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Die
Erfindung betrifft einen Vorhangbeschichter für die Beschichtung eines Substrats,
der für
eine seitliche Führung
eines ein- oder mehrschichtigen Vorhangs an wenigstens einem Seitenrand
des Vorhangs eine poröse
und deshalb flüssigkeitsdurchlässige Vorhangführungsstruktur
aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung
einer Vorhangführungsstruktur
und eine Vorhangführungsstruktur
als solche.
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Ein
Vorhangbeschichter der genannten Art ist aus der
DE 10 2004 016 923 A1 bekannt.
Die poröse
Vorhangführungsstruktur
ist hohlzylindrisch. Im Betrieb des Vorhangbeschichters ist der
Hohlraum der Vorhangführungsstruktur
mit einer Hilfsflüssigkeit gefüllt, die
aufgrund der Porosität
durch die Vorhangführungsstruktur
von innen nach außen
dringt und an einer äußeren Führungsfläche austritt.
Der Vorhang wird an der Führungsfläche geführt, wobei
die dort austretende Hilfsflüssigkeit
eine Grenzschicht zwischen der Führungsfläche und
der Vorhangflüssigkeit
bildet. Die bekannte Vorhangführungsstruktur
ist ein Rohr mit überall
dem gleichen Außendurchmesser
und einem Innendurchmesser, der sich von einem oberen Ende der Vorhangführungsstruktur
bis zu dem unteren Ende kontinuierlich verringert, so der Hohlraum
konisch ist. Aufgrund der damit einhergehenden Variation der Wandstärke kann über die
Fallhöhe
des Vorhangs die Grenzschichtstörung
so eingestellt werden, dass die Hilfsflüssigkeit im äußeren Grenzschichtbereich,
wo die Hilfsflüssigkeit
die Beschichtungsflüssigkeit
kontaktiert, die gleiche Strömungsgeschwindigkeit
wie die freifallende Vorhangflüssigkeit
aufweist. Auf diese Weise können
von der seitlichen Führung
auf die Beschichtungsflüssigkeit ausgeübte Störeffekte,
insbesondere Bremseffekte, verhindert werden. Die Herstellung der
porösen
Vorhangführungsstruktur
ist jedoch diffizil und teuer. Probleme bereitet auch die Präzision.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, die Herstellung einer porösen Vorhangführungsstruktur
zu vereinfachen und den Preis zumindest ohne Einbuße hinsichtlich
der Präzision
der Geometrie, vorzugsweise bei erhöhter Präzision, zu verringern.
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Ein
Vorhangbeschichter, wie die Erfindung ihn betrifft, umfasst eine
Düseneinrichtung
für die
Erzeugung eines auf das Substrat fallenden Vorhangs aus wenigstens
einer Beschichtungsflüssigkeit
und eine Führungseinrichtung
mit einer porösen
Vorhangführungsstruktur,
die für
eine seitliche Führung des
Vorhangs eine Führungsfläche aufweist.
Die Führungsfläche ist
breiter als der Vorhang dick ist, d.h. die parallel zu der Dicke
des Vorhangs gemessene Breite der Führungsfläche übertrifft die Dicke des Vorhangs.
Die Führungsfläche ist über diese
Breite zu dem Vorhang konvex rund gewölbt, d.h. sie wölbt sich
auf den Vorhang bauchig vor. Längs
der Vorhangführungsstruktur
erstreckt sich ein Hohlraum für die
Aufnahme einer Hilfsflüssigkeit.
Der Hohlraum kann sich insbesondere über die gesamte Länge der Vorhangführungsstruktur
erstrecken, grundsätzlich ist
jedoch denkbar, dass sich der Hohlraum nur über einen größeren Teil,
vorzugsweise den größten Teil der
Länge der
Vorhangführungsstruktur
erstreckt. Eine Längsachse
der Vorhangführungsstruktur
ist zumindest im wesentlichen parallel zu der Fallrichtung des Vorhangs,
wenn der Vorhang nicht durch äußere Einflüsse gestört wird.
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Nach
der Erfindung bildet die Vorhangführungsstruktur nur ein Umfangsegment
einer den Hohlraum umgebenden Hohlraumwandung und nicht umlaufend
die gesamte Hohlraumwandung, wie dies bei der Vorhangführungsstruktur
der
DE 10 2004
016 923 A1 der Fall ist. Insbesondere ist das von der Vorhangführungsstruktur
gebildete Umfangsegment, dass einen Teil der Seitenwandung des Hohlraums bildet,
Teil einer um die Längsachse
umlaufenden Außenkontur
der Vorhangführungsstruktur,
d.h. Teil einer äußeren Oberfläche der
Vorhangführungsstruktur.
Die äußeren Oberflächen, die
die Außenkontur bilden,
sind abgesehen von der auf die Porosität zurückzuführenden Rauheit vorzugsweise
glatte Oberflächen.
Die Flächennormalen
dieser Oberflächen weisen
längs der
Außenkontur
vorzugsweise überall voneinander
weg oder sind über
je eine der Oberflächen
zueinander parallel. Obgleich weniger bevorzugt, soll dennoch nicht
ausgeschlossen werden, dass an den Oberflächen Rinnen oder andersartig geformte
Vertiefungen gebildet sein können.
