DE4336365B4

DE4336365B4 - Strahlbeschichtungsvorrichtung und Verfahren

Info

Publication number: DE4336365B4
Application number: DE4336365A
Authority: DE
Inventors: Jukka Koskinen
Original assignee: Valmet Oy
Current assignee: Valmet Oy
Priority date: 1992-10-26
Filing date: 1993-10-25
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2013-10-26
Also published as: FI924841A0; GB2272390A; FI105533B; SE511999C2; GB9322030D0; SE9303494D0; US5510150A; FR2697176B1; DE4336365A1; CA2108841A1; SE9303494L; JPH06198242A; FI924841A; FR2697176A1; KR940008748A; GB2272390B; KR100280185B1

Abstract

Strahlbeschichtungsvorrichtung zum Ausbringen von Beschichtungsmischung auf eine auf einer Stützwalze (1) laufende Bahn (14), berührungsfrei bei Umgebungsdruck, welche Vorrichtung
– eine bahnseitig angeordnete obere Lippe (2) mit gekrümmter Umrisslinie
und – eine benachbart zur oberen Lippe (2) relativ zur Laufrichtung der Bahn (14) im wesentlichen auf der Nachlaufseite angeordnete untere Lippe (3) mit einer an die gekrümmte Form der oberen Lippe (2) angepassten gekrümmten Umrisslinie aufweist, wobei die Schlitzmündungs-Begrenzungsfläche (9) der oberen Lippe (2) und die Schlitzmündungs-Begrenzungsfläche (11) der unteren Lippe (3) eine zum Zuführen der Beschichtungsmischung auf die Bahn (14) geeignete Schlitzmündung (5) bilden, wobei in der Schlitzmündung (5) der Richtungsvektor (18) längs der Schlitzmündungs-Begrenzungsfläche (11) der unteren Lippe (3) eine Vektorkomponente (20) entgegengesetzt dem Tangential-Geschwindigkeitsvektor (19) der Bahn (14) an der Stützwalze (1) hat.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strahlbeschichtungsvorrichtung zum berührungsfreien Aufbringen von Beschichtungsmischung bei Umgebungsdruck auf eine auf einer Stuzwalze laufende Bahn.
Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft auch die Strahlbeschichtung.

Die EP 0 466 420 A2 offenbart ein Strahlbeschichtungsverfahren, bei dem eine Strahlbeschichtungsvorrichtung zum Aufbringen der Beschichtungsmischung auf die Bahn verwendet wird und das endgültige Beschichtungsgewicht mittels eines wirklichen Streichblattes gesteuert wird. Die Beschichtungsmischung wird auf die Bahn bei Umgebungsdruck ohne eine unter Druck gesetzte Beschichtungskammer aufgebracht. Die Strahlbeschichtungseinheit der Vorrichtung ist um ihre Spitze verdrehbar, wodurch sie, falls notwendig, einen fast senkrechten Auftrag des Beschichtungsmischungsstrahls auf die Bahn erlaubt. Insbesondere bei hohen Bahngeschwindigkeiten (über 1.000 m/min) treten Probleme durch mitgerissene, über die Bahn in die aufgebrachte Beschichtungsmischung eingetragene Luft auf, was zu verminderter Beschichtungsqualität, Marmorierung und möglicherweise unbeschichteten Flächen führt. Außerdem verursacht die mit der Bahn mitgerissene Luft Unebenheiten der aufgebrachten Beschichtung. Eine ausreichende Eindringung der Mischung in die Bahn ist ebenfalls schwierig zu erreichen.

Weiterhin ist aus dem U.S. Patent 5,104,697 eine Bürstenauftragvorrichtung bekannt, bei der die Beschichtungsmischung auf die Bahn über einen schmalen Schlitzmündungskanal mit Hilfe eines Vorstreichblattes gebracht wird, das unter einem kleinen Winkel zur Bahn geneigt ist. Normalerweise weist die Vorrichtung auch ein an derselben Stützwalze angeordnetes Streichblatt auf. Diese Vorrichtung macht bei einigen Betriebssituationen Probleme, insbesondere wenn die Spannungsverteilung der Grundbahn ungleich ist, wodurch die zwei die Bahn berührenden Punkte (Beschichtungsvorrichtung und Streichblatt) eine schädliche, ungleiche Verteilung der Quermaschinen-Bahnspannung zwischen diesen zwei Punkten verursachen. Eine solche Situation ruft Laufprobleme unter gewissen Bedingungen hervor.

