BRPI0410872B1

BRPI0410872B1 - Método e aparelho para projeto de matriz de revestimento termo-estável

Info

Publication number: BRPI0410872B1
Application number: BRPI0410872-8A
Authority: BR
Inventors: Mark James Wyatt; Erik Martin Pedersen; Luigi Sartor
Original assignee: Avery Dennison Corporation
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2019-06-25
Also published as: DE602004024522D1; CN100475360C; RU2305010C2; EP1628777B1; KR100704353B1; AU2004247661B2; US7361226B2; US7534300B2; CA2526400A1; ATE451182T1; BRPI0410872A; KR20060004704A; WO2004110651A1; EP1628777A1; US7092855B2; PL1628777T3; US20040241327A1; MXPA05012674A; US20080110398A1; AU2004247661A1

Abstract

"método e aparelho para projeto de matriz de revestimento termo-estável". um método para projeto e o aparelho de matriz de revestimento aquecido termicamente estável resultante, o aparelho de matriz incluindo uma matriz (20) tendo uma geometria de matriz e um sistema de aquecimento com aquecedores e sensores de temperatura. o método e aparelho resultante provêem gradientes de temperatura minimizados, faces de orla de matriz planas em uma matriz para laminar plano e uma matriz plana em um plano perpendicular às faces da orla plana da matriz e paralelo a largura do substrato. o método otimiza simultaneamente: geometria da matriz, colocação dos aquecedores, colocação dos sensores de temperatura e proteção das condições de operação, usando a transferência de calor e modelagem numérica estrutural e análise estatística enquanto considerando as características de funcionalidade da matriz, incremento mínimo da medição de temperatura e precisão de controle relacionada com o desvio aceitável mínimo da lisura, material da matriz de revestimento de construção relativo com as propriedades de material termo-estrutural e propriedades desejáveis do material da matriz de revestimento.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO E APARELHO PARA PROJETO DE MATRIZ DE REVESTIMENTO TERMO-ESTÁVEL".

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se ao campo de matrizes de revestimento e, em particular, a uma metodologia para o projeto de matrizes de revestimento aquecidas que são capazes de manter a lisura dimensional das suas orlas de revestimento na temperatura de operação sob condições de operação reais.

Uma matriz de revestimento aquecida é tipicamente usada para revestir materiais contendo polímero derretido, tal como adesivos e outros revestimentos (coletivamente "revestimentos"). Esses revestimentos são a-limentados para dentro da matriz de cobertura, que os distribui através da sua largura. A pressão força o fluido de revestimento através de um vão de alimentação formado na matriz. O ponto de saída do vão é citado como as orlas de revestimento. Em muitas aplicações de revestimento, as faces da orla formam uma película no substrato nas faces da orla. Essa região de formação da película é citada como a bolha de revestimento. De modo que o revestimento final seja uniforme através da largura das orlas de revestimento (e assim o revestimento), as orlas de revestimento e o substrato precisam formar um vão regular (assumindo que a distribuição dentro da matriz seja uniforme).

As medidas de lisura da face da orla em matrizes de revestimento aquecidas comercialmente disponíveis indicam que as superfícies da orla quando aquecidas não são planas. Embora as orlas de revestimento possam ser desbastadas para melhor do que 25,4 μηη (0,001") quando frias, o estado da matriz quando aquecida pode ser curvado por vários milésimos de uma polegada. Isso não serve para um processo de revestimento robusto. Três métodos conhecidos para lidar com o estado de curvatura são: (1) A tentativa de curvar a matriz na direção oposta mecanicamente, tipicamente pelo uso de ajustes associados com a estação da matriz. (2) Usinagem das orlas de revestimento horizontalmente, enquanto a ma- triz é aquecida como parte da fabricação da matriz. (3) Compressão das orlas de revestimento e substrato para um rolete de borracha macio, a seguir o uso dos ajustes do vão de alimentação para redistribuir o fluido de revestimento para anular as resistências de fluxo desiguais através da orla.

Embora todos esses métodos estejam em uso, nenhum deles leva a um processo suficientemente controlado e robusto.

No primeiro método, a perda da precisão na matriz é transferida através das forças mecânicas para um outro dispositivo (isto é, estação de matriz), que então perde a sua precisão. Adicionalmente, as tensões internas que causam a curvatura não são eliminadas, mas ao invés disso são deslocadas. Finalmente, depois que o revestimento inicia, o estado de curvatura pode mudar devido à interação do sistema de aquecimento da matriz e do fluxo do fluido de revestimento, tornando o ajuste inicial ineficaz. O segundo método também cria problemas. Primeiro, mesmo se a matriz puder ser usinada enquanto aquecida, quando a matriz está fria ela será curvada na direção oposta, o que cria incertezas na sua montagem na estação de matriz. Adicionalmente, depois que o revestimento inicia, o estado de curvatura pode mudar levando a superfície usinada a não ser mais plana. Ademais, existe incerteza quanto a até que ponto a matriz pode ficar plana e pode ser usinada enquanto quente. O terceiro método é altamente não linear e pode levar a partidas longas instáveis da linha de produção. Ele também pode levar a defeitos no revestimento, que podem não ser descobertos em uma maneira oportuna.

Todos os três métodos sofrem da dificuldade na determinação do vão quente inicial entre as orlas de revestimento e o substrato. Em uma metodologia comum, uma luz é refletida através do vão entre a face da orla e o substrato (ou rolo sobressalente), e a matriz é visualmente ajustada para ser paralela. Se a uniformidade desse vão muda significativamente na partida devido à interação do sistema de aquecimento e fluxo do fluido de revestimento que leva a uma redistribuição da temperatura dentro da matriz e assim a mudança do estado de curvatura, uma outra incerteza é, dessa manei- ra, adicionada ao processo.

Portanto, existe necessidade de um processo de revestimento de partida rápido, robusto, que seja estável antes e durante o revestimento, e no qual o estado de curvatura seja controlável. A presente invenção provê uma solução para satisfazer tal necessidade.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

De acordo com a presente invenção, um método é provido para projetar a geometria da matriz, seu sistema de aquecimento e localização dos sensores de temperatura em uma tal maneira que o estado normal das orlas do revestimento é plano (quer quente ou frio, quer de revestimento ou não). Ademais, de acordo com a presente invenção um aparelho de matriz exemplar implementando tal método de projeto é provido. Dessa maneira, métodos não precisos de ajuste mecânico da curvatura e métodos de usinagem incertos não se tornam necessários e a confusão do estado de curvatura com outras variáveis que afetam a variação do peso da cobertura é eliminada.

De acordo com a presente invenção, um aparelho de matriz de revestimento é provido que inclui: uma matriz tendo uma porção traseira, uma largura e pelo menos duas orlas de revestimento em uma porção frontal distai da porção traseira, as pelo menos duas orlas de revestimento atravessando a largura e adaptadas para prover pelo menos um vão de revestimento entre as pelo menos duas orlas de revestimento e o substrato sobre o qual uma camada de fluido é aplicada sobre o substrato dentre as duas orlas de revestimento e através da largura; e um sistema de aquecimento integrado acoplado na matriz para monitorar e controlar a temperatura em uma tal maneira de modo a minimizar os gradientes de temperatura tanto através da largura (largura transversal) quando da frente para trás e do topo para a base (seção transversal). O sistema de aquecimento integrado pode adicionalmente incluir grupos de aquecedores de largura transversal espaçados dentro da matriz na direção da porção traseira para a porção frontal e/ou na direção da por- ção frontal para a porção traseira, através da largura nas zonas. Cada zona tem um sensor de temperatura de largura transversal respectivo. Cada sensor de temperatura de largura transversal é acoplado em um sistema de controle de temperatura de largura transversal para regular o calor sendo aplicado pelos aquecedores respectivos de largura transversal na zona respectiva. O sistema de aquecimento integrado pode adicionalmente incluir um ou mais aquecedores de seção transversal espaçados dentro da matriz longitudinalmente através da largura. Cada aquecedor de seção transversal tem um sensor de temperatura de seção transversal respectivo. Cada sensor de temperatura de seção transversal é acoplado em um sistema de controle de temperatura de seção transversal para regular o calor sendo aplicado pelos aquecedores de seção transversal respectivos.

De acordo com a presente invenção, uma matriz de revestimento termicamente estável pode conter um sistema de aquecimento composto de aquecedores de cartucho e sensores de temperatura para controle de aquecimento, e é projetada para manter sua lisura dimensional dentro de tolerâncias especificadas nos planos Y - Z e X - Z minimizando gradientes de temperatura através da largura no plano X-Y e/ou compensando onde os gradientes são difíceis de remover pela criação de gradientes de temperatura contrabalançados. A lisura da matriz pode ser propositadamente alterada desequilibrando o sistema de aquecimento em uma maneira controlada. A colocação do sensor de temperatura e aquecedor é perfeitamente determinada usando modelagem de elemento finito e/ou medição e/ou outra metodologia para calcular e/ou determinar temperaturas e/ou distribuição de temperatura e/ou as distorções térmicas resultantes na matriz e utilizando um procedimento de otimização. O fluxo de calor, tensão ou técnicas de medição de esforço ou sensores, bem como a análise estatística, podem ser utilizados. A matriz aquecida (ou não aquecida) na qual a presente invenção pode ser aplicada consiste normalmente em 2 a 3 seções. No caso de duas seções, um único vão de alimentação é criado, produzindo um revesti- mento de camada única. No caso de uma matriz de três seções, dois vãos de alimentação são criados produzindo um revestimento de duas camadas. Esses versados na técnica podem verificar que potencialmente múltiplas camadas poderiam ser adicionadas. A geometria da matriz, a colocação do aquecedor e a colocação do sensor de temperatura são otimizadas em uma tal maneira que com o aquecimento, o estado intrínseco da matriz resulta nas faces da orla ficando planas em relação ao substrato. Isso é realizado primeiro simplificando a geometria da matriz, removendo material desnecessário (geralmente aço) que leva a pontos quentes/frios. A seguir, a geometria da matriz é projetada em uma tal maneira que todas as porções da matriz que permanecem ficam acessíveis ao aquecimento e/ou isolamento da perda de calor e a temperatura monitorada. A seguir, os aquecedores são colocados em uma tal maneira de modo a permitir o aquecimento uniforme de toda a matriz. A seguir, os sensores de temperatura são colocados em localizações que indicam precisamente o estado de temperatura das zonas do aquecedor que eles monitoram. Todo o acima pode ser verificado e otimizado pelo cálculo usando um modelo de transferência de calor numérico. A deformação térmica pode ser estimada mapeando os resultados da temperatura sobre um modelo estrutural numérico. Os modelos térmico e estrutural são executados para considerar as variações do processo - o fluido fluindo através da matriz, nenhum fluido fluindo, etc. Depois que todos os parâmetros (geometria da matriz, colocação do aquecedor, colocação do sensor de temperatura) são otimizados e um projeto foi desenvolvido iterativamente, a matriz é fabricada. Observe que além das exigências térmicas e estruturais, quaisquer mudanças na geometria da matriz precisam ocorrer dentro de uma janela de projeto que leva a uma matriz que é ainda funcional para sua finalidade planejada (isto é, revestimento de um fluído sobre um substrato). Depois da fabricação e verificação das faces da orla plana quando a matriz está fria, a matriz é aquecida e a lisura das faces da orla é medida quente. Pequenas mudanças nos pontos estabelecidos da temperatura são feitas para ajustar o sistema de aquecimento para tornar a matriz plana. Esses deslocamentos do ponto estabelecido podem ser verificados na estação da matriz, e ajustados se necessário. O sistema de sensores de temperatura e de controle usado que pode prover o menor incremento mensurável/controlável da temperatura resulta em uma mudança mínima correspondente no estado de curvatura.