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Die
Vorhangführungsstruktur
ist somit nicht mehr als Rohr geformt, dessen Innendurchmesser im Falle
einer bevorzugten Variation der Wandstärke aufwändig gebohrt werden muss. Um
die Wandstärke
zur Führungsfläche hin
wie bevorzugt zu variieren, muss lediglich eine oder können gegebenenfalls auch
mehrere von außen
frei zugängliche
Oberfläche oder
Oberflächen
der Vorhangführungsstruktur
bearbeitet oder in einem einfachen Trennverfahren hergestellt werden.
Ferner können
aus einem einzigen vollzylindrischen oder hohlzylindrischen Ausgangskörper mittels
eines Trennverfahrens mehrere Umfangsegmente, zumindest zwei Umfangsegmente,
erhalten werden, die je eine Vorhangführungsstruktur bilden können. Es
wird somit nicht nur die Bearbeitung vereinfacht, sondern es kann
auch Material eingespart werden. Die Bearbeitung nur noch von Oberflächen oder
an Oberflächen,
die von außen
frei zugänglich
sind, ist auch der Präzision
zuträglich. Schließlich kann
die Wandstärke
gegenüber
einem aus porösem
Werkstoff bestehenden Rohr, das gebohrt oder ausgebohrt werden muss,
verringert werden.
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Eine
von der Führungsfläche abgewandte rückwärtige Oberfläche, im
folgenden äußere Rückfläche genannt,
ist im Querschnitt vorzugsweise gerade. Vorzugsweise ist sie in
jedem Querschnitt gerade und besonders bevorzugt ist sie plan, d.h.
auch in Längsrichtung
der Vorhangführungsstruktur
gerade, so dass die Führungsstruktur
in einem Längsschnitt sich
teilförmig
von einem Ende zu dem anderen verjüngt und die in dem Längsschnitt
gemessene Wandstärke
linear abnimmt. Gegebenenfalls kann die Wandstärke jedoch auch progressiv
oder degressiv in Längsrichtung
abnehmen. In derartigen Ausführungen
ist die äußere Rückfläche konvex
oder konkav rund gewölbt.
Grundsätzlich
ist sogar denkbar, dass die Wandstärke bzw. Dicke der Vorhangführungsstruktur
in diskreten Schritten, d.h. stufig variiert. Da die Erfindung die
Rückfläche als
freie, insbesondere bei der Bearbeitung von außen frei zugängliche
Oberfläche
bildet und nicht als umlaufende Mantelinnenfläche eines Rohrs, lässt sich
die Rückfläche frei
von Behinderungen bearbeiten, insbesondere auf jegliche Weise spanend
abtragen, insbesondere Fräsen,
und auch fein bearbeiten, beispielsweise Schleifen. Die Dicke der
Vorhangführungsstruktur kann
auf diese Weise frei von fertigungsbedingten Einschränkungen
präzise
eingestellt werden, um das Ziel der Angleichung der Strömungsgeschwindigkeit der
Hilfsflüssigkeit
an die Vorhangfallgeschwindigkeit zu erreichen.
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In
bevorzugten Ausführungsbeispielen
weist die Vorhangführungsstruktur
um ihre Längsachse umlaufend
eine Außenkontur
auf, die aus der rund vorgewölbten
Führungsfläche und
weiteren, jeweils voneinander abgewandten Außenflächen besteht. Die weiteren
Außenflächen sind
vorzugsweise jeweils plan, unumgänglich
erforderlich ist dies jedoch nicht. In den bevorzugten Ausführungen
ist die Vorhangführungsstruktur
somit abgesehen von der Führungsfläche, die
einen endlichen Krümmungsradius aufweist,
ein Mehrflach. Im mathematischen Sinne ähnelt die Vorhangführungsstruktur
einem Prisma. Von einem Prisma unterscheidet sich die Vorhangführungsstruktur
allerdings wegen der gekrümmten Führungsfläche und
in den bevorzugten Ausführungen
mit variierender Wandstärke
durch die vorzugsweise nicht kongruenten Stirnflächen. Im ganzen gesehen ist
sie jedoch zumindest im wesentlichen prismatisch. Die Außenfläche der
Vorhangführungsstruktur
sind in bevorzugter Ausführung
mit Ausnahme der Rückfläche zueinander
parallel.
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Die
Vorhangführungsstruktur
wird gleichmäßig von
feinen Kapillaren durchzogen, d.h. sie ist offen porös. Vorzugsweise
weist sie überall
den gleichen Porositätsgrad
auf. Hinsichtlich des Materials kann sie insbesondere aus einem
keramischen Werkstoff bestehen. Die Porosität ist vorteilhafterweise so
fein, dass die an einer von der Führungsfläche abgewandten Oberfläche, vorzugsweise
der äußeren Rückfläche, zugeführte Hilfsflüssigkeit
die Vorhangführungsstruktur
durchdringt und gleichmäßig über die
gesamte Führungsfläche aus
dieser austritt. Die Vorhangführungsstruktur
kann dann abgesehen von ihrer Porosität makroskopische Hohlräume aufweisen,
beispielsweise eine Bohrung, bevorzugt weist sie jedoch keine Hohlräume zusätzlich zu
ihren Kapillarporen auf und ist in diesem Sinne ein Vollkörper.