Im Stand der Technik ist es bei sogenannten „short-dwell-coater"-Beschichtungsmaschinen bekannt, die Beschichtungsmischung innerhalb einer Kammer unter erhöhtem Druck auf die Bahn aufzubringen, wie das beispielsweise aus der US 4,934,310 hervorgeht. Zum Auftragen von Klebstoff auf eine sich bewegende Bogenlage offenbart die DE 653 693 C eine Vorrichtung, bei der der flüssige Klebstoff in Bewegungsrichtung des Bogens mitbeschleunigt und so auf den Bogen aufgebracht wird. Die US 5,230,920 offenbart im Stand der Technik eine Streichanlage zum Auftragen einer Beschichtungsmischung mittels einer Auftragwalze, bei der die Beschichtungsmischung zunächst auf die Walze aufgebracht wird, die auf der sich bewegenden Bahn abrollt und somit die Beschichtungsmischung auf die Bahn bringt.

Die US 4,697,542 offenbart eine Strahlbeschichtungsvorrichtung, bei der der Beschichtungsstrahl entgegen die Laufrichtung der bewegten Bahn auf diese aufgebracht wird. Derjenige Anteil der Beschichtungsmischung, der nicht durch die bewegbare Bahn mitgenommen wird, tropft von der Bahn ab und wird in einem Sammelbehälter aufgefangen.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile der oben beschriebenen Technik zu überwinden und eine gänzlich neue Strahlbeschichtungsvorrichtung und ein gänzlich neues Strahlbeschichtungsverfahren zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Strahlbeschichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 bzw. mit einem Verfahren gemäß Anspruch 4 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung beruht auf einem solchen Design der Vorrichtung, daß ein Beschichtungsmischungsstrahl aus einer Strahlbeschichtungsvorrichtung, die ohne Berührung in Abstand von der Bahn und bei Umgebungsdruck arbeitet, zumindest teilweise gegen die Laufrichtung der Bahn gerichtet ist. Mit anderen Worten hat der Richtungsvektor des Beschichtungsmischungsstrahls, der aus der Schlitzmündung austritt, eine Komponente entgegengesetzt der Laufrichtung der Bahn.

Die Erfindung bringt bedeutende Vorteile. Dank des Prinzips der berührungsfreien Beschichtung wird eine ungleiche Verteilung der Bahnspannung in der Quermaschinenrichtung vermieden. Durch das Richten des Beschichtungsstrahls entgegen die Laufrichtung der Bahn wird eine gute Eindringung der Beschichtungsmischung in die Grundbahn erreicht. Eine gegen die Laufrichtung der Bahn gerichtete Strahlbeschichtung verhindert auch, daß mit der Bahn mitgerissene Luft in die Beschichtungsmischung eingetragen wird, so daß das Auftreten unbeschichteter Flächen auf der Bahn weitgehend ausgeschlossen ist. Zusätzlich beseitigt die Technik der entgegengerichteten Strahlbeschichtung Probleme, die von in die Beschichtungsmischung eingetragenen Luftblasen hervorgerufen werden.

