DE4336365A1 - Strahlbeschichtungsvorrichtung und Verfahren - Google Patents

Strahlbeschichtungsvorrichtung und Verfahren

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Description

Die Erfindung betrifft eine Strahlbeschichtungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft auch die Strahlbeschich­ tung.
Die EP Patentveröffentlichung 0 466 420 offenbart ein Strahlbe­ schichtungsverfahren, bei dem eine Strahlbeschichtungsvorrich­ tung zum Aufbringen der Beschichtungsmischung auf die Bahn ver­ wendet wird und das endgültige Beschichtungsgewicht mittels ei­ nes wirklichen Streichblattes gesteuert wird. Die Beschichtungs­ mischung wird auf die Bahn bei Umgebungsdruck ohne eine unter Druck gesetzte Beschichtungskammer aufgebracht. Die Strahlbe­ schichtungseinheit der Vorrichtung ist um ihre Spitze verdreh­ bar, wodurch sie, falls notwendig, einen fast senkrechten Auf­ trag des Beschichtungsmischungsstrahls auf die Bahn erlaubt. Insbesondere bei hohen Bahngeschwindigkeiten (über 1000 m/min) treten Probleme durch mitgerissene, über die Bahn in die aufge­ brachte Beschichtungsmischung eingetragene Luft auf, was zu ver­ minderter Beschichtungsqualität, Marmorierung und möglicherweise unbeschichteten Flächen führt. Außerdem verursacht die mit der Bahn mitgerissene Luft Unebenheiten der aufgebrachten Beschich­ tung. Eine ausreichende Eindringung der Mischung in die Bahn ist ebenfalls schwierig zu erreichen.
Weiterhin ist aus dem U.S. Patent 5,104,697 eine Bürstenauftrag­ vorrichtung 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, ins­ besondere wenn die Spannungsverteilung der Grundbahn ungleich ist, wodurch die zwei die Bahn berührenden Punkte (Beschichtungsvorrichtung und Streichblatt) eine schädliche, un­ gleiche Verteilung der Quermaschinen-Bahnspannung zwischen die­ sen zwei Punkten verursachen. Eine solche Situation ruft Lauf­ probleme unter gewissen Bedingungen hervor.
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 Strahlbeschich­ tungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 bzw. mit einem Verfahren gemäß Anspruch 6 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen beschrieben.
Die Erfindung beruht auf einem solchen Design der Vorrichtung, daß ein Beschichtungsmischungsstrahl aus einer Strahlbeschich­ tungsvorrichtung, die ohne Berührung in Abstand von der Bahn und bei Umgebungsdruck arbeitet, zumindest teilweise gegen die Lauf­ richtung 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 gerich­ tete Strahlbeschichtung verhindert auch, daß mit der Bahn mitge­ rissene Luft in die Beschichtungsmischung eingetragen wird, so daß das Auftreten unbeschichteter Flächen auf der Bahn weitge­ hend 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:
Fig. 1 eine längsgeschnittene Seitenansicht einer Strahlbe­ schichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine Einzelheit der in Fig. 1 dargestellten Vorrich­ tung;
Fig. 3 eine alternative Ausführungsform zu der in Fig. 2 dar­ gestellten; und
Fig. 4 eine längsgeschnittene Seitenansicht einer anderen Strahlbeschichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
Mit Bezug auf Fig. 1 ist eine tangential zur Oberfläche einer Stützwalze 1 an der Schlitzmündung 5 einer im wesentlichen un­ terhalb der Stützwalze 1 angeordneten Strahlbeschichtungsvor­ richtung gezogene Tangentenlinie 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 Schlitzmün­ dungs-Begrenzungsfläche 9 der oberen Lippe und durch eine pas­ send gekrümmte Schlitzmündungs-Begrenzungsfläche 11 der unteren Lippe 3 gebildet. Der Weg der Beschichtungsmischung beginnt als ein schmaler Kanal 6, der sich typischerweise in eine Schlitz­ mündung 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 Quermaschinen­ richtung zumindest über die Quermaschinenbreite der Bahn 14 er­ strecken muß. Die Weite der Schlitzmündung 5 liegt typischerwei­ se 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 Beschichtungs­ mischung, wenn die Schlitzmündung 5 kleiner eingestellt wird.
Auch die obere Lippe 2 kann mit Bezug zum Beschichterrahmen ein­ stellbar angeordnet sein, wodurch auch eine Querschnittseinstel­ lung des Kanals 6, falls nötig, möglich ist. Die gekrümmte Spit­ ze 9 der oberen Lippe 2 ruft den bekannten Coanda-Effekt hervor, wodurch der Beschichtungsmischungsstrahl dazu neigt, an der Be­ grenzungsfläche 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 Fig. 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 Beschichtungs­ mischungsstrahl 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 (Fig. 1), welche die Weite der Schlitz­ mündung 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 Begrenzungs­ fläche 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 Zulauf­ richtung der Bahn 14 gekrümmt ist, wodurch eine gewünschte Rich­ tung des Beschichtungsmischungsstrahls erreicht wird. Weiterhin muß die Geschwindigkeit des Beschichtungsmischungsstrahls aus­ reichend hoch sein, um die Aufspaltung des Strahlstroms in zwei Ströme 16 und 17 zu erzielen. Eine ausreichende Grenzgeschwin­ digkeit ist 1,5 m/s, wenn der Abstand der Schlitzmündung 5 von der Bahn 3 mm ist, die Schlitzmündungsweite 2 mm und die Bahnge­ schwindigkeit 1000 m/min beträgt. Die Mindestgrenzgeschwindig­ keit des Strahls ist höher, wenn der Abstand der Schlitzmündung 5 von der Bahnoberfläche weiter ist. Ein Vergrößern der Bahnge­ schwindigkeit hat auch ein Vergrößern der Mindestgrenzgeschwin­ digkeit des Beschichtungsmischungsstrahls zur Folge. Eine ge­ wünschte Strahlgeschwindigkeit wird mittels einer (nicht darge­ stellten) effizienten Beschichtungsmischungspumpe erzielt.
Das Grundprinzip der Erfindung ist, die Schlitzmündung so auszu­ bilden, daß der Nachlaufwinkel α′ < 0° ist, wodurch der Be­ schichtungsmischungsstrahl 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 Fig. 2 wird der Totalfluß 15 des Beschichtungsmischungs­ strahls 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 Vek­ tor in eine Vektorkomponente 21 senkrecht zum Tangential-Ge­ schwindigkeitsvektor 19 der Bahn und in eine Vektorkomponente 20 entgegengerichtet dem Tangential-Bahngeschwindigkeitsvektor auf­ geteilt werden kann. Eine Voraussetzung für den korrekten Ein­ satz des Beschichtungsmischungsstrahls ist das Vorhandensein der entgegengerichteten Vektorkomponente 20. Da der Richtungsvektor 18 den Nachlaufwinkel des Beschichtungsmischungsstrahls be­ stimmt, kann der Vektor 18 auch durch den Winkel α′ definiert werden. Der Vektor