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Die
Führungsfläche wölbt sich
von einer gedachten Sehnenfläche
in Richtung auf den Vorhang vor. Die Sehnenfläche ist eine innere Fläche der
Vorhangführungsstruktur,
die in jedem Querschnitt gerade ist und sich von einem Seitenrand
der Führungsfläche bis
zu dem anderen Seitenrand erstreckt. Die Sehnenfläche ist
vorzugsweise plan. Die in seitlicher Verlängerung des Vorhangs gemessene
Dicke oder Wandstärke
der Vorhangführungsstruktur
setzt sich zusammen aus der als Abstand zwischen der Führungsfläche und
der Sehnenfläche
gemessenen Wölbungsdicke
und einer als Abstand zwischen der Sehnenfläche und der Rückfläche gemessenen
Restdicke. In bevorzugten Ausführungen
ist die Restdicke größer als
die Wölbungsdicke.
Falls die Gesamtdicke oder Wandstärke wie bevorzugt über die
Länge der Vorhangführungsstruktur
variiert ist die kleinste Restdicke vorzugsweise größer als
die Wölbungsdicke oder
falls diese variiert, als die größte Wölbungsdicke.
Die Wölbungsdicke
ist allerdings über
die Länge der
Vorhangführungsstruktur
in jedem Längsschnitt konstant
und variiert nur im Querschnitt. Die Restdicke ist vorzugsweise überall oder
zumindest in dem von der Hilfsflüssigkeit
in den bevorzugten Ausführungen
durchströmbaren
Bereich wenigstens 1,5 Mal bevorzugter wenigstens zweimal so groß wie die größte Wölbungsdicke.
Auf diese Weise wird erreicht, dass sich die in Richtung auf die
Führungsfläche durch
das poröse
Material fließende
Hilfsflüssigkeit
gleichmäßig verteilt
und so über
die gesamte Führungsfläche verteilt
gleichmäßig austritt
und auf jeder Höhenlinie über die
Breite der Führungsfläche ein
gleichmäßiger Volumenstrom
erzielt wird. Um eine mit der Wölbung
einhergehende Variation des Strömungswiderstands
durch die Vorhangführungsstruktur
zu kompensieren, kann alternativ oder zusätzlich zu solch einer Ausgestaltung
auch der Anteil der unmittelbar mit der Hilfsflüssigkeit in Kontakt stehenden
Rückfläche oder
Seitenfläche
gewählt
werden. In einer Variante ist die Rückfläche, an der die Hilfsflüssigkeit
bevorzugt zugeführt
wird, nicht gerade, sondern kongruent zu der Führungsfläche geformt, so dass Führungsfläche und
Rückfläche im Querschnitt
parallel zueinander verlaufen. In Längsrichtung ist die Rückfläche jedoch
auch in derartigen Ausführungen
vorzugsweise zu der Führungsfläche geneigt.
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Die
Führungsfläche ist
vorzugsweise wie in der
DE 10 2004 016 923 A1 geformt, die diesbezüglich in
Bezug genommen wird. Sie beschreibt daher über ihre Breite einen Bogen,
der über
die Breite überall
einen Krümmungsradius
von vorzugsweise wenigstens 5 mm aufweist. Zumindest beträgt der Krümmungsradius
längs des
Bogens überall
wenigstens 4 mm. Der Krümmungsradius
ist vorzugsweise längs
des Bogens konstant.
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Desweiteren
entspricht es den bevorzugten Ausführungen, wenn der Krümmungsradius
längs des
Bogens überall
das gleiche Vorzeichen hat. Um die in der
DE 10 2004 016 923 A1 beschriebene
Wirkung zu erzielen, sollte die Breite der Führungsfläche wenigstens das 1,5-fache
vorzugsweise wenigstens das doppelte der Dicke des Vorhangs betragen.
Anstatt des bevorzugten Kreisbogens kann die Führungsfläche grundsätzlich aber beispielsweise
auch einen Ellipsenbogen oder einen anders oval geformten Bogen
beschreiben. Ein Kreisbogen wird aber sowohl im Hinblick auf die
Fertigung und damit die Kosten als auch im Hinblick auf die zu erzielende
Wirkung, nämlich
die Rückführung des
Vorhangs zur geraden, idealen Falllinie bevorzugt.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Vorhangführungsstruktur
für einen Vorhangbeschichter,
insbesondere zur Herstellung der vorstehend beschriebenen Vorhangführungsstruktur
in ihren unterschiedlichen Ausgestaltungen. Die Vorhangführungsstruktur
wird aus einem Zylinder aus porösem,
für Flüssigkeiten,
nämlich
der Hilfsflüssigkeit
der jeweiligen Anwendung, durchlässigen Werkstoff
geformt. Aus diesem Halbzeug wird erfindungsgemäß mittels eines Trennverfahrens,
vorzugsweise Sägen
oder Schneiden, wenigstens ein Mehrflächner mit einer Zylinderoberfläche und
wenigstens zwei planen äußeren Seitenflächen geformt. Vorzugsweise
werden aus dem zylindrischen Halbzeug durch das Trennen wenigstens
zwei oder noch mehr derartiger Mehrflächner erzeugt. Bei dem Halbzeug
kann es sich insbesondere um einen Vollzylinder oder um einen Hohlzylinder
mit einer einfachen, geraden Bohrung handeln. Die Zylinderoberfläche des
Mehrflächners
kann die Führungsfläche unmittelbar
bereits bilden. Falls erforderlich, wird die Zylinderoberfläche einer
Feinbearbeitung unterzogen, beispielsweise geschliffen oder poliert.
