Das Rolle-zu-Rolle-Verfahren ist ein Fertigungsverfahren für verschiedene Anwendungen wie zum Beschichten, Bedrucken oder Laminieren auf ein flexibles, auf einer Rolle befindliches Trägermaterial, bei dem das Material kontinuierlich von einer auf eine andere Rolle geführt wird. Bei dem Rolle-zu-Rolle-Verfahren hat man normalerweise eine Anzahl Rollen oder Walzen, auch Bahnlauf genannt, bei dem das Trägermaterial über und zwischen den Rollen läuft, während eine Reihe von Operationen durchgeführt werden. Mit dieser Technik werden zusätzliche oder abziehbare Materialien auf ein auf einer Bahn laufendes Trägermaterial zur Herstellung eines Produktes oder Teils aufgetragen.
Das Rolle-zu-Rolle-Verfahren wird auch als R2R-Verfahren bezeichnet. Selbstverständlich kann man bei Verfahren mit einem Trägermaterial unterschiedliche Materialien einsetzen, wobei jedoch die R2R-Verfahrensweise praktisch gleich ist – Rolle-zu-Rolle ist ein technischer Prozess, bei dem eine Rolle mit Trägermaterial zu dem Zweck abgewickelt wird, um es in einer kontinuierlichen Bewegung als Trägermaterial in eine andere Rolle hinein aufzuwickeln.
Das Rolle-zu-Rolle-Verfahren
Das Trägermaterial kommt auf einer Bahn von dünnem, flexiblem und langem Material. Die Bahnmaterialien werden dann gelagert oder als Rollen zwischen die Rolle-zu-Rolle-Verfahrensstufen transportiert. Die entsprechenden Materialien sind z.B. Papier, Folien, Plastikfilme, Textilien, Metalle und selbst Nanomaterialien. Mit dem R2R-Verfahren kann man Substanzen einbetten, laminieren, beschichten, bedrucken oder ein anderes Material auf dem Trägermaterial aufbringen, wenn die Bahn von Rolle zu Rolle läuft. Es erfolgt danach eine Weiterverarbeitung, bei der das auf dem Trägermaterial aufgebrachte Material als Fertigmaterial in einer Rolle aufgewickelt wird.
Die Wirtschaftlichkeit von Bahnen im Vergleich zu Bögen
Der wesentliche Grund für die Hersteller, Bahnen statt Materialbögen zu verwenden, hängt mit der Größe und letztlich der Wirtschaftlichkeit zusammen. Das Rolle-zu-Rolle-Verfahren ist ein kontinuierlicher Prozess und die Produktion erfolgt mit wesentlich größerer Geschwindigkeit. Man vermeidet auch die mit den Bogenverfahren vorhandenen Start-Stopp-Probleme. Mit dem Rolle-zu-Rolle-Verfahren kann man Rollen mit Fertigmaterial in großer Anzahl wirtschaftlich und kostengünstig herstellen.
Rolle-zu-Rolle-Anwendungen und Industrien
R2R-Verfahren werden von einer Vielzahl von Herstellern und in den verschiedensten Industriesektoren eingesetzt – IT, Elektronik und Informatik, Energie, Textil, Medizin, Metallherstellung und Biowissenschaft, um nur einige zu nennen. Bei vielen Anwendungen wird ein flexibles Material zur Fertigstellung eines Endprodukts benötigt. Von elektronischen Geräten, Solarmodulen, Dünnfilmbatterien bis zu Brennstoffzellmembranen, vom Beschichten von Textilien mit Wirkstoffen bis zu medizinischen und wissenschaftlichen Geräten – alle werden mit Hilfe von Rolle-zu-Rolle-Verfahren hergestellt. So werden zum Beispiel bei der Fertigung von großflächigen elektronischen Geräten, flexiblen Anzeigen oder Leiterplatten R2R-Verfahren mit Rollen von Plastik- oder Metallfolien eingesetzt.
Bahnspannungsregelung bei Rolle-zu-Rolle-Systemen
Die Effektivität von Rolle-zu-Rolle-Verfahren hängt von der Präzision der Bahnspannungsregelung ab. Die Spannungsregelung des Trägermaterials bei seinem Lauf von Rolle-zu-Rolle ist für die Fertigung maßgebend. Das R2R-Verfahren muss während des gesamten Prozesses konstant und gleichmäßig laufen. Jede auch noch so geringe Spannungsänderung kann das auf das Trägermaterial aufgebrachte Material destabilisieren, wodurch das Endprodukt unbrauchbar werden kann.
Die Herausforderungen bei der Rolle-zu-Rolle Bahnspannungsregelung
Beim Rolle-zu-Rolle-Verfahren können sich die Eigenschaften des Trägermaterials beim Laden auf die Bahn verändern. Wenn die Bahn dann nach unten läuft, muss die Bahnspannung gleichmäßig sein und absolut konstant gehalten werden. Eine gleichbleibende Bahnspannung muss in direkter Abhängigkeit zum durchgeführten Prozess in jeder Spannungszone sichergestellt sein. So sind Spannungszonen Variable innerhalb der Rolle-zu-Rolle Druckpresse. Eine Spannungsänderung kann sich kaskadenartig in alle Zonen ausbreiten und die Einheitlichkeit und Stabilität der gesamten Bahn beeinträchtigen.
Ohne eine einwandfreie Bahnspannungsregelung innerhalb des gesamten Rolle-zu-Rolle-Prozesses kann sich das Trägermaterial ausdehnen und es kann zu Rissen, Faltenbildung, Kurzschließung oder einer Ablösung kommen.
Lösungen für die Bahnspannungsregelung bei R2R-Verfahren
Die Antwort ist hier die automatische Bahnspannungsregelung für Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Bei der automatischen Bahnspannungsregelung wird die Bahn kontinuierlich vermessen, um die Wirtschaftlichkeit der Produktion zu maximieren. Die Bahn läuft über mit Kraftmessdosen versehene Walzen zur Messung der durch die Bahnspannung und den Umschlingungswinkel auf diese Walzen ausgeübten Zugkraft. Montalvos exklusive Variable Wrap Angle Technology™ führte zu einer erheblichen Verbesserung der bisher üblichen Bahnspannungsregelung. Mit diesem System vermeidet man die bisher erforderliche Abgrenzung der Spannungsmesswalze mit einer vor- oder nachgelagerten Spannwalze.