Essa invenção pode também ser aplicada a matrizes de revestimento normalmente não aquecidas pelo aquecimento/resfriamento local para controlar o estado de curvatura. Adicionalmente, esses versados na técnica podem verificar que a prática da presente invenção pode ser aplicada a outros tipos de matrizes, isto é, matrizes de extrusão, matrizes de cortina, etc..

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1a mostra em forma simplificada uma operação de revestimento de camada única geralmente conhecida. A Figura 1b representa vários planos associados com a implementação da presente invenção.

As Figuras 2a e 2b mostram respectivamente em forma simplificada ambas uma operação de revestimento de camada única e camada dupla. A Figura 3 mostra na forma de diagrama de blocos o processo de projeto de acordo com a presente invenção. A Figura 4 mostra na forma de diagrama de blocos o aspecto dos "conceitos de desenvolvimento de novo projeto" do processo de projeto de acordo com a presente invenção. A Figura 5 mostra na forma de diagrama de blocos o aspecto da "execução dos estudos de sensibilidade" do processo do projeto de acordo com a presente invenção. A Figura 6 mostra um gráfico das magnitudes de curvatura para configurações de aquecimento diferentes. A Figura 7 mostra um modelo sólido exemplar com aquecedores no lugar. A Figura 8 mostra uma seção transversal de mapeamento térmico inicial de uma matriz. A Figura 9 mostra uma seção transversal do mapeamento térmico subseqüente de uma matriz melhorada de acordo com a presente invenção. A Figura 10 mostra esquematicamente um aparelho de matriz simplificado de acordo com a presente invenção.

As Figuras 11a-11e mostram em seção transversal do plano X -Y representativo várias modalidades do aparelho de matriz de acordo com a presente invenção. A Figura 12 representa uma porção de uma modalidade do aparelho de matriz de acordo com a presente invenção em conjunto com a operação do seu sistema de aquecimento e controle de largura transversal. A Figura 13 representa uma porção de uma modalidade do aparelho de matriz de acordo com a presente invenção em conjunto com a operação do seu sistema de seção transversal de aquecimento e controle. A Figura 14 mostra uma porção adicional de uma modalidade do aparelho de matriz de acordo com a presente invenção em conjunto com conexões adicionais afetando a distribuição geral de temperatura dentro da matriz.

As Figuras 15a e 15b mostram na vista em seção transversal esquemática simplificada uma porção de uma modalidade de aparelho de matriz de acordo com a presente invenção em conjunto com conexões ainda adicionais que afetam a temperatura geral da matriz.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Com referência à Figura 1a, uma técnica de revestimento geralmente conhecida para um revestimento de camada única é mostrada na forma simplificada. O líquido a ser revestido em uma única camada no substrato é alimentado além de uma fenda alongada formada em uma matriz (assim, essa técnica é também algumas vezes citada como "revestimento de fendas"). A fenda é posicionada aproximadamente em um ângulo reto à direção de percurso do substrato. A matriz é estacionária, mas a cabeça da matriz, tendo duas orlas de revestimento que definem a abertura da fenda, é colocada adjacente ao substrato. Um substrato pode percorrer ao redor de um rolo sobressalente quando ele passa em frente das orlas de revestimento. A fenda formada pelas orlas de revestimento e o substrato têm larguras substancialmente iguais, tal que toda a largura transversal do substrato é revestida em uma passagem pelo fluido quando ele flui para fora da matriz e sobre o substrato móvel. O sistema de coordenadas Χ,Υ,Ζ 23 é indicado para ajudar a orientar as várias partes da matriz, onde o plano X - Z é julgado passar através da fenda formada pelas orlas de revestimento. Os planos Y -Z e X - Y são respectivamente perpendiculares a ele pela orientação do sistema típico de coordenadas.

Com referência agora à Figura 1b, o sistema de coordenadas Χ,Υ,Ζ 23 da Figura 1b e planos associados formados dessa maneira é agora descrito em mais detalhes. As coordenadas X e Y formam o plano X - Y 23.1, as coordenadas Y - Z para o plano Y-Z 23.2. As coordenadas X - Z para o plano X - Z 23.3. A seguir, a curvatura de um plano X-Y é julgada ser uma curvatura no plano X - Y de uma lisura 23.1 para uma curva 23.1.b; a curvatura de um plano Y - Z é julgada ser uma curvatura no plano Y - Z de uma lisura 23.2.a para uma curva 23.2.b; e uma curvatura do plano X - Z é julgada ser uma curvatura no plano X - Z de uma lisura 23.3 para uma curva 23.3.b. A presente invenção focaliza nos modos de curvatura X - Z e Y - Z.

Nem todas as matrizes precisam ser compensadas. As matrizes que são longas e finas em pelo menos uma dimensão terão uma tendência para se curvar nos planos longos. A definição de uma matriz por sua razão de largura (ou distância na dimensão Z 10 na Figura 1a) para (a distância na dimensão X 12 na Figura 1a) e/ou sua razão de largura (ou distância na dimensão Z 10 da Figura 1a) para (a distância na dimensão Y 14 na Figura 1a) caracterizará a tendência dimensional para a curvatura ser significativa no plano X - Z e/ou Y - Z, respectivamente. De forma geral, as matrizes com a razão igual a ou maior do que 2,5 serão consideradas para compensação de acordo com a presente invenção. Essas dimensões são as dimensões típicas das porções estruturalmente importantes da matriz. Se é difícil declarar uma dimensão "típica", então a dimensão média deve ser utilizada. Essa é uma consideração geométrica. Quadrados e cubos (por exemplo, razão ou razões = 1) não tendem a se curvar muito devido à dureza restringente. À medida que as propriedades termofísicas melhoram, a tarefa de otimização em qualquer dada razão se torna mais fácil. Propriedades melhoradas para operação de estado estável incluem aumentar a condutividade térmica (watt por metro por grau Celsius) e reduzir o coeficiente da expansão térmica (metro por metro por grau Celsius).

Se apropriadamente projetada e ajustada, a matriz distribuirá o líquido de maneira constante e uniforme para fora da saída formada pelas orlas de revestimento em uma camada fina. A presente invenção não focaliza na distribuição interna do fluido na matriz. Tipicamente, a matriz pode ser ajustada radialmente para se mover para perto ou para longe do substrato (na direção X), assim determinando o vão entre as orlas de revestimento e o substrato, também citado como o "vão de revestimento". Para uma dada espessura de revestimento, os parâmetros de fluxo do líquido podem ser determinados, incluindo a taxa de fluxo. Depois que esses parâmetros são determinados e a matriz é "ajustada" na máquina de revestimento, o vão de revestimento tipicamente seria ajustado durante a operação. Entretanto, por causa das camadas extremamente finas sendo revestidas, quaisquer tais ajustes geralmente injetam um certo grau de imprecisão no processo. Existem também limitações físicas na precisão da própria matriz. Por exemplo, é muito difícil manter tolerâncias extremamente pequenas nas geometrias da orla da matriz, especialmente sobre a largura da fenda que pode variar entre umas poucas e uma centena ou mais polegadas.

Com referência agora a ambas as Figuras 1a e 2a, é ilustrada esquematicamente uma operação de revestimento de matriz típica. A matriz 20 é mostrada posicionada adjacente ao substrato móvel 22 percorrendo na direção Y 24 na área das orlas de revestimento 36a,36b. A matriz 20 é mostrada simplificada sem aquecedores, isolamento ou sensores de temperatura que são tipicamente incluídos com uma matriz totalmente operacional, mas são descritos em mais detalhes a seguir de acordo com as modalidades e-xemplares da presente invenção. O substrato 22 percorre ao redor de um rolo sobressalente 26 quando ele passa através da extremidade distai da matriz 20. Como mostrado na Figura 1, será entendido que ambos a matriz 20 e o substrato 22 têm larguras substancialmente iguais (na direção Z), tal que a maior parte de toda a largura do substrato é revestida em uma passagem pelo fluido 23 fluindo para dentro e para fora da matriz e sobre o substrato 22. A matriz 20 é modular já que ela pode ser montada de um número de elementos individuais e a seguir ajustada na máquina de revestimento (isto é, uma estação de matriz, não mostrada) como um dispositivo que pode ser montado. Cada elemento de matriz pode incluir tubo de distribuição de fluido 19 e uma seção de matriz mais distai 21. A porção mais distai da seção de matriz é citada como orlas de revestimento 29, descritas e ilustradas em mais detalhes com relação às Figuras 2a,2b. A matriz 20 pode ser movida radialmente para perto ou para longe do rolo sobressalente 26 de modo a ajustar o vão de revestimento 30, que é definido como a distância entre as orlas de revestimento 29 e o substrato 22. Os elementos da matriz 20 são separados um do outro ligeiramente por uma fenda ou vão de alimentação 32 que permite que o material de revestimento, isto é, fluido 23, flua do tubo de distribuição de fluido 19 através do vão de alimentação 32 sobre o substrato móvel 22.