Der Zylinder ist vorzugsweise ein Kreiszylinder.
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Falls
die Dicke der Vorhangführungsstruktur in
Längsrichtung
variieren soll, wird nach dem Trennen vorzugsweise die von der Zylinderoberfläche abgewandte äußere Rückfläche des
Mehrflächners
materialabtragend bearbeitet, vorzugsweise durchspanende Bearbeitung,
beispielsweise gefräst.
Alternativ zu einem derartigen, sich an den Trennschritt anschließenden Bearbeitungsschritt,
kann die Dickenvariation auch unmittelbar bei dem Trennen erzeugt werden,
indem das zylindrische Halbzeug in Längsrichtung gleich entsprechend
der gewünschten
Dickenvariation zertrennt wird, beispielsweise durch einen schrägen Sägeschnitt.
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In
bevorzugten Ausgestaltungen weist die Vorhangführungsstruktur zu beiden Seiten
der Führungsfläche Seitenflächen auf,
die in Querschnitten der Vorhangführungsstruktur, vorzugsweise
in jedem Querschnitt der Vorhangführungsstruktur, gerade sind.
Ferner sollten die Seitenflächen
in Querschnitten zumindest im Wesentlichen parallel sein. In Längsrichtung
der Vorhangführungsstruktur
können die
Seitenflächen
eine Neigung aufweisen, insbesondere eine konstante Neigung. Bevorzugten
Ausführungen
entspricht es, wenn die Seitenflächen
insgesamt jeweils plan sind.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Vorhangführungsstruktur als solche,
die noch nicht in einem Vorhangbeschichter montiert, aber insbesondere
für die Verwendung
in einem Vorhangbeschichter der beschriebenen Art vorgesehen sein
kann. Desweiteren betrifft die Erfindung einen Fügeverbund aus der Vorhangführungsstruktur
und einer Lagerstruktur, in oder an der die Vorhangführungsstruktur
montiert ist. Die Vorhangführungsstruktur
als solche und auch ihr Fügeverbund
mit der Lagerstruktur weist oder weisen vorteilhafterweise eines
oder mehrere der zuvor für die
betreffende Komponente des Vorhangbeschichters beschriebenen Merkmale
auf.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Vorhangführungsstruktur.
Nach dem Verfahren wird die Vorhangführungsstruktur als ein Mehrflächner geformt,
der eine um eine Längsachse
umlaufende Außenkontur
aufweist, die sich aus einer Zylinderoberfläche, d.h. einem Umfangsegment
einer Zylinderoberfläche,
und wenigstens zwei in Querschnitten der Vorhangführungsstruktur
geraden, vorzugsweise insgesamt planen Oberflächen zusammensetzt. Die axialen
Enden der Vorhangführungsstruktur
sind vorzugsweise ebenfalls je plan. In bevorzugten Ausführungen
wird die Vorhangführungsstruktur
mittels eines Trennverfahrens aus einem zylindrischen Halbzeug geformt,
entweder aus einem vollzylindrischen oder einem halbzylindrischen Halbzeug.
Geeignete Trennverfahren sind Sägen und
Schneiden. Falls die Vorhangführungsstruktur wie
bevorzugt eine in Längsrichtung
variierende Dicke aufweisen soll, wird sie nach dem Trennen in einem
materialabtragenden Verfahren weiterbearbeitet. Bevorzugt werden spanende
Verfahren, insbesondere Fräsen,
oder ein Schleifverfahren. Soweit erforderlich, wird eine oder werden
mehrere der Oberflächen
anschließend
fein bearbeitet, d.h. fein geschliffen, poliert oder dergleichen.
Grundsätzlich ist
alternativ jedoch ebenfalls denkbar, dass die Vorhangstruktur unmittelbar
in einem Verfahren der Urformung, beispielsweise durch Sintern in
der gewünschten
Porosität
und mit den genannten Oberflächen
geformt wird. Gegenüber
einem derartigen Verfahren hat das bevorzugte Verfahren der Verwendung
eines zylindrischen Halbzeugs jedoch einen erheblichen Preisvorteil,
da das Halbzeug vergleichsweise preiswert in einer Standardlänge zugekauft, auf
die für
die Vorhangführungsstruktur
erforderliche Länge
gestückelt
und die so erhaltenen Längenstücke mittels
des Trennverfahrens gleich in mehrere Umfangsegmente oder -sektoren
zerteilt und dadurch pro Längenstück mehrere
Vorhangführungsstrukturen
erhalten werden können.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung werden auch in den Unteransprüchen und
deren Kombinationen beschrieben. Die dort beschriebenen Merkmale
und die vorstehend offenbarten ergänzen einander vorteilhaft.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand von Figuren erläutert.