Im folgenden wird die Erfindung in größerer Einzelheit anhand der in den beigefügten Zeichnungen dargestellten beispielhaften Ausführungsformen beschrieben. Es zeigen:
1 eine längsgeschnittene Seitenansicht einer Strahlbeschichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung;
2 eine Einzelheit der in 1 dargestellten Vorrichtung;
3 eine alternative Ausführungsform zu der in 2 dargestellten; und
4 eine längsgeschnittene Seitenansicht. einer anderen Strahlbeschichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
Mit Bezug auf 1 ist an der Schlitzmündung 5 einer im wesentlichen unterhalb einer Stützwalze 1 angeordneten Strahlbeschichtungsvorrichtung eine Tangente zur Oberfläche der Stützwalze 1 durch eine gepunktete Linie 7 dargestellt. Die Strahlbeschichtungsvorrichtung weist eine obere Lippe 2 und eine untere Lippe 3 auf. Die Schlitzmündung 5 der Beschichtungsvorrichtung ist durch eine gekrümmte Schlitzmündungs-Begrenzungsfläche 9 der oberen Lippe und durch eine passend gekrümmte Schlitzmündungs-Begrenzungsfläche 31 der unteren Lippe 3 gebildet. Der Weg der Beschichtungsmischung beginnt als ein schmaler Kanal 6, der sich typischerweise in die Schlitzmündung 5 verengt. Die Weite des Kanals 6 ist anfangs ungefähr 0,5 bis 10 mm, typischerweise liegt sie in dem Bereich 1,5 bis 4 mm. Es versteht sich, daß sich der Kanal 6 in der Quermaschinenrichtung zumindest über die Quermaschinenbreite der Bahn 14 erstrecken muß. Die Weite der Schlitzmündung 5 liegt typischerweise in dem Bereich 0,5 bis 10 mm. Der Abstand am Spalt 8 zwischen der Strahlbeschichtungsvorrichtung und der Stützwalze 1 (Bahn 14) ist typischerweise 1 bis 20 mm, vorzugsweise 3 bis 8 mm. Die Weite des Spalts 5 ist mittels einer Schraube 4 einstellbar. Diese Abstandseinstellung beeinflußt die Fließgeschwindigkeit der Beschichtungsmischung. Bei einer volumenkonstanten Zuführung vergrößert sich die Austrittsgeschwindigkeit der Beschichtungsmischung, wenn die Schlitzmündung 5 kleiner eingestellt wird.
Auch die obere Lippe 2 kann mit Bezug zum Beschichterrahmen einstellbar angeordnet sein, wodurch auch eine Querschnittseinstellung des Kanals 6, falls nötig, möglich ist. Die gekrümmte Spitze 9 der oberen Lippe 2 ruft den bekannten Coanda-Effekt hervor, wodurch der Beschichtungsmischungsstrahl dazu neigt, an der Begrenzungsfläche der oberen Lippe 2 in dem Spalt 8 anzuhaften. Der Radius der Krümmung der Spitze 9 kann in dem Bereich 1 bis 50 mm variieren; der Krümmungsradius liegt jedoch typischerweise in dem Bereich 3 bis 10 mm.
Wie aus 2 ersichtlich, ist an der Stützwalze 1 (und der Bahn 14) an der Schlitzmündung 5 eine Normale 13 zur Tangente 7 gezogen. Der aus der Schlitzmündung 5 austretende Beschichtungsmischungsstrahl kann durch zwei Winkel charakterisiert werden:
α' : Winkel zwischen der oberen Strahloberfläche und der Normalen 13, als Nachlaufwinkel bezeichnet, und
α'' : Winkel zwischen der unteren Strahloberfläche und der Normalen 13, als Rückwinkel bezeichnet.
Dann wird der durchschnittliche Winkel, der Strahlneigungswinkel α als der Durchschnitt dieser Winkel erhalten, nämlich (α'+α'')/2. Der Winkel α kann eingestellt werden durch

a) den Kurvenradius r, wobei ein kleinerer Kurvenradius die Benutzung eines größeren Wertes für die Winkel α und α' erleichtert,
b) die Schraube 4 (1), welche die Weite der Schlitzmündung 5 einstellt, wobei eine kleinere Weite des Schlitzes 5 den Winkel α vergrößert und
c) Einstellung der Länge der Begrenzungsfläche 11 der unteren Lippe 3. Je kürzer die führende Begrenzungsfläche 11 ist, umso kleiner werden der Winkel α und der Winkel α'.