Com referência à Figura 2a, é mostrada uma vista esquemática transversal próxima tomada no plano X - Y 23.1 através de um par de orlas de revestimento 36a,36b posicionadas adjacentes ao substrato móvel 22 para formar o vão de revestimento 30. Será observado com relação à Figura 1a que o substrato 22 na Figura 2a é mostrado sendo plano ou horizontal, enquanto que ele realmente exibirá alguma curvatura quando ele se conforma ao rolo sobressalente 26. Entretanto, a configuração mostrada na Figura 2a é uma boa aproximação da mecânica do fluido que ocorre na bolha 42 do líquido formado no vão de revestimento 30 entre as orlas de revestimento 36a,36b e o substrato móvel 22. O vão de revestimento 30 é mostrado como a dimensão A na Figura 2a. Será entendido que o vão de revestimento 30 pode variar ao longo da largura da matriz na direção z de acordo com geometrias de orla dife- rentes, defeitos de usinagem de orla, orlas inclinadas ou chanfradas, ajustes, mau alinhamento, etc.

Com referência à Figura 2b, é mostrada uma vista transversal próxima de uma matriz de múltiplas camadas 21 que pode ser também utilizada de acordo com a presente invenção. Embora similar à matriz 20 na Figura 2a, a matriz 21 inclui seções de matriz a montante e a jusante 50a e 50b, bem como uma seção média 50c separando as duas. Formados entre essas várias seções estão um vão de alimentação a montante 52a e um vão de alimentação a jusante 52b. O líquido do vão de alimentação a montante 52a flui sobre o substrato 22 para formar uma camada inferior 58, enquanto que o líquido do vão de alimentação a jusante 52b flui sobre a camada inferior para formar uma camada superior 56. O vão de revestimento entre a face da orla e o substrato torna-se crítico no provimento de uma camada uniforme sobre o substrato. Por causa da natureza do material da matriz, por exemplo, aço e seu estado de temperatura operacional, o aquecimento de uma matriz acima da temperatura da atmosfera, a menos que compensado, fará com que a distorção não uniforme de uma matriz de aço ocorra e o vão de revestimento se torne desigual sobre a matriz e larguras do substrato. A distribuição do calor durante uma operação de revestimento utilizando uma matriz de forma geométrica conhecida pode ser termicamente modelada. Com referência brevemente às Figuras 8 e 9, as distribuições de temperatura podem ser exibidas com cor utilizando técnicas específicas de modelagem térmica geradas por computador, a exibição colorida tipicamente atravessando de uma área quente (por exemplo, na prática uma cor vermelha ou branca, porém indicada nas Figuras 8 e 9 por um número maior na faixa de 1 - 12 segmentos de temperatura) até uma área fria (por exemplo, na prática uma cor azul, porém indicado nas Figuras 8 e 9 por um número inferior na faixa de 1 - 12 segmentos de temperatura). Esses gradientes de temperatura operacionais podem resultar da geometria da matriz, do material da matriz, da localização dos aquecedores de um sistema de aquecimento aplicado na matriz e a precisão/colocação dos sensores de temperatura para controlar tais aquecedores. Por causa das diferenças resultantes na temperatura, partes diferentes da matriz se expandirão ou contrairão por quantidades diferentes, causando distorções da matriz.

Portanto, uma preocupação chave tratada pela presente invenção é a quantidade que a face da orla é plana e paralela ao substrato através da largura nos planos X - Z e Y - Z durante a operação da matriz. Matrizes típicas de camada única podem prover que um do par das orlas de revestimento seja uma seção de orla fixa e o outro do par das orlas de revestimento seja uma seção de orla flexível. A seção de orla flexível pode ser mecanicamente ajustada para prover alguma assistência para ajudar a compensar pequenas magnitudes da desigualdade do vão de alimentação. A distribuição do calor de um conjunto de uma tal matriz fixa/flexível será tal que as porções de orla fixas e flexíveis podem distorcer em direções diferentes com relação ao substrato. Isso pode também ocorrer em uma matriz fi-xa/fixa. Também, quando o revestimento inicia, a matriz começa a ser aquecida diferentemente porque o fluido começa a interagir com o sistema de aquecimento. Isso pode causar uma mudança no estado de curvatura.

Pela simulação da adição de calor e perda nas quantidades corretas nos lugares corretos para a matriz modelada térmica remover os gradientes de temperatura, o modelo estrutural verificará uma matriz termicamen-te corrigida antes da fabricação da matriz o que provê uma boa aproximação de uma matriz com um vão de revestimento uniforme.

Com referência à Figura 3, o fluxo do processo de projeto de acordo com a presente invenção é estabelecido para prover o desenvolvimento de uma matriz termicamente correta que provê um tal vão de revestimento uniforme. Primeiro, uma necessidade de projeto de instalação de fabricação (por exemplo, para uma matriz de material fundido quente que não curva para distorcer o vão de revestimento) é estabelecida (60). A seguir, as matrizes atuais podem ser (opcionalmente) analisadas, medindo a curvatura sob temperatura e provendo modelos gerados no computador para explicar porquê a curvatura ocorre (62). A seguir, modelos são usados para criar uma matriz (64) que não curva, usando os modelos para mostrar porquê uma ma- triz curva pelo entendimento da física da temperatura e fazendo compensações nela para satisfazer objetivos de operação do processo (por exemplo, matriz não curvada) e parâmetros (por exemplo, estilo de orlas, tamanho, forma, material). Os modelos provêem uma configuração básica para iniciar o processo de estudo da compensação. A seguir, estudos de sensibilidade são executados (66), considerando as condições ambientais, tipo de isolamento necessário para controlar a perda de calor, padrões de fluxo do adesivo e fluxo do ar ao redor da matriz. O estudo de sensibilidade desenvolve um envelope de operação para a matriz (68), que se não aceitável a configuração da matriz é ajustada (70) para satisfazer o envelope de operação. Depois que o envelope de operação é considerado aceitável, os detalhes quanto à geometria da matriz, aquecedor/sensor de temperatura/tipos de isolamento, tamanho e localizações são estabelecidos para a matriz considerada (72). Uma matriz é a seguir fabricada (74) e inspecionada (76) quente e fria de acordo com processos de fabricação e plano padrão. Se a inspeção prova ser bem-sucedida, a matriz pode ser implementada para operação (78).

Com referência à Figura 4, os "conceitos de desenvolver novo projeto" (64) da Figura 3 são apresentados em mais detalhes. Primeiro, as matrizes atuais podem ser (opcionalmente) verificadas e analisadas (80). A seguir, se projetos atuais não satisfazem objetivos desejados do vão de revestimento, um projeto de sistema de aquecimento novo e/ou aperfeiçoado é considerado (82), considerando exigências de projeto e limitações (por e-xemplo, janela geométrica da forma/tamanho da matriz na qual a matriz operará, propriedades do material) e tecnologia disponível. Isso resulta em um projeto preliminar (84). Depois que o projeto preliminar é estabelecido, um modelo tridimensional (88) dos componentes da matriz (por exemplo, metade superior, metade inferior, orlas de revestimento), que pode influenciar a transferência de calor na matriz e seu mapa térmico (temperatura contra localização especial), é criado (86). Do modelo sólido, uma rotina de malha de elemento finito é usada para criar uma malha para o modelo estrutural (90) e uma malha para o modelo de transferência de calor (92). As partes (topo, base, orlas) são unidas (94) e o modelo de transferência de calor é executa- do (96). As temperaturas são então mapeadas sobre o modelo estrutural sólido (98) para determinar a deformação resultante.

Com referência agora à Figura 5, a "execução dos estudos de sensibilidade" (66) da Figura 3 é apresentada em mais detalhes. Primeiro, condições ambientais possíveis e preocupações de projeto são determinadas (100). A seguir, condições limites são estabelecidas (102), tal como quantidade de fluxo do ar ao redor da matriz, quantidade do fluido fluindo. As colocações das condições limites são então aplicadas nos modelos térmicos (104). Os modelos térmicos são então resolvidos (106) provendo um mapa de temperatura tridimensional de cada condição (108). O mapa de temperatura é então mapeado sobre um modelo estrutural (110). O modelo estrutural é então resolvido para determinar a deformação (112). Os resultados são então analisados (114) para determinar se o projeto é aceitável.

Com referência agora à Figura 6, um exemplo de uma comparação de magnitude de curvatura de matriz para uma progressão de configurações diferentes de matriz e a zona térmica de aquecimento de matriz e geometria (cada tendo aquecedores e sensores de temperatura, com compartimentos para fios internos ou externos) é representado. Esse estudo ilustrativo usa um critério simples (com ou sem isolamento de superfície prático máximo) para testar a estabilidade dimensional térmica da progressão do projeto. As linhas externas ao longo do eixo x da Figura 6 são linhas de referência mostrando a espessura de um revestimento típico, por exemplo, +/- 20 mí-crons. As linhas pontilhadas internas ao longo do eixo x são também linhas de referência adicionais mostrando a tolerância de usinagem para matriz fria, por exemplo, para que a face da orla a ser desbastada horizontalmente fique dentro de 8-10 mícrons. As barras hachuradas cruzadas representam a curvatura das orlas de revestimento no plano Z - Z. As barras pontilhadas representam a curvatura da orla da matriz no plano Y-Z. Esses dados são úteis para determinar mudanças necessárias na configuração do aquecimento e geometria da matriz, tal como possivelmente a necessidade de adicionar aquecedores em certas localizações na matriz, e determinação de localiza- ções do sensor de temperatura.

Com referência às Figuras 7 - 9, um projeto de matriz exemplar envolvendo uma matriz de fendas de material fundido quente superior fixa para minimizar a curvatura na face das orlas de revestimento de acordo com o presente processo da invenção é apresentado. Na Figura 7 é representado o modelo sólido 200 com aquecedores no lugar. Os aquecedores são modulados como fendas retangulares para simplificar o modelo. Os aquecedores 202a - 202d correm longitudinais através da largura da matriz. Os aquecedores 204a - 204r correm de trás para frente, à frente tendo as orlas de revestimento, parcialmente através da matriz.