An dem Ausführungsbeispiel
offenbar werdende Merkmale bilden je einzeln und in jeder Merkmalskombination die
Gegenstände
der Ansprüche
und auch die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen vorteilhaft
weiter. Es zeigen:
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1 einen
Vorhangbeschichter mit einer als Schlitzdüse gebildeten Düseneinrichtung,
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2 einen
Vorhangbeschichter mit einer als Kasdadendüse gebildeten Düseneinrichtung,
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3 den
Vorhangbeschichter der 2 mit einer Führungseinrichtung,
die für
eine seitliche Führung
einer Vorhangflüssigkeit
eine poröse
Vorhangführungsstruktur
aufweist,
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4 die
Führungseinrichtung,
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5 die
Vorhangführungsstruktur
in einem Querschnitt,
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6 die
Führungseinrichtung
mit der Vorhangführungsstruktur
in einem Querschnitt,
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7 die
Führungseinrichtung
mit der Vorhangführungsstruktur
in einem Längsschnitt,
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8 ein
zylindrisches Halbzeug für
die Herstellung der Vorhangführungsstruktur,
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9 ein
mittels eines Trennverfahrens aus dem Halbzeug erhaltenes Zylindersegmet
und
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10 die
durch Nachbearbeitung des Zylindersegments erhaltene Vorhangführungsstruktur in
einem Längsschnitt
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1 zeigt
einen Vorhangbeschichter mit einer Düseneinrichtung 4,
die in einem lichten Abstand vertikal über einer Walze 3 angeordnet
ist. Die Walze 3 dient als Umlenkeinrichtung, oder allgemeiner
ausgedrückt
als Abstützeinrichtung,
für ein
zu beschichtendes Substrat 1, das umschlingend über die
Walze 3 gefördert
wird. Das Substrat 1 ist eine endlos geförderte,
flexible Bahn. Die Düseneinrichtung 4 ist
eine Schlitzdüse,
in der getrennte Zuführungen
für mehrere
verschiedene Beschichtungsflüssigkeiten
gebildet sind. Die Zuführungen
laufen an einem dem Substrat 1 zugewandten unteren Ende
der Düseneinrichtung 4 in
einer Düsenaustrittsöffnung zusammen.
Die Beschichtungsflüssigkeiten
verlassen die Austrittsöffnung
der Düseneinrichtung 4 freifallend
als mehrschichtiger Flüssigkeitsvorhang
V.
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2 zeigt
einen Vorhangbeschichter mit einer Düseneinrichtung 4,
die als Kaskadendüse
gebildet ist. Sie weist eine Düsenoberfläche 5 auf,
die zur Horizontalen geneigt ist, so dass eine der Düsenoberfläche 5 zugeführte Beschichtungsflüssigkeit
auf der Düsenoberfläche 5 abwärts bis
zu einer Düsenlippe 6 und über die
Düsenlippe 6 hinausströmend in den
freifallenden Vorhang V übergeht.
Der Düsenoberfläche 5 werden über Austrittsöffnungen 7 mehrere
Beschichtungsflüssigkeiten
zugeführt,
die auf der Düsenoberfläche eine
mehrschichtige Filmströmung F
bilden, die über
die Düsenlippe 6 in
den Vorhang V abströmt.
Substrat 1 und Walze 3 entsprechen dem Ausführungsbeispiel
der 1.
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3 zeigt
in perspektivischer Darstellung einen seitlichen Randbereich des
Vorhangbeschichters der 2. Gezeigt wird nur der Teil
des Vorhangbeschichters, der über
der Walze 3 angeordnet ist. Zwischen der Düseneinrichtung 4 und
der nicht dargestellten Walze 3 ist eine Führungseinrichtung 9 angeordnet.
Die Führungseinrichtung 9 umfasst
eine Vorhangführungsstruktur 10,
die der Führung
des Vorhangs V dient. Die Vorhangführungsstruktur 10 ist in
Fallrichtung des Vorhangs V langgestreckt und weist eine zu der
gewünschten
idealen Fallrichtung parallele Längsachse
L auf. Die Vorhangführungsstruktur 10 ist
in einer mehrteiligen Lagerstruktur der Führungseinrichtung 9 gehalten.
Die Lagerstruktur fasst die Vorhangführungsstruktur 10 mit
Ausnahme einer dem Vorhang V zugewandten freien Führungsfläche 11 positionsgenau
ein. Die Lagerstruktur besteht aus zwei in Längsrichtung der Vorhangführungsstruktur 10 erstreckten
Seitenteilen 16 und 17, welche die Vorhangführungsstruktur 10 längsseits zwischen
sich einfassen, und einem oberen Deckel 18 und einem unteren
Deckel 19, die den beiden Stirnseiten der Vorhangführungsstruktur 10 zugewandt
sind. Die Führungseinrichtung 9 umfasst
ferner eine Zuführung 20 und
eine Abführung 21 für eine Hilfsflüssigkeit.
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Die
Vorhangführungsstruktur 10 ist über ihre gesamte
Länge von
offener Porosität.
Den porösen Werkstoff
durchsetzen Mikrokapillaren, die makroskopisch eine gleichmäßige Porosität ergeben.