Die Ausbildung des gekrümmten Kanals gemäß der Darstellung hat so zu erfolgen, daß die die Schlitzmündung begrenzende Fläche 11 der unteren Lippe 3 im Bereich der Schlitzmündung 5 zur Zulaufrichtung der Bahn 14 gekrümmt ist, wodurch eine gewünschte Richtung des Beschichtungsmischungsstrahls erreicht wird. Weiterhin muß die Geschwindigkeit des Beschichtungsmischungsstrahls ausreichend hoch sein, um die Aufspaltung des Strahlstroms in zwei Ströme 16 und 17 zu erzielen. Eine ausreichende Grenzgeschwindigkeit ist 1,5 m/s, wenn der Abstand der Schlitzmündung 5 von der Bahn 3 mm ist, die Schlitzmündungsweite 2 mm und die Bahngeschwindigkeit 1.000 m/min beträgt. Die Mindestgrenzgeschwindigkeit des Strahls ist höher, wenn der Abstand der Schlitzmündung 5 von der Bahnoberfläche weiter ist. Ein Vergrößern der Bahngeschwindigkeit hat auch ein Vergrößern der Mindestgrenzgeschwindigkeit des Beschichtungsmischungsstrahls zur Folge. Eine gewünschte Strahlgeschwindigkeit wird mittels einer (nicht dargestellten) effizienten Beschichtungsmischungspumpe erzielt.
Das Grundprinzip der Erfindung ist, die Schlitzmündung so auszubilden, daß der Nachlaufwinkel α' > 0° ist, wodurch der Beschichtungsmischungsstrahl entgegen die Laufrichtung der Bahn 14 gerichtet wird. Der Winkel α' kann in dem Bereich 0° < α' ≤ 90° variiert werden, vorzugsweise in dem Bereich 0° < α' ≤ 60°.
Gemäß 2 wird der Totalfluß 15 des Beschichtungsmischungsstrahls nach der Schlitzmündung 5 in zwei Zweige aufgeteilt, in eine Rückströmung 16 und eine Beschichtungsmischungsströmung 17. Aufgrund der geneigten Richtung und Geschwindigkeit des Strahls beträgt die Rückströmung ungefähr 30 bis 60% des Gesamtflußes 15. Vorzugsweise liegt der Anteil der Rückströmung bei ungefähr 50%.
Außer durch den Winkel α' kann die Erfindung auch durch den Richtungsvektor 18 entlang der Schlitzmündungs-Begrenzungsfläche 11 der unteren Lippe 3 charakterisiert werden, wobei dieser Vektor in eine Vektorkomponente 21 senkrecht zum Tangential-Geschwindigkeitsvektor 19 der Bahn und in eine Vektorkomponente 20 entgegengerichtet dem Tangential-Bahngeschwindigkeitsvektor auf geteilt werden kann. Eine Voraussetzung für den korrekten Einsatz des Beschichtungsmischungsstrahls ist das Vorhandensein der entgegengerichteten Vektorkomponente 20. Da der Richtungsvektor 18 den Nachlaufwinkel des Beschichtungsmischungsstrahls bestimmt, kann der Vektor 18 auch durch den Winkel α' definiert werden. Der Vektor 18 beschreibt auch den Winkel α' mit der Normalen 13 ein.
Im Vergleich mit 2 besitzt die Ausführungsform nach 3 einen leicht vergrößerten Krümmungsradius r und ist die Begrenzungsfläche 11 gekürzt, wodurch die Winkel α und α' kleiner wurden.
Die in 2 und 3 dargestellten unteren Lippen 3 können leicht durch ein flexibles Blatt ersetzt werden, wodurch die Vorrichtung einfach zur Benutzung mit unterschiedlichen Bahnmaterialien und Beschichtungsmischungen umwandelbar ist.
4 zeigt eine alternative Ausführungsform gemäß der Erfindung, bei der die Schlitzmündungs-Begrenzungsflächen 9 und 11 im wesentlichen ohne Krümmung ausgebildet sind.

Claims

Strahlbeschichtungsvorrichtung zum Ausbringen von Beschichtungsmischung auf eine auf einer Stützwalze (1) laufende Bahn (14), berührungsfrei bei Umgebungsdruck, welche Vorrichtung – eine bahnseitig angeordnete obere Lippe (2) mit gekrümmter Umrisslinie und – eine benachbart zur oberen Lippe (2) relativ zur Laufrichtung der Bahn (14) im wesentlichen auf der Nachlaufseite angeordnete untere Lippe (3) mit einer an die gekrümmte Form der oberen Lippe (2) angepassten gekrümmten Umrisslinie aufweist, wobei die Schlitzmündungs-Begrenzungsfläche (9) der oberen Lippe (2) und die Schlitzmündungs-Begrenzungsfläche (11) der unteren Lippe (3) eine zum Zuführen der Beschichtungsmischung auf die Bahn (14) geeignete Schlitzmündung (5) bilden, wobei in der Schlitzmündung (5) der Richtungsvektor (18) längs der Schlitzmündungs-Begrenzungsfläche (11) der unteren Lippe (3) eine Vektorkomponente (20) entgegengesetzt dem Tangential-Geschwindigkeitsvektor (19) der Bahn (14) an der Stützwalze (1) hat.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Lippe (3) Steuermittel (4) zum Einstellen der Lage der unteren Lippe (3) und zum Ausrichten der Richtung des Austrittsstrahls aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel eine Einstellschraube (4) aufweisen.
Strahlbeschichtungsverfahren zum Aufbringen von Beschichtungsmischung auf eine laufende Bahn (14), berührungsfrei bei Umgebungsdruck, wobei der Richtungsvektor des aus einer Schlitzmündung austretenden Beschichtungsmischungsstrahls eine Vektor komponente entgegengesetzt zur Laufrichtung der Bahn (14) hat, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungsstrahl mit einer genügend hohen Geschwindigkeit aufgebracht wird, um eine Aufspaltung des Strahlstroms in eine Rückströmung (16) und eine Beschichtungsmischungs-Auftragströmung (17) zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungsmischungsstrahl so gerichtet wird, dass der Nachlaufwinkel α', einbeschrieben zwischen einerseits der oberen Strahloberfläche an der Mündung der unteren Lippe (3) und andererseits der Normalen (13) der an der Schlitzmündung (5) gezogenen Tangente (7) der Bahn, größer als 0° ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Nachlaufwinkel α' durch Verstellen der unteren Lippe (3) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Nachlaufwinkel α' eingestellt wird durch Verstellen der unteren Lippe (3) mittels einer Einstellschraube (4).