Para desenvolver a distribuição de calor apropriada para satisfazer os objetivos de projeto da matriz, temperaturas em um número de seções transversais representativas da matriz são examinadas. Com referência agora à Figura 8, é representado um mapa térmico com legenda de temperatura de uma seção transversal representativa de uma matriz superior fixa 210, tendo orlas de revestimento 212, parede frontal 213, afunilamento da parede frontal 215 e um par de aquecedores da frente para trás 214a,214b. O tubo de distribuição de fluido 216 provê fluido para o vão de revestimento 218. As distribuições de temperatura são representadas como atravessando uma faixa de 27,77°C (50°F) das áreas térmicas identificadas como 12 (calor máximo) a 6 (calor médio) a 1 (calor mínimo) e entre elas. Como pode ser observado, o gradiente de temperatura está frio na área traseira 220, quente nas áreas perto dos aquecedores 214a,214b e um calor um tanto intermediário nas orlas de revestimento 212. Portanto, com uma tal configuração de matriz a traseira tenderá a contrair e a frente tenderá a expandir e a matriz tenderá a curvar côncava para a traseira.

Com referência à Figura 9, quando a matriz 210 da Figura 8, por exemplo, tem sua geometria ajustada e aquecedores longitudinais adicionados, um mapa térmico de uma matriz superior fixa melhorada 230 resultará. A matriz superior fixa 230 tem orlas de revestimento 232, parede frontal 234, afunilamento da parede frontal 236, um par de aquecedores da frente para trás 238a,238b e três aquecedores longitudinais 240a,240b e 240c. O tubo de distribuição de fluido 242 provê fluido para o vão de revestimento 244. Como na Figura 8, gradientes térmicos são representados como atravessando uma faixa de 10°C (50°F) das áreas térmicas identificadas como 12 (calor máximo) a 6 (calor médio) a 1 (calor mínimo) e entre elas. Como pode ser observado, a temperatura é uniforme e o gradiente é pequeno pela maior parte da matriz, o que ajudará a impedir a curvatura indesejável. Isso é o resultado de ambas as mudanças no projeto de geometria, isto é, compartimentos para fios movidos externos à matriz, matriz encurtada, material desnecessário removido, a adição de aquecedores longitudinais, 240a, 240b e 240c, e com o movimento dos aquecedores da frente para trás 238a,238b da matriz 230 que são movidos mais próximos do exterior da matriz do que esse dos aquecedores da frente para trás 214a,214b da matriz 210.

Com referência agora às Figuras 10-15b, modalidades exemplares do aparelho de matriz e seu sistema de aquecimento desenvolvido de acordo com a presente invenção são agora descritas em mais detalhes. O sistema de aquecimento para a matriz é tipicamente composto de fontes térmicas (aquecedores de resistência elétrica, óleo, vapor ou outros tipos de fontes de aquecimento e resfriamento), sensores de temperatura (tais como pares térmicos, detectores de temperatura de resistência, ter-mistores, ou outros tipos de sensores de temperatura) e materiais de isolamento térmico e de isolamento, ferragens de interligação elétrica (se calor elétrico é usado e para sinais de sensores), dispositivos de distribuição de fluido (se óleo, vapor ou outros fluidos são usados), etc. O sistema de aquecimento é desenvolvido simultaneamente com a geometria da matriz para obter o máximo benefício de ambos.

Como um exemplo, os critérios de operação para uma matriz de Aço de Ferramentas (tal como Aço de Ferramentas AISI P-20) e seu sistema de aquecimento podem incluir: (1) Operar em uma maneira que mantém a lisura de curvatura X - Z das orlas da matriz menor do que 0,001" de desvio de lisura, preferivelmente menor do que 0,0005" de desvio. Isso é como medido com um cali-brador mecânico ou ótico em uma mesa de granito de precisão. (2) Operar em uma tal maneira que mantém a lisura Y - Z das faces da orla menor do que 0,1016mm (0,004") de desvio de lisura, preferivelmente menor do que 0,0508mm (0,002") de desvio. Isso é como medido com um calibrador mecânico ou ótico em uma mesa de granito de precisão. (3) Não alterar a magnitude do desvio da lisura da orla nos planos X - Z ou Y - Z por mais do que 25,4 pm quando o revestimento começa, preferencialmente por menos do que 10,16pm (0,0004"). Isso é como demonstrado pela modelagem do elemento finito ou outro método. (4) Permitir a curvatura controlada da matriz pelo menos no plano X - Z. A curvatura deverá ser de 0,0127mm (0,0005")-0,762mm (0,003") por 0,55°C (1°F) de deslocamento entre a parte traseira e a frontal da matriz (iniciando do estado plano do ponto 1) no plano X-Z para a matriz livre da configuração aproximada descrita aqui. Isso é como medido com um calibrador mecânico ou ótico em uma mesa de granito de precisão. (5) Manter o desvio da temperatura na largura transversal na fenda menor do que 8,33°C (15°F), preferencialmente menor do que 4,44°C(8°F), com a temperatura do adesivo em ou perto da temperatura nominal da matriz. Isso é como determinado pela modelagem do elemento finito, e verificado com medições de temperatura de superfície na ou perto das faces da orla.

Os critérios de operação para uma matriz de aço de ferramentas nos parágrafos precedentes são aplicáveis a uma matriz com uma razão de largura para distância da dimensão X até 11 ou com uma razão de largura para distância da dimensão Y até 14 e uma temperatura de operação no estado estável de até 200°C. Em todos os casos, qualquer razão de largura para distância na dimensão X e/ou razão de largura para dimensão Y maior do que 2,5 e temperaturas de operação no estado estável maiores do que 200°C são também possíveis, mas as exigências que podem ser atingidas podem mudar. Outras configurações de matriz podem ser projetadas, mas as exigências que podem ser atingidas podem mudar. Outros materiais po- dem ser considerados, mas as exigências que podem ser atingidas podem mudar com base nas propriedades térmica e física do material. Outros meios de determinação da lisura podem ser usados, incluindo calibrador de tensão, ou outras técnicas de medição de estresse/tensão. Todas essas mudanças podem ser consideradas dentro da metodologia esboçada.

Os aquecedores do sistema de aquecimento de matriz descritos aqui são classificados como de "seção transversal", "largura transversal" ou ambos. Aquecedores de seção transversal são esses aquecedores que têm um efeito substancial na lisura ou curvatura em X-Z e Y-Z. Aquecedores de largura transversal são esses aquecedores que têm um efeito substancial na distribuição da temperatura através da largura da matriz (direção Z). Aquecedores podem ser ambos de seção transversal e de largura transversal. Aquecedores se referem a qualquer fonte de calor (ou de resfriamento) ativa. Esses são coletivamente citados como dispositivos de transferência de calor ativos. A lisura X - Z é mais crítica, desde que ela diretamente traduz na espessura do revestimento. A lisura Y-Z é menos crítica contanto que o substrato esteja perto do plano em relação ao tamanho do vão de alimentação (isto é, o revestimento em um rolo de grande diâmetro, isto é, 40,64dm (16"), com um pequeno vão de alimentação, isto é, 0,508mm (020") é uma superfície aproximadamente plana). Normalmente, a matriz é otimizada para a curvatura do plano X-Z, então verificada no plano Y-Z para aceitabilidade; embora o estado de curvatura do plano Y-Z seja explicitamente otimizado na metodologia do projeto. A variabilidade da temperatura na largura transversal é crítica para a reologia do fluido, mas com relação à presente invenção, ela é considerada principalmente em relação a sua interação com a porção da seção transversal do sistema de aquecimento. A Figura 10 mostra a matriz esquematicamente simplificada 300 com aquecedores. A matriz 300 inclui a entrada de fluido 301 que se comunica com o canal de fluido longitudinal interno acoplado na entrada do fluido 301 em uma maneira em formato de T (não mostrada) para permitir que o fluido seja dispensado através da largura da matriz. As aberturas do canal do fluido 303 nos extremos da largura são tampadas/vedadas com gaxeta (não mostrado) para impedir que o fluido surja das extremidades da largura respectiva da matriz.

De modo a manter a lisura de curvatura no plano X - Z, aquecedores são inseridos nas cavidades na extremidade frontal 305 e/ou extremidade traseira 307 da matriz. Os aquecedores que aquecem a parte frontal e traseira da matriz são considerados aquecedores de seção transversal frontal e aquecedores de seção transversal traseira, embora em alguns casos eles possam também funcionar como aquecedores de largura transversal. Os dois aquecedores 302,304 são aquecedores frontais, cada um sendo um aquecedor único funcionando longitudinalmente através da largura da matriz. Esses aquecedores tipicamente têm, cada um, um único sensor de temperatura associado para realimentação para regular a sua força. Esses aquecedores poderíam ser feitos de largura transversal pela colocação de zonas separadamente controladas dentro deles, ou pela substituição do aquecedor único por múltiplos aquecedores individuais pequenos agrupados em zonas múltiplas, e em cada caso, adicionando um sensor de temperatura e circuito de controle para cada zona. O aquecedor 306 e o aquecedor opcional 308 são aquecedores de seção transversal traseira. Eles são análogos aos aquecedores frontais 302,304 e também funcionam longitudinalmente através da largura da matriz.

Grupos de aquecedores 310,312 são uma pluralidade de aquecedores individuais agrupados em zonas de matriz de largura transversal separadas 314, 316, 318, 320, 322 e podem ser inseridos em cavidades na parte frontal e/ou traseira da matriz. Na modalidade representada da Figura 10, grupos de aquecedores 310 e 312 são inseridos nas cavidades na parte traseira da matriz. Sendo aquecedores de largura transversal, e nesse caso devido a seu comprimento e colocação, eles afetam principalmente a traseira da matriz. Como tal, eles podem também ser considerados aquecedores de seção transversal. Um sensor de temperatura associado com aquecedores de largura transversal em uma zona de matriz de largura transversal par- ticular é colocado em uma localização de modo a ser mais sensível ao a-quecimento traseiro do que o aquecimento frontal de modo a garantir esse efeito.