Die Vorhangführungsstruktur 10 steht
an einer von der Führungsfläche 11 abgewandten
Außenfläche über ihre
gesamte Länge
mit einem Reservoir der Hilfsflüssigkeit
in Kontakt. Das Reservoir wird über
die Zuführung 20 mit
der Hilfsflüssigkeit
gespeist. Die Hilfsflüssigkeit
durchdringt die Vorhangführungsstruktur 10 und
tritt an deren Führungsfläche 11 aus,
so dass sich über
der Führungsfläche 11 vollflächig eine
in Fallrichtung des Vorhangs V an der Führungsfläche 11 abwärts strömende Grenzschichtströmung aus der
Hilfsflüssigkeit
bildet. Die Grenzschichtströmung steht
mit der oder den mehreren Beschichtungsflüssigkeiten des Vorhangs V in
Kontakt, trennt den Vorhang V jedoch von der Führungsfläche 11. Die Hilfsflüssigkeit
der Grenzschicht bildet somit eine Art Schmierfilm zwischen dem
Vorhang V und der Vorhangführungsstruktur 10.
Wegen der seitlichen Führung
auf den Vorhang V wirkende Reibungskräfte können auf diese Weise verringert
werden. Die Grenzschichtströmung
wird vorzugsweise so erzeugt, dass die Hilfsflüssigkeit im Kontaktbereich
mit dem Vorhang V längs
der Vorhangführungsstruktur 10 in
Fallrichtung des Vorhangs V überall
die gleiche Strömungsgeschwindigkeit
hat wie die freie, von der Seitenführung nicht beeinflusste Vorhangströmung. Dies
entspricht zumindest dem angestrebten optimalen Zustand.
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4 zeigt
die Führungseinrichtung 9 herausgelöst aus dem
Vorhangbeschichter. Die beiden Seitenteile 16 und 17 der
Lagerstruktur sind in einem Drehgelenk 27 klappbar miteinander
verbunden. 4 zeigt die Führungseinrichtung 9 mit
aufgeklappten Seitenteilen 16 und 17 und noch
nicht montiertem Deckel 18. Die Vorhangführungsstruktur 10 ist
in dem Seitenteil 16 passgenau positioniert, indem die
Vorhangführungsstruktur 10 über ihre
gesamte Länge
schlanke Kontaktflächen
des Seitenteils 16 kontaktiert. Das Seitenteil 17 ist
in dem Drehgelenk 27 um ein zu der Langsachse L parallele
Dreh- oder Klappachse gegen die Vorhangführungsstruktur 10 klappbar
und kontaktiert im zugeklappten Zustand die Vorhangführungsstruktur 10 ebenfalls über deren gesamte
Länge in
schlanken Kontaktflächen.
Im montierten Zustand werden die Seitenteile 16 und 17 mit
einer gewissen Zugkraft aufeinander zu gespannt, so dass sie die
Vorhangführungsstruktur 10 zwischen
sich klemmend halten. Die Deckel 18 und 19 werden
mittels Positionierstiften zu den Seitenteilen 16 und 17 positioniert
und an diesen befestigt. Sie dichten im montierten Zustand die Vorhangführungsstruktur 10 an
ihrem oberen und ihrem unteren Ende ab. Im Ergebnis bilden die Lagerstruktur 16-19 und die
Vorhangführungsstruktur 10 einen
nur auf Form- und Kraftschluss beruhenden Fügeverbund.
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5 zeigt
die Vorhangführungsstruktur 10 in
einem Querschnitt, herausgelöst
aus der Führungseinrichtung 9,
und 6 zeigt die Vorhangführungsstruktur 10 und
den unmittelbar an die Vorhangführungsstruktur 10 angrenzenden,
die Vorhangführungsstruktur 10 einfassenden
Bereich der Seitenteile 16 und 17 ebenfalls in
einem Querschnitt.
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Die
Vorhangführungsstruktur 10 weist
im Ganzen im Wesentlichen die Form eines Prismas auf, dessen um
die Längsachse
(L) umlaufende Außenkontur
sich aus vier winkelig zueinander weisenden Oberflächen zusammensetzt,
die in Längskanten aneinander
stoßen,
nämlich
aus der Führungsfläche 11,
zwei planen Seitenflächen 12 und 13 und
einer planen Rückfläche 14.
Die Seitenflächen 12 und 13 sind
zu der Längsachse
L parallel und zu der Rückfläche 14 rechtwinklig.
Die Führungsfläche 11 ist
kreiszylindrisch und wölbt
sich im montierten Zustand auf den Vorhang V zu, d.h. sie ist zu
dem Vorhang V konvex gewölbt.
Auch die Führungsfläche 11 weist
zu der Längsachse
L der Vorhangführungsstruktur 10 parallel.
Ihre Sehnenfläche 15,
die in 5 als gestrichelte Linie dargestellt ist, ist
plan und bildet mit den Seitenflächen 12 und 13 und
der Rückfläche 14 in
jedem Querschnitt ein Rechteck. Die Breite der Sehnenfläche 15 entspricht
der parallel zu der Dicke des Vorhangs V gemessenen Breite B der Vorhangführungsstruktur 10.
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Die
Dicke D der Vorhangführungsstruktur 10 wird
in der Verlängerung
der Vorhangebene gemessen und bezeichnet pro Querschnitt den jeweils
größten Abstand
zwischen der Führungsfläche 11 und
der Rückfläche 14.
Die Dicke D ist im jeweiligen Querschnitt die Summe aus einer Wölbungsdicke
D1 und einer Restdicke D2.
