m 3 , A/i iH = 2260 KJ/Kg

A s = 0.12 W/ (mK)

Die erfindungsgemäße Trocknung des Fluidfilms wird im Wesent ¬ lichen durch eine Kontrolle der zweiten Temperatur T H auf der Transportfläche und durch die erste Temperatur T G der Wärme- quelle bestimmt. Die Wärmequelle ist in einem Abstand Ö G von der der Gasphase zugewandten Grenzfläche des Fluidfilms ange ¬ bracht .

Fig. 2 zeigt die Grenzflächentemperatur T j über der ersten Temperatur T G der Wärmequelle bzw. Gasphase. Fig. 3 zeigt die Grenzflächentemperatur T j über der Temperatur T H der Transportfläche .

Wie insbesondere aus den Fig. 3 bis 5 ersichtlich ist, kann die Massendiffusionsrate durch eine Erhöhung der ersten Tem ¬ peratur T G erreicht werden. Ferner ist ersichtlich, dass eine Erhöhung der zweiten Temperatur T H eine Reduktion der Massendiffusionsrate bewirkt. Wie insbesondere aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich ist, kann eine Reduktion der Trocknungszeit dann erreicht werden, wenn die zweite Temperatur T H klein und die erste Temperatur T G hoch gewählt wird. Dabei sind beide Temperaturen T G und T H so einstellbar, dass T } kontrolliert werden kann. T j kann z. B. auf Raumtemperatur gehalten werden.

Fig. 8 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Ausfüh ¬ rungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Diffusionstrockners. In einem Gehäuse 1 befindet sich eine Vorratswalze 2, auf der das zu beschichtende Substrat 3 aufgenommen ist. Das Substrat 3 wird über erste Spannrollen 4a, 4b auf eine Transportwalze 5 geführt. Eine Mantel- bzw. Transportfläche 6 der Transport ¬ walze 5 ist abschnittsweise, vorzugsweise über einen Winkel von 180-270°, von einer Trocknungseinrichtung 7 umgeben.

Stromaufwärts der Trocknungseinrichtung 7 ist ein mit dem Be- zugszeichen 8 bezeichnetes Schlitzdüsenwerkzeug zum Auftragen eines Fluidfilms F auf das Substrat 3 vorgesehen. Stromab ¬ wärts der Trocknungseinrichtung 7 befindet sich zumindest eine weitere Spannrolle 9, über welche das Substrat 3 auf eine Walze 10 aufgewickelt wird. Mit dem Bezugszeichen 11 ist eine Walzenreinigungsvorrichtung bezeichnet, welche stromabwärts der Trocknungseinrichtung 7 und stromaufwärts des Beschich- tungswerkzeugs 8 angeordnet ist.

Die Trocknungseinrichtung 7 weist ein weiteres Gehäuse 12 auf. Das weitere Gehäuse 12 ist mit Absaugeinrichtungen 14 versehen, mit denen ein aus dem Fluidfilm F entweichender Flüssigkeitsdampf abgesaugt wird.

Wie insbesondere in Zusammensicht mit Fig. 9 ersichtlich ist, kann eine im weiteren Gehäuse 12 aufgenommene Wärmequelle 13 beispielsweise aus Widerstandsheizdrähten gebildet sein, wel ¬ che gitterartig angeordnet sind. Die Heizdrähte bilden eine Heizfläche G, welche in einem Abstand 6 G von beispielsweise 0,1 mm bis 1,0 mm gegenüberliegend der Grenzfläche I des Fluidfilms F angeordnet ist. Durch die in Fig. 9 nicht näher gezeigte Absaugeinrichtungen 14 entsteht eine im Wesentlichen senkrecht zur Transportfläche 6 sich ausbildende Strömung, welche in Fig. 9 durch Pfeile kenntlich gemacht ist. Durch die Absaugeinrichtungen 14 wird vorteilhafterweise ein Unterdruck im Zwischenraum zwischen der Grenzfläche I und der Heizfläche H erzeugt. Damit wird ein Entweichen eventuell brennbarer Flüssigkeitsdämpfe in die Umgebung vermieden. Das Gehäuse 1 kann außerdem mit einer Schutzgasatmosphäre gespült werden, um eine Brand- oder Explosionsgefahr durch Entweichen der brennbaren Flüssigkeitsdämpfe zu vermeiden.

Die in Fig. 8 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung ist be ¬ sonders kompakt aufgebaut. Anstelle einer Transportwalze 5 können auch mehrere Transportwalzen 5 verwendet werden. Damit kann eine Trocknungsstrecke vergrößert werden, was eine

Trocknung auch relativ dicker Fluidfilme F ermöglicht. Ferner kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch in Kombination mit herkömmlichen Konvektionstrocknern verwendet werden. Zu diesem Zweck wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zweckmäßigerweise stromaufwärts eines herkömmlichen Konvektionstrockners eingesetzt. Durch einen Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Kombination mit einem herkömmlichen Konvektions- trockner kann die zum Betrieb des herkömmlichen Konvektionstrockners verwendete Energie drastisch reduziert werden.

Bei der in Fig. 10 gezeigten schematischen Schnittansicht durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemä ¬ ßen Diffusionstrockners bzw. einer weiteren Trocknungseinrichtung 15 gezeigt. Dabei ist das Substrat 3 wiederum auf einer Vorratswalze 2 aufgenommen; es wird mit einer angetrie- benen Walze 16 transportiert. Mit dem Bezugszeichen 8 ist wiederum ein Schlitzdüsenwerkzeug zum Auftragen eines Fluid- films auf das Substrat 3 bezeichnet, welches stromaufwärts einer weiteren Trocknungseinrichtung 15 angeordnet ist.

Die weitere Trocknungseinrichtung 15 umfasst in Transport ¬ richtung T Heizelemente 17, bei denen es sich um in Transportrichtung T hintereinander angeordnete plattenförmige Widerstandsheizelemente handeln kann. Die Heizelemente 17 bil- den bei dieser Ausgestaltung eine im Wesentlichen geschlossene Heizfläche H, welche in einem Abstand Ö G von 2 bis 10 mm von einer Substratoberfläche angeordnet sind. Die weitere Trocknungseinrichtung 15 weist also einen rechteckigen Kanal K mit der Höhe Ö G auf, durch welchen das Substrat 3 in Trans- portrichtung T geführt wird.

Mittels der Absaugeinrichtung 14 wird am stromaufwärtigen Ende der weiteren Trocknungseinrichtung 15 Luft L in den Kanal K eingesaugt und entgegen der Transportrichtung T in Richtung der Absaugeinrichtung 14 im Gegenstrom bewegt. Dabei beträgt eine Strömungsgeschwindigkeit beispielsweise 30 cm/s bis 3 m/s .

Eine weitere Transportfläche 18 der weiteren Trocknungsein- richtung 15 ist hier eben ausgebildet. Sie kann ebenfalls be ¬ heizbar ausgestaltet sein (hier nicht gezeigt) . Bezugs zeichenliste

1 Gehäuse

2 Vorratswalze

3 Substrat

4a, 4b Spannrolle

5 Transportwalze

6 Transportfläche

7 Trocknungseinrichtung

8 Schlitzdüsenwerkzeug

9 weitere Spannrolle

10 Walze

11 Walzenreinigungsvorrichtung

12 weiteres Gehäuse

13 Wärmequelle

14 Absaugeinrichtung

15 weitere Trocknungseinrichtung

16 angetriebene Walze

17 Heizelement

18 weitere Transportfläche

5 G Abstand

F Fluidfilm

G Heizfläche

I Grenzfläche

L Luft

T Transportrichtung