No caso dos aquecedores de largura transversal para esse e-xemplo simplificado, o zoneamento é tal que existem zonas independentemente controladas 314, 322 para as extremidades (para minimizar perdas de extremidade), zona independentemente controlada 318 para o centro (para acomodar as temperaturas flutuantes de entrada de fluido) e zonas de aquecedor principal independentemente controladas 316, 320 (entre extremidades e o centro). Em uma modalidade, a metade superior da matriz 324, embora estrutural mente presa, é zoneada independente da metade inferior da matriz 326 para maior controle de lisura de seção transversal (Y-Z).

As Figuras 11a-11e simplificadas são mostradas em uma seção transversal do plano X-Y representativo para descrever a relação mútua entre os aquecedores de seção transversal e de largura transversal. Nessas figuras, os aquecedores frontal e traseiro são aquecedores longitudinais, e os aquecedores da largura transversal são aquecedores individuais apropriadamente zoneados, com um aquecedor de largura transversal único dos grupos respectivos sendo mostrado. A distância típica da traseira para a parte frontal da matriz é 12,7cm-25,4cm (5-10"). A espessura típica da matriz do topo ou base é 5,8cm-10,16cm (2-4"). A Figura 11a ilustra uma matriz que tem dois aquecedores longitudinais frontais 302, 304, um aquecedor longitudinal traseiro 306 e aquecedores de largura transversal 310, 312 que são também aquecedores de seção transversal (aquecimento traseiro). A Figura 11b mostra uma configuração não típica, porém possível onde aquecedores de largura transversal 330, 332 são também aquecedores de seção transversal frontais. Isso geralmente não é feito, mas é possível. A Figura 11c ilustra uma situação similar a Figura 11 a, exceto que aquecedores de largura transversal 334, 336 se estendem significativamente através da direção traseira para frontal da matriz. Nesse caso, os aquecedores de largura transversal geralmente não a-gem como aquecedores de seção transversal. A Figura 11d é uma matriz sem aquecedores de largura transversal específicos, embora como mencionado previamente, zonas independentes possam ser fabricadas nos aquecedores longitudinais.

Todas as matrizes ilustradas nas Figuras 11a-11d são citadas como matrizes superiores fixas, significando que o vão de alimentação é fixo e determinado pela usinagem das metades da matriz. Com referência agora à Figura 11e, a matriz mostrada é similar à matriz representada na Figura 11a, porém com a seção 338 do metal cortada da metade superior frontal para formar uma seção superior flexível. Vários mecanismos poderíam ser colocados no lugar para permitir que a seção superior flexível fosse curvada localmente para modificar o vão de alimentação. De uma perspectiva térmica, nas Figuras 11a-11 d, existe fluxo de calor livre entre a parte frontal e traseira (bem como superior e inferior) das matrizes. Na Figura 11 e, existe comunicação livre entre a parte frontal e traseira da metade inferior, mas não na metade superior. A parte frontal da metade superior é efetivamente dividida da traseira da metade superior. Existe algum fluxo de calor, mas ele é limitado pela espessura do aço na seção flexível 338. Em geral, para as modalidades exemplares das Figuras 11a e 11e, aquecedores de largura transversal são aquecedores de seção transversal traseiros.

Com referência agora à Figura 12, uma porção da zona 316 da metade inferior da matriz 326 e três aquecedores representativos 312a, 312b, 312c do grupo de aquecedores 312 da Figura 10, é mostrada em conjunto com o sensor de temperatura da zona principal 400 e sistema de controle e aquecimento relacionado 402.

Cada zona tem um sensor de temperatura de zona associado com os aquecedores (tanto aquecedores de largura transversal quando a-quecedores de seção transversal) na zona particular. O sensor envia dados de temperatura sentidos para um controlador de temperatura de derivado integral proporcional (PID) que compara os dados de temperatura sentidos com um ponto estabelecido de temperatura. Se a comparação mostra que a temperatura sentida está abaixo do ponto estabelecido de temperatura, o controlador de PID sinalizará para os aquecedores aumentarem a força. Se a comparação mostra que a temperatura sentida é maior do que o ponto estabelecido de temperatura, o controlador de PID sinalizará para os aquecedores diminuírem a força. Dessa maneira, esses sensores de temperatura da zona são usados na realidade para controlar a temperatura da largura transversal da matriz. Cada sensor de temperatura da zona está localizado na matriz em uma proximidade centralizada aos aquecedores para ser controlado na sua zona.

Com referência novamente à Figura 12, o sensor de temperatura da zona principal 400, que em uma modalidade pode ser um detector de temperatura de resistência (RTD) com ponta de leitura 410 instalada em um tubo que é inserido e suportado em uma orientação conveniente dentro da metade inferior da matriz 326 através de um canal de sensor preformado ou furo perfurado na matriz. O sensor está localizado para satisfazer critérios de temperatura predeterminados. Essas localizações podem variar de acordo. Por exemplo, na metodologia do projeto, as localizações do sensor de temperatura (para uma matriz de aço de ferramentas com razão de largura para distância de dimensão X e/ou com razão de largura para distância de dimensão Y maior do que 2,5, operando pelo menos até 200°C em ar ambiente) poderíam ser escolhidas para cada zona que satisfaz as condições seguintes como determinado pela modelagem do elemento finito: (1) a ponta de leitura de todos os sensores de temperatura (todas as zonas) fica dentro do limite de 0,55°C (1°F), preferencial mente menor do que 0,11°C (0,2°F) da temperatura nominal da matriz, que está dentro do limite de 5,55°C (10°F), e preferencialmente 1,11°C (2°F) da temperatura do fluido que entra. A condição (1) é satisfeita quando o fluido não está fluindo através da matriz (para configurar visualmente o vão de revestimento, medir a lisura, etc.). A condição (1) é satisfeita enquanto o fluido dentro do limite de 1,11°C (2°F), e até 5,55°C (10°F) da temperatura nominal da matriz está fluindo através da matriz até a taxa de fluxo máxima. (2) Gradientes de temperatura local na região da ponta de leitura, onde possível, são menores do que 1,09°C por cm (5°F por polegada), e pre- ferencialmente menores do que 0,216°C por cm (1°F por polegada). A localização dos aquecedores e sensores dentro de uma geometria de matriz específica é tal que essas exigências são satisfeitas enquanto satisfazendo as exigências (1)-(5) previamente mencionadas, possivelmente depois que pequenos deslocamentos de temperatura são determinados por medição. O sensor 400 lê a temperatura da matriz 406 na sua localização e provê os dados de temperatura sentidos para o controlador de temperatura 404 que tem um ponto estabelecido de temperatura na zona desejada predeterminada 408. O controlador de temperatura 404 executa uma comparação entre a temperatura medida da matriz e a temperatura do ponto estabelecido e envia o sinal de controle diferencial de temperatura 420 para o controle do aquecedor 422, tal como um mecanismo de retransmissão que permite que a corrente flua para aquecedores resistivos respectivos. Quando a temperatura sentida da matriz e a temperatura do ponto estabelecido são as mesmas, o fluxo da corrente para os aquecedores permanece constante.

Além disso, podem existir sensores de temperatura superiores frontais, inferiores frontais, superiores traseiros e inferiores traseiros satisfazendo os critérios acima. Esses sensores são usados para controlar a temperatura da seção transversal da matriz. Esses sensores estariam localizados na matriz em uma proximidade centralizada com os aquecedores da seção transversal nos aquecedores de seção transversal respectivos superiores frontais, inferiores frontais, superiores traseiros e inferiores traseiros.

Com referência agora à Figura 13, como um exemplo dos aquecedores de seção transversal e seu controle de aquecedor, uma porção da extremidade da metade inferior da matriz 326 e três aquecedores representativos 304, 306 da Figura 10, é mostrada em conjunto com seus sensores de temperatura longitudinais respectivos 450, 452 e conjunto de circuitos respectivos relacionados de aquecimento e controle 454, 456. A abertura do canal do fluido 303 é mostrada exposta na Figura 13, mas normalmente seria vedada como descrito acima. Cada aquecedor de seção transversal tem seu próprio sensor e sistema relacionado de aquecimento e controle. Por exemplo, o aquecedor da seção transversal inferior frontal 304 se estende através da largura da base da matriz 326 e tem um sensor de temperatura inferior frontal associado 450 que é acoplado no sistema de controle e aquecimento inferior frontal 460. O sistema de aquecimento e controle 460 inclui controle de temperatura 462 e controle de aquecedor 464. Similarmente, o aquecedor de seção transversal inferior traseiro 306 se estende através da largura da matriz inferior 326 e tem um sensor de temperatura inferior traseiro associado 452 que é acoplado no sistema de aquecimento e controle inferior traseiro 454. O sistema de controle de aquecimento e temperatura 454 inclui controle de temperatura 456 e controle de aquecedor 458. Ambos o sistema de controle e aquecimento inferior frontal 460 e sistema de controle e aquecimento inferior traseiro 454 operam em uma maneira similar a essa previamente descrita com relação ao sistema de aquecimento e controle 402 da Figura 10. Os sensores 450 e 452 estão localizados em uma localização determinada pela modelagem do elemento finito para satisfazer os critérios prévios, por exemplo, ao longo do comprimento do aquecedor na proximidade de seus aquecedores respectivos 304, 306, tipicamente 1,27cm (0,5") de seu aquecedor respectivo, tal que seus pontos estabelecidos associados podem prover que o controle das temperaturas frontais e traseiras seja o mesmo.

Cada um dos sensores, quer sensores para aquecedores de seção transversal ou aquecedores de largura transversal, está também localizado que a diafonia das outras áreas sentidas é minimizada, quer associado com outras áreas de aquecimento de seção transversal ou outras zonas de aquecimento de largura transversal.

Cada um dos sistemas de aquecimento e controle respectivos para ambos os aquecedores de largura transversal e seção transversal então fará um ciclo de suas realimentações de sistema respectivas tal que todos os sensores através de toda a matriz ficam na mesma temperatura. Depois que as localizações do aquecedor e sensor são apropriadamente escolhidas para uma dada geometria de matriz com todas as conexões e perdas de calor esperadas, e todas as áreas da matriz estão na mesma temperatu- ra, a matriz pode ser considerada plana para as condições de operação estipuladas.