Die Wölbungsdicke
D1 ist im jeweiligen Querschnitt der größte Abstand
zwischen der Führungsfläche 11 und
der Sehnenfläche 15.
Die Restdicke D2 ist der Abstand zwischen
der Sehnenfläche 15 und
der Rückfläche 14 im
jeweiligen Querschnitt.
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Das
Seitenteil 16 liegt mit zwei schmalen Längsstreifen an der Rückfläche 14 über die
gesamte Länge
der Vorhangführungsstruktur 10 an.
Zwischen den beiden Längsstreifen
ist im Seitenteil 16 eine Vertiefung gebildet, die sich
ebenfalls über
die gesamte Länge
der Vorhangführungsstruktur 10 erstreckt
und im Ausführungsbeispiel
als Rechtecknut gebildet ist. Mittels der Vertiefung wird an der
Rückfläche 14 ein
Hohlraum 24 geschaffen, dessen Seitenwandungen die Rückfläche 14 und
im übrigen
das Seitenteil 16 bilden. Auf die gleiche Weise werden
an die Seitenflächen 12 und 13 angrenzend
weitere Hohlräume 22 und 23 erhalten,
deren Seitenwandungen einmal die Seitenfläche 13 und im übrigen wieder das
Seitenteil 16 und im Falle des Hohlraums 22 die Seitenfläche 12 und
im übrigen
das Seitenteil 16 bilden.
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7 zeigt
die Führungseinrichtung 9 mit der
Vorhangführungsstruktur 10 in
perspektivischer Darstellung in der Sicht auf eine Längsschnittebene durch
die Vorhangführungsstruktur 10 und
den rückwärtig angrenzenden
Hohlraum 24. Die Zuführung 20 mündet in
den Hohlraum 24. Die Abführung 21 mündet an
dem unteren Ende der Führungsfläche 11, nämlich über einen
Abzugskanal 25, der allerdings der Einfachheit wegen als
zu der Abführung 21 gehörig gerechnet
wird. Der Hohlraum 24 und auch die Hohlräume 22 und 23 sind
fluidisch von der Abführung 21 getrennt,
d.h. sie stehen nicht in unmittelbarer Verbindung mit dem Abzugskanal 25.
Die Trennung erfolgt über
die Vorhangführungsstruktur 10 und
den unteren Deckel 19. Der Deckel 19 dichtet die Hohlräume 22, 23 und 24 nach
unten ab. Der obere Deckel 18, der im montierten Zustand
dicht an dem oberen Ende der Vorhangführungsstruktur 10 anliegt und
auch die Hohlräume 22 bis 24 nach
oben abdichtet, ist in 7 nicht dargestellt.
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Wie 7 erkennen
lässt,
variiert die Dicke D der Vorhangführungsstruktur 10 in
Längsrichtung. Die
Dickenvariation ist derart, dass die Dicke D der Vorhangführungsstruktur 10 (5)
sich von dem oberen Ende bis zu dem unteren Ende der Vorhangführungsstruktur 10 monoton,
bevorzugt kontinuierlich vergrößert, im
Ausführungsbeispiel
linear. Die Rückfläche 14 weist
zu der Längsachse
L über
die gesamte Länge
des Hohlraums 24 dementsprechend eine konstante Neigung
auf. Die Dicke des Hohlraumes 24 verringert sich dieser
Neigung entsprechend von dem oberen Ende zum unteren Ende. Die beiden anderen
Hohlräume 22 und 23 verändern sich über ihre
Länge hingegen
nicht. Die Dickenvariation der Vorhangführungsstruktur 10 ist
so gewählt,
dass sich im Betrieb in dem äußeren Randbereich
der an der Führungsfläche 11 aus
der Hilfsflüssigkeit
gebildeten Grenzschicht in Längsrichtung
lokal die Fallgeschwindigkeit der freien Vorhangströmung einstellt. Mit
der Dickenvariation wird bezogen auf die Längsrichtung der Strömungswiderstand
der Vorhangführungsstruktur 10 in
diesem Sinne beeinflusst und in der Folge der Volumenstrom der pro
Flächeneinheit an
der Führungsfläche 11 austretenden
Hilfsflüssigkeit.
-
Für einen
in Breitenrichtung gleichmäßigen Volumenstrom
sorgt zum einen die im Vergleich zu der größten Wölbungsdicke D1 größere Restdicke
D2 (5) und zum
anderen auch die Ausformung von Hohlräumen 22 und 23 an
den Seitenflächen 12 und 13,
in denen sich nach einer kurzen Anlaufphase die Hilfsflüssigkeit
jedenfalls sammelt. Mit der größeren Restdicke
werden im jeweiligen Querschnitt der Vorhangführungsstruktur 10 aufgrund
der Wölbung
der Führungsfläche 11 sich
ergebende unterschiedliche Strömungslängen im
Einfluss reduziert. Durch die seitlichen Hohlräume 22 und 23 werden
von den Seitenflächen 12 und 13 ausgehend
kurze Strömungswege
zur Führungsfläche 11 geschaffen.
Allerdings herrscht in den Hohlräumen 22 und 23 aufgrund
der Drosselwirkung der Vorhangführungsstruktur 10 ein gegenüber dem
Hohlraum 24 verminderter Flüssigkeitsdruck.