Com referência agora à Figura 14, uma porção parcial da matriz mostrada na Figura 10 tendo uma porção de matriz superior 324 e porção de matriz inferior 326 é mostrada com conexões adicionais que podem afetar a distribuição geral de temperatura na matriz. A porção da matriz superior 324 tem afixada na porção traseira da mesma compartimentos de fios 500 que podem coletar as várias fiações do aquecedor de largura transversal associadas com a porção superior da matriz. Similarmente, a porção da matriz inferior 326 tem afixada na sua porção traseira o compartimento de fios 502 que pode coletar as várias fiações do aquecedor de largura transversal associadas com a porção inferior da matriz. A extremidade da matriz inclui placa de gaxeta 504 para vedar a extremidade do canal do fluido. Fiações de sensor de largura transversal e/ou seção transversal da matriz superior e inferior podem correr longitudinalmente (tal como em um canal de matriz formado) e terminar em alojamentos de conector respectivos 506, 508. Blocos de montagem, tal como bloco 510, podem ser acoplados na matriz e permitir que o conjunto de matriz se acomode em uma maneira que pode ser montada, em uma estrutura de alojamento de estação de matriz adjacente à matriz (não mostrada).

Entretanto, deve ser entendido que a presente combinação de matriz superior e inferior pode ser termicamente isolada de qualquer tal alojamento de estação de matriz adjacente à matriz. Como tal, o presente método da invenção e aparelho são direcionados para um sistema de aquecimento principal integrado para a matriz aquecida e não é considerado primariamente com a perda de calor associada com o alojamento da estação da matriz. De preferência, qualquer aquecimento do fluido para trazê-lo para sua temperatura apropriada para aplicação no substrato é feito separadamente dos aquecedores da presente invenção tanto quanto possível. Desnecessário dizer, o calor transportado por convecção pelo fluido aquecido quando ele passa através da matriz da entrada do fluido e sai através das orlas de revestimento efetuará a distribuição geral de temperatura na matriz.

Com referência agora às Figuras 15a e 15b (que é uma ampliação de uma porção da Figura 15a), é mostrada esquematicamente em seção transversal simplificada, uma modalidade adicional da presente invenção. Como pode ser observado, o substrato 22 percorre na direção Y 24 quando o rolo sobressalente 26 gira na direção 25. A matriz 300 inclui isoladores térmicos 600,602 nas superfícies superior e inferior da matriz 300 e proteção de vento 604 que desvia na direção 606 o vento produzido pela rotação do rolo sobressalente 26. A proteção do fluxo de ar protege a porção inferior frontal da matriz contra o resfriamento localizado devido à retirada de uma camada limite de ar do substrato. A área 608 é representada na Figura 15b. Também observados são compartimentos de fios 500,502 e o bloco de montagem 510 encaixando no alojamento da estação da matriz 512. O processo de modelagem de acordo com a presente invenção considera os vários aspectos da matriz e essas conexões nela que podem afetar a distribuição de temperatura dentro da matriz.

Os aquecedores da seção transversal frontal geralmente provê-em 20% - 60% da força de aquecimento aplicada total da matriz, dependendo da colocação do aquecedor real e localizações do sensor. Na configuração exemplar, eles tendem a conduzir 25%-45%. Isso é com base na saída de força real dos controladores de temperatura. Os aquecedores traseiros (mais quaisquer aquecedores opcionais auxiliares pequenos) conduzem a maior parte do equilíbrio (incluindo aquecedores de largura transversal). A-quecedores longitudinais frontal e traseiro geralmente estão localizados tal que seus centros são menores do que 3,81 cm (1,5") da superfície externa mais próxima deles. Aquecedores de largura transversal geralmente iniciam da traseira da matriz e se estendem para a parte frontal 7,62cm-15,24cm (3-6").

Essas configurações são as modalidades exemplares desde que a maior parte dos vários itens presos na matriz tende a ser presa na traseira, levando a uma maior variação de perda de calor lá. Aquecedores de extremidade podem ser colocados tal que eles aquecem toda a extremidade.

Nas modalidades exemplares, detectores de temperatura de re- sistência de platina enrolados com fios (RTDs) pré-adaptados para uma precisão melhor do que ± 0,55°C (± 1°F), ou preferencialmente melhor do que 0,22°C (0,4°F) em uma temperatura alvo (isto é, 174,44°C (346°F)) são usados. Nesse caso, a substituição não afetará significativamente o estado de curvatura da matriz. Também, o impulso dos RTD’s de platina enrolados com fio é conhecido por ser muito pequeno com o tempo. Controladores de temperatura de PID de alta precisão poderíam incluir, mas não são limitados a Syscon RKC SR Mini HG System.

Uma implementação exemplar adicional poderia ser como segue: (1) Operar os aquecedores frontais tal que eles (e assim a fenda e o tubo de distribuição) ficam na temperatura nominal. O revestimento entrará na matriz em ou perto da sua temperatura nominal. (2) Nas medições reais da lisura depois que a matriz é fabricada, se quaisquer deslocamentos aos pontos estabelecidos para zonas de seção transversal no sistema de aquecimento (devido a incertezas na modelagem do elemento finito que guiaram para as localizações do aquecedor e sensor) são necessários para trazer a matriz para dentro da especificação medida de lisura, fazê-los na traseira da matriz se possível. Isso é assim: (a) as temperaturas da fenda e tubo de distribuição, que são dominadas pelos aquecedores frontais, permanecerão na temperatura do adesivo e assim correções na curvatura terão efeito mínimo na reologia do fluido e (b) desde que o fluido tipicamente entra no centro da traseira da matriz, a transferência de calor para uma temperatura maior ou menor será mínima desde que a condutividade térmica dos materiais revestidos nessas matrizes é tipicamente muito pequena, e a distância da parede de metal ao centro do tubo é tipicamente significativa; inversamente na frente da matriz, o fluido é espalhado para uma película fina (tipicamente menor do que 1,524mm (0,060")) com uma grande área de transferência de calor, assim as taxas de transferência de calor são muito maiores. (3) Esses deslocamentos podem ser necessários porque: (a) os modelos do elemento finito térmico e estrutural têm incertezas neles. Isso pode levar a incerteza na distribuição de temperatura na largura transversal e/ou seção transversal. A união disso com o uso de um sensor único de temperatura para estabelecer uma temperatura para uma única zona (isto é, a zona traseira), pode levar a uma mudança na temperatura real medida no sensor do que foi originalmente predito. Foi demonstrado que depois que a mudança é corrigida, a matriz fica estável, (b) Conexões na matriz, tal como compartimentos de fiação metálicos (para alojar os fios do aquecedor e/ou sensor) podem interagir com a matriz e entre si em maneiras complexas, freqüentemente difícil para modelar corretamente (especialmente em termos de transferência do calor de radiação e modificação do fluxo de ar), adicionando à incerteza nas distribuições de temperatura local perto dos pontos de conexão, (c) Dependendo de como a matriz é usinada e aliviada do estresse, os estresses de direção preferencial podem existir que não são facilmente considerados pela modelagem do elemento finito. O deslocamento entre os pontos estabelecidos da zona de aquecimento da seção transversal máxima e mínima não deve exceder 10°C, e preferencialmente não deve exceder 4°C. (4) Isolar a matriz tanto quanto possível das conexões e isolá-la de qualquer estrutura de montagem externa para minimizar a existência de pontos quentes ou frios locais, que complicam a capacidade de predizer com precisão as distribuições de temperatura, levando a incertezas na escolha das localizações do aquecedor e sensor. Também, considerar o isolamento das grandes superfícies para minimizar a perda de calor pela convecção para o ar, e reduzir as perdas do calor por radiação; assim reduzindo gradientes de temperatura perto dessas superfícies. Onde possível, colocar uma camada isolante entre as superfícies da matriz e qualquer conexão de metal. Onde a matriz é montada na sua estrutura de suporte, usar materiais isolantes estruturais para isolar a matriz da perda de calor para a estrutura de montagem. O uso de isolamento em grandes superfícies pode ser útil para minimizar a sensibi- lidade às condições ambientais. Usar algum tipo de proteção na base frontal (e opcionalmente topo) da matriz para impedir desviando que o ar de alta velocidade transportado pelo substrato resfrie a frente da matriz. As Figuras 15a e 15b mostram uma tal proteção (proteção de vento), mais uma possível estratégia isolante. No geral, minimizar o número e magnitude dos efeitos que uma dada zona de aquecedor precisa acomodar (isto é, perda do calor por convecção, perda do calor na conexão, interação com fluido, etc.). Quanto mais efeitos, e maior a magnitude, maior a possibilidade de acomodação e sensibilidade a diferentes condições de operação. Isolar a matriz da perda de calor quando montando-a. Isso significa que o sistema de aquecimento somente tem que lidar com as perdas para a atmosfera, e perdas limitadas para as conexões.