-
8 zeigt
in einer Draufsicht auf eine plane Stirnfläche einen Kreiszylinder 30 aus
einem porösen Werkstoff
mit offener Porosität.
Im Ausführungsbeispiel
handelt es sich um einen Vollzylinder, d.h. der Zylinder 31 weist
im Rahmen seiner Porosität
eine über
seinen gesamten Querschnitt gleichmäßige Dichte auf, und besitzt
abgesehen von seinen Kapillarporen keine inneren makroskopischen
Hohlräume. Der
Zylinder 31 wird als Halbzeug geliefert, auf Länge geschnitten,
vorzugsweise die Länge
der Vorhangführungsstruktur 10,
und anschließend
mittels eines geeigneten Trennverfahrens in mehrere gleiche Zylindersegmente 31 zerteilt.
Im Ausführungsbeispiel
wird er in vier gleiche Zylindersegmente 31 zerteilt. Die
geraden Trennfugen sind in der Draufsicht eingezeichnet.
-
9 zeigt
stellvertretend für
die anderen eines der durch den Trennschritt erhaltenen Zylindersegmente 31.
Das Zylindersegment 31 weist eine kreiszylindrische Außenfläche auf,
die unmittelbar oder gegebenenfalls nach einer Feinbearbeitung die Führungsfläche 11 der
zu schaffenden Vorhangführungsstruktur 10 bildet.
Durch das Trennen werden drei plane, zu der Längsachse L des Zylinders 31 parallele
Außenflächen 12, 13 und 14' erhalten, die
zusammen mit der Zylinderoberfläche
bzw. Führungsfläche 11 die
Außenkontur
des Zylindersegments 31 bilden. Die Außenflächen 12 und 13 können die
Seitenflächen
der Vorhangführungsstruktur 10 unmittelbar
bilden oder werden gegebenenfalls noch fein bearbeitet. Die Rückfläche 14' wird jedoch
einem spanenden oder schleifenden Materialabtrag unterzogen.
-
Um
die in 10 nochmals gezeigte Dickenvariation
zu erhalten, kann das Zylindersegment 31 der 9 an
seiner Rückfläche 14' abgefräst werden,
bis die beschriebene Dickenvariation der Vorhangführungsstruktur 10 mit
einer kleinsten Dicke DO an dem oberen Ende
und einer größten Dicke
Du an dem unteren Ende der Vorhangführungsstruktur 10 eingestellt
ist. Gegebenenfalls wird die Rückfläche anschließend noch
feinbearbeitet.
-
In
dem anhand der 8 bis 10 geschilderten
Ausführungsbeispiel
wird das Halbzeug, nämlich
der Zylinder 30, in vier gleiche Zylindersegmente 31 zerteilt.
Hiervon abweichend ist auch eine Teilung in nur zwei einander gegenüberliegende
Zylindersegmente 31 und grundsätzlich auch ein Heraustrennen nur
eines einzigen Zylindersegments 31 denkbar.
-
In
noch einer Variation wird als Halbzeug nicht ein Vollzylinder 30,
sondern ein Hohlzylinder verwendet. Die Mantelinnenfläche des
Hohlzylinders bildet in den durch das beschriebene Trennverfahren erhaltenen
Zylinderumfangssegmenten eine runde Rückfläche. Die runde Rückfläche kann
in einem nachgelagerten Verfahrensschritt begradigt oder zu der
späteren
Unterseite der Vorhangführungsstruktur hin
auch unter Ausbildung einer runden Rückfläche materialabtragend bearbeitet
werden. Eine runde Rückfläche kann
sogar vorteilhaft sein, insbesondere wenn sie kongruent, d.h. parallel
zu der Führungsfläche 11 verläuft, da
in diesem Falle der Strömungsweg
innerhalb der Vorhangführungsstruktur 10 über die
Breite der Vorhangführungsstruktur 10 überall gleichlang
ist. Der Kosten wegen wird jedoch einer planen Rückfläche 14 der Vorzug
gegeben.
-
- 1
- Substrat
- 2
- Beschichtung
- 3
- Walze
- 4
- Düseneinrichtung
- 5
- Düsenoberfläche
- 6
- Düsenlippe
- 7
- Austrittsöffnung
- 8
- –
- 9
- Führungseinrichtung
- 10
- Vorhangführungsstruktur
- 11
- Führungsfläche
- 12
- Seitenfläche
- 13
- Seitenfläche
- 14
- Rückfläche
- 15
- Sehnenfläche
- 16
- Lagerstruktur,
Seitenteil
- 17
- Lagerstruktur,
Seitenteil
- 18
- Lagerstruktur,
Deckel
- 19
- Lagerstruktur,
Deckel
- 20
- Zuführung
- 21
- Abführung
- 22
- Hohlraum
- 23
- Hohlraum
- 24
- Hohlraum
- 25
- Abzugskanal
- 26
- –
- 27
- Drehgelenk
- 28
- –
- 29
- –
- 30
- Zylinder
- 31
- Zylindersegment
- B
- Breite
- D
- Dicke
- D1
- Wölbungsdicke
- D2
- Restdicke
- DO
- obere
Dicke
- DU
- untere
Dicke
- F
- Filmströmung
- L
- Langsachse
- V
- Vorhang