Esses versados na técnica podem verificar que modalidades alternativas a essas descritas e mostradas nas figuras podem também se situar dentro do escopo da presente invenção. Por exemplo, com referência de volta à Figura 2b, esses versados na técnica podem verificar que os conceitos inventivos descritos em conjunto com as Figuras 10-15b podem ser aplicados na matriz de seção múltipla na Figura 2b. Aquecedores de seção transversal, aquecedores de largura transversal e seus sensores associados podem ser modelados e localizados como apropriado para as seções da matriz 50a,52a e 52b da Figura 2b.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Método para projetar um aparelho de matriz de revestimento termicamente estável tendo uma razão de distância da largura da matriz na direção Z (10) em relação à distância da matriz na dimensão X (12) e/ou distância da largura da matriz na dimensão Z em relação à distância da matriz na dimensão Y (14) maior do que 2,5 e uma temperatura de operação no estado estável, o aparelho de matriz (20, 200) incluindo uma matriz tendo uma geometria de matriz incluindo faces de orla de matriz (29) nos planos Y-Z (23,2) e uma abertura de fenda (32) perpendicular às faces da orla (29) em um plano X-Z (23.3), dispositivo de transferência de calor ativo, sensores de fluxo de calor e/ou temperatura (400), o método para prover faces de orla de matriz (29) planas, o método caracterizado pelo fato de que compreende: otimizar simultaneamente: geometria da matriz, colocação do dispositivo de transferência de calor ativo, colocação dos sensores de temperatura ou fluxo de calor e proteção das condições de operação, usando transferência de calor (92) e modelagem numérica estrutural (90) e/ou análise estatística e/ou temperatura e/ou fluxo de calor e/ou técnicas de medição de estresse e/ou tensão e/ou dimensional, enquanto considerando as características de funcionalidade da matriz, incremento mínimo da medição de temperatura e precisão de controle relacionado com o desvio aceitável mínimo da lisura, material da matriz de revestimento de construção relativa com as propriedades do material termoestrutural e propriedades do material da matriz de revestimento desejável, onde a otimização inclui manter um estado nominal de lisura de curvatura (23.3a) das faces da orla da matriz no plano X-Z (23.3) menor do que um desvio de lisura definido, enquanto não alterando a magnitude do desvio da lisura da orla da matriz no plano X-Z (23.3) ou planos Y-Z (23.2) mais do que um desvio de lisura definido quando o revestimento começa, e um equilíbrio do sistema de aquecimento para minimizar os gradientes de temperatura no plano X-Z (23.3) e/ou planos Y-Z (23.2) para uma quantidade e direção pre- visíveis de curvatura no plano respectivo.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a razão da distância da largura da matriz na dimensão Z (10) em relação a distância da matriz na dimensão X (12) é até 11 e a razão da distância da largura da matriz na dimensão Z (10) em relação a distância da matriz na dimensão Y (14) é até 14, a temperatura de operação é até 200Ό e o material de construção é aço e onde a otimização inclui: manter a lisura da curvatura (23.3a) das faces da orla da matriz no plano X-Z (23.3) com menos do que 25,4μηη (0,001") de desvio de lisura, enquanto não alterando a magnitude do desvio da lisura da orla no plano X-Z (23.3) ou planos Y-Z (23.2) por mais do que 25,4μιτι (0,001") quando o revestimento começa, e tendo a capacidade de propositadamente curvar a matriz (20, 200) no plano X-Z (23.3) em uma taxa de 12,7μηη (0,0005") a 0,76mm (0,003") por 0,55Ό (1Έ) de gradiente de te mperatura propositadamente induzido no plano X-Z (23.3).

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a otimização adicionalmente compreende manter a lisura da curvatura da matriz nos planos Y-Z (23.2) menor do que 0,1016mm (0,004") do desvio de lisura.

4. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a otimização adicionalmente compreende manter o desvio da temperatura na largura transversal na abertura da fenda (32) menor do que 8,25ί3 (15Έ), com a temperatura do adesivo ficando na temperatura nominal da matriz (20, 200), ou dentro do limite de 5,55ί3 (10Έ) da mesma.

5. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a lisura da curvatura (23.3a) das faces da orla da matriz no plano X-Z (23.3) é mantida menor do que 12,7μηη (0,0005") do desvio de lisura, enquanto não alterando a magnitude do desvio da lisura da orla no plano X-Z (23.3) ou planos Y-Z (23.2) por mais do que 10,16μηη (0,0004") quando o revestimento começa.

6. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a lisura da curvatura nos planos Y-Z (23.2) é mantida menor do que 50,8μηη (0,002") do desvio da lisura.

7. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o desvio da temperatura na largura transversal na abertura da fenda (32) é mantido menor do que 4,44X3 (8Έ), com a temperatura do adesivo estando em uma temperatura nominal da matriz (20, 200), ou dentro do limite de 1,11X3 (2Έ) da mesma.

8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as condições de operação incluem isolamento da matriz, fluxo de ar e insensibilidade do sistema de aquecimento a presença ou carência do mesmo do fluxo do fluido na matriz (20, 200).

9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a otimização adicional mente compreende colocar aquecedores (202a-202d, 302, 304, 306, 308) longitudinais às faces da orla (29) para prover aquecimento controlável para controlar e eliminar os gradientes de temperatura.

10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a otimização adicionalmente compreende localizar aquecedores (202a-202d, 302, 304, 306, 308) colocados longitudinalmente às faces da orla (29) para interagir com aquecedores (204a-204r) colocados na largura transversal para coletivamente controlar e minimizar os gradientes de temperatura.

11. Método de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo fato de que a otimização adicional mente compreende colocar aquecedores nas zonas de aquecimento (316) quando necessário para minimizar ou eliminar os gradientes de temperatura locais.

12. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a otimização adicionalmente compreende isolar (600, 602) o aparelho de matriz para reduzir ou eliminar os gradientes de temperatura.

13. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a otimização adicionalmente compreende usar uma proteção de fluxo de ar (604) para proteger a porção inferior frontal da matriz do resfriamento localizado devido a retirada de uma camada limite de ar do substrato (22).

14. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a otimização adicionalmente compreende usar sensores de temperatura (450, 452) de alta precisão para minimizar as incertezas da medição da temperatura.

15. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a otimização adicional mente compreende desarranjar de maneira controlável o equilíbrio de temperatura para gerenciar o estado de curvatura.

16. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a otimização adicionalmente compreende usar aquecedores elétricos ou fluido tais como óleo, água, vapor ou outro meio de aquecimento ou resfriamento e dispositivos mecânicos capazes de estimular a transferência do calor.

17. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a otimização adicionalmente compreende simplificar a geometria da matriz para remover (338) material desnecessário que leva a pontos quentes e/ou frios tal que todas as porções estrutural mente importantes da matriz que permanecem são adaptáveis a serem aquecidas e ou isoladas da perda de calor e serem monitoradas na temperatura.

18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a otimização adicionalmente compreende colocar aquecedores na matriz para permitir o aquecimento controlado uniforme de toda a matriz.

19. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a otimização adicionalmente compreende colocar aquecedores (202a-202d, 302, 304, 306, 308) longitudinais às faces da orla da matriz (29).

20. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a otimização adicionalmente compreende colocar sensores de temperatura nas localizações da matriz que precisamente indicam o estado de temperatura das zonas do aquecedor (316, 320) que os sensores de temperatura monitoram.

21. Método de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que os sensores de temperatura são detectores de temperatura da resistência.

22. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a otimização adicionalmente compreende otimizar a simplificação da geometria e colocação do aquecedor e sensor de temperatura pelos cálculos do modelo de transferência de calor numérico, onde a deformação térmica é estimada pelo mapeamento dos resultados da temperatura sobre um modelo estrutural numérico, os modelos térmicos e estruturais sendo executados considerando as variações do processo.

23. Método de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que as variações do processo incluem o fluido fluindo através da matriz e ou o fluxo do ar ao redor da matriz.

24. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que as condições de operação incluem isolamento da matriz, fluxo do ar e insensibilidade do sistema de aquecimento a presença ou carência do mesmo do fluxo do fluido na matriz.

25. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a otimização adicional mente compreende colocar aquecedores (202a-202d, 302, 304, 306, 308) longitudinais às faces da orla (29) para prover o aquecimento controlável para controlar e eliminar os gradientes de temperatura.

26. Método de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que a otimização adicionalmente compreende localizar aquecedores colocados longitudinalmente às faces da orla (29) para interagir com aquecedores (204a-204r) colocados na largura transversal para coletivamente controlar e minimizar os gradientes de temperatura.

27. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a otimização adicional mente compreende colocar aquecedores nas zonas de aquecimento (316) quando necessário para minimizar ou eliminar os gradientes de temperatura locais.

28. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a otimização adicionalmente compreende isolar (600, 602) o aparelho de matriz para reduzir ou eliminar os gradientes de temperatura.

29. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a otimização adicionalmente compreende usar uma proteção de fluxo de ar (604) para proteger a porção inferior frontal da matriz do resfriamento localizado devido a retirada de uma camada limite de ar do substrato (22).

30. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a otimização adicionalmente compreende usar sensores de temperatura de alta precisão para minimizar as incertezas da medição da temperatura.

31. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a otimização adicionalmente compreende equilibrar de maneira controlável as temperaturas da matriz para gerenciar o estado de curvatura.

32. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a otimização adicionalmente compreende usar aquecedores elétricos ou fluido tais como óleo, água, vapor ou outro meio de aquecimento ou resfriamento e dispositivos mecânicos capazes de estimular a transferência do calor.

33. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a otimização adicionalmente compreende simplificar a geometria da matriz para remover (338) material desnecessário que leva a pontos quentes e/ou frios tal que todas as porções estrutural mente importantes da matriz que permanecem são adaptáveis a serem aquecidas e ou isoladas da perda de calor e serem monitoradas na temperatura.

34. Método de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato de que a otimização adicionalmente compreende colocar aquecedores na matriz para permitir o aquecimento controlado uniforme de toda a matriz.

35. Método de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que a otimização adicionalmente compreende colocar aquecedo- res (202a-202d, 302, 304, 306) longitudinais às faces da orla da matriz (29).

36. Método de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de que a otimização adicionalmente compreende colocar sensores de temperatura nas localizações da matriz que precisamente indicam o estado de temperatura das zonas do aquecedor (316, 320) que os sensores de temperatura monitoram.

37. Método de acordo com a reivindicação 36, caracterizado pelo fato de que os sensores de temperatura são detectores de temperatura da resistência.

38. Método de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato de que a otimização adicionalmente compreende otimizar a simplificação da geometria e colocação do aquecedor e sensor de temperatura pelos cálculos do modelo de transferência de calor numérico, onde a deformação térmica é estimada pelo mapeamento dos resultados da temperatura sobre um modelo estrutural numérico, os modelos térmicos e estruturais sendo executados considerando as variações do processo.

39. Método de acordo com a reivindicação 38, caracterizado pelo fato de que as variações do processo incluem o fluido fluindo através da matriz e ou o fluxo do ar ao redor da matriz.

40. Aparelho de matriz de revestimento compreendendo: uma matriz tendo uma razão de distância da largura da matriz na dimensão Z (10) em relação à distância da matriz na dimensão X (12) e/ou distância da largura da matriz na dimensão Z (10) em relação à distância da matriz na dimensão Y (14) maior do que 2,5, e uma temperatura de operação mecanicamente adequada, as faces da orla (29) da matriz em um plano Y-Z (23.2) e uma abertura de fenda (32) perpendicular às faces da orla (29) em um plano X-Z (23.3), as faces da orla da matriz (29) formando a abertura da fenda (32) em uma porção frontal (21) distai da porção traseira, um vão de revestimento (30) sendo formado entre as faces da orla da matriz (29) e um substrato (22) sobre o qual uma camada de fluido é aplicada sobre o substrato (22) da abertura da fenda através da distância da largura da matriz na dimensão Z e um sistema de aquecimento integrado caracterizado pelo fato de que possui: um ou mais aquecedores de seção transversal frontais (302, 304) espaçados dentro da matriz longitudinalmente através da largura e próximo da porção frontal, cada aquecedor de seção transversal frontal (302, 304) sendo opcionalmente um aquecedor de seção transversal frontal superior (302) ou um aquecedor de seção transversal frontal inferior (304), tendo um sensor respectivo de temperatura de seção transversal frontal (450), cada sensor de temperatura de seção transversal frontal sendo acoplado em um sistema de controle de temperatura de seção transversal frontal (460) para regular o calor sendo aplicado pelos aquecedores respectivos de seção transversal frontal e um ou mais aquecedores de seção transversal traseiros (306, 308) espaçados dentro da matriz longitudinalmente através da largura e distai para a porção frontal, cada aquecedor de seção transversal traseiro (306, 308) sendo opcionalmente um aquecedor de seção transversal traseiro superior (308) ou um aquecedor de seção transversal traseiro inferior (306), tendo um sensor de temperatura de seção transversal traseiro (352) respectivo, cada sensor de temperatura de seção transversal traseiro sendo acoplado em um sistema de controle de temperatura de seção transversal traseiro (454) para regular o calor sendo aplicado pelos aquecedores respectivos de seção transversal traseiros; onde com o sistema aquecido integrado operando em uma temperatura de operação de estado estável, tendo uma diferença entre um ajuste de temperatura de seção transversal máxima e um ajuste de temperatura de seção transversal mínima igual à ou menor do que a diferença de temperatura resultante devido às incertezas no processo de otimização do projeto da matriz, e os aquecedores de seção transversal frontais (302, 304) fornecendo uma porção característica da energia total exigida para manter a temperatura de operação do estado estável e os aquecedores de seção transversal traseiros (306, 308) e/ou outros aquecedores suprindo o restante da força total, o sistema de aquecimento integrado: sendo equilibrado para minimizar os gradientes de temperatura ao longo da largura no plano X-Y (23.1) para manter a lisura da curvatura das faces da orla de revestimento no plano X-Z (23.3) menor do que um desvio de lisura definido enquanto não alterando a magnitude do desvio da lisura da orla da matriz no plano X-Z (23.3) ou planos Y-Z (23.2) por mais do que um desvio de lisura definido quando o revestimento começa e sendo opcionalmente desequilibrado alterando: uma diferença de temperatura entre aquecedores da seção transversal frontais (302, 304) e aquecedores da seção transversal traseiros (306, 308) modificando a razão da força de aquecimento aplicada nos aquecedores de seção transversal frontais (302, 304) para a força de aquecimento aplicada nos aquecedores da seção transversal traseiros (306, 308) para controlar a curvatura da matriz no plano X-Z (23.3) e/ou uma diferença de temperatura entre aquecedores da seção transversal superiores (302 ,304) e aquecedores de seção transversal inferiores (306, 308) modificando a razão da força de aquecimento aplicada nos aquecedores de seção transversal superiores (302, 304) para a força de aquecimento aplicada nos aquecedores da seção transversal inferiores (306, 308) para controlar a curvatura da matriz no plano Y-Z (23.2).

41. Aparelho de matriz de revestimento de acordo com a reivindicação 40, caracterizado pelo fato de que a razão da distância da largura da matriz na dimensão Z (10) em relação a distância da matriz na dimensão X (12) é até 11 e a razão da distância da largura da matriz na dimensão Z (10) em relação a distância da matriz na dimensão Y (14) é até 14, a temperatura de operação é até 200X3, o material de construção é aço, a diferença entre o ajuste de temperatura da seção transversal máxima e o ajuste de temperatura da seção transversal mínima é igual a ou menor do que 10X3, e os aquecedores da seção transversal frontais (302, 304) suprindo uma característica de 20% - 60% da força total exigida para manter a temperatura de operação do estado estável e a lisura da curvatura das faces da orla (29) da matriz no plano X-Z (23.3) menores do que 25,4 μηη (0,001") do desvio de lisura, enquanto não alterando a magnitude do desvio da lisura da orla no plano X-Z (23.3) ou planos Y-Z (23.2) por mais do que 25,4μιτι (0,001") quando o revestimento começa, e tendo a capacidade de propositadamente curvar a matriz no plano X-Z (23.3) em uma taxa de 12,7gm (0,0005") a 0,762mm (0,003") por 0,55Ό (1Έ) de gradiente de t emperatura propositadamente induzido no plano X-Z (23.3).

42. Aparelho de matriz de revestimento de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que o equilíbrio do sistema de aquecimento integrado é otimizado para manter a lisura da curvatura das faces da orla da matriz (29) no plano X-Z (23.3) menor do que 12,7μηη (0,0005") do desvio de lisura, enquanto não alterando a magnitude do desvio da lisura da orla no plano X-Z (23.3) ou planos Y-Z (23.2) por mais do que 10,16μηη (0,0004") quando o revestimento começa.

43. Aparelho de matriz de revestimento de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que o equilíbrio do sistema de aquecimento integrado é otimizado para manter a lisura da curvatura da matriz nos planos Y-Z (23.2) menor do que 0,1016mm (0,004") do desvio de lisura.

44. Aparelho de matriz de revestimento de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que o sistema de aquecimento integrado adicionalmente compreende grupos (310) de aquecedores de largura transversal (204a-204r) espaçados dentro da matriz na direção da porção posterior para a porção frontal e/ou na direção da porção frontal para a porção posterior, através da largura da matriz nas zonas (316), cada zona tendo um sensor de temperatura de largura transversal (400) respectivo, cada sensor de temperatura de largura transversal sendo acoplado em um sistema de controle de temperatura de largura transversal (402) respectivo para regular o calor sendo aplicado pelos aquecedores de largura transversal (204a-204r) respectivos na zona respectiva.

45. Aparelho de matriz de revestimento de acordo com a reivindicação 44, caracterizado pelo fato de que as zonas do aquecedor de largura transversal são termicamente equilibradas simultaneamente com zonas de aquecedor de seção transversal para manter o desvio da temperatura na largura transversal na abertura da fenda (32) menor do que 8,25^3 (15Έ), com a temperatura do adesivo ficando na temperatura nominal da matriz, ou dentro do limite de 5,55Ό (10Έ) da mesma.

46. Aparelho de matriz de revestimento de acordo com a reivindicação 43, caracterizado pelo fato de que as zonas do aquecedor de largura transversal são termicamente equilibradas simultaneamente com as zonas do aquecedor de seção transversal para manter a lisura da curvatura nos planos Y-Z (23.2) menor do que 50,8μηη (0,002") do desvio de lisura.

47. Aparelho de matriz de revestimento de acordo com a reivindicação 45, caracterizado pelo fato de que as zonas do aquecedor de largura transversal são termicamente equilibradas simultaneamente com as zonas do aquecedor de seção transversal para manter o desvio da temperatura na largura transversal na abertura da fenda (32) menor do que 4,44o (8Έ), com a temperatura do adesivo ficando na temperatura nominal da matriz, ou dentro do limite de 1,1Ό (2Έ) da mesma.

48. Aparelho de matriz de revestimento de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que o aparelho da matriz é externamente isolado (600, 602) para reduzir ou eliminar os gradientes de temperatura.

49. Aparelho de matriz de revestimento de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que uma proteção de fluxo de ar (604) está localizada na porção frontal para proteger a matriz do resfriamento localizado devido a retirada de uma camada limite de ar do substrato (22).

50. Aparelho de matriz de revestimento de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que os sensores de temperatura de seção transversal frontais e os sensores de temperatura de seção transversal traseiros são detectores de temperatura de resistência de platina enrolados com fio tendo uma precisão melhor do que ± 0,55Ό (± 1Έ).

51. Aparelho de matriz de revestimento de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que os sensores de temperatura de largura transversal são detectores de temperatura de resistência de platina enrolados com fio tendo uma precisão melhor do que ± 0,55Ό (± 1Έ).

52. Aparelho de matriz de revestimento de acordo com a reivin- dicação 40, caracterizado pelo fato de que o sistema de aquecimento integrado adicionalmente compreende grupos de aquecedores de largura transversal espaçados dentro da matriz na direção da porção posterior para a porção frontal e/ou na direção da porção frontal para a porção posterior, através da largura nas zonas, cada zona tendo um sensor de temperatura de largura transversal respectivo, cada sensor de temperatura de largura transversal sendo acoplado em um sistema de controle de temperatura de largura transversal respectivo para regular o calor sendo aplicado pelos aquecedores de largura transversal (204a-204r) respectivos na zona respectiva.

53. Aparelho de matriz de revestimento de acordo com a reivindicação 40, caracterizado pelo fato de que o aparelho de matriz é externamente isolado (600, 602) para reduzir ou eliminar os gradientes de temperatura.

54. Aparelho de matriz de revestimento de acordo com a reivindicação 40, caracterizado pelo fato de que uma proteção de fluxo de ar está localizada na porção frontal para proteger a matriz do resfriamento localizado devido a retirada de uma camada limite de ar do substrato (22).

55. Aparelho de matriz de revestimento de acordo com a reivindicação 40, caracterizado pelo fato de que os sensores de temperatura de seção transversal frontais e os sensores de temperatura de seção transversal traseiros são detectores de temperatura de resistência de platina enrolados com fio tendo uma precisão melhor do que ±0,55Ό (± 1Έ).

56. Aparelho de matriz de revestimento de acordo com a reivindicação 40, caracterizado pelo fato de que os sensores de temperatura de largura transversal são detectores de temperatura de resistência de platina enrolados com fio tendo uma precisão melhor do que ±0,55Ό (± 1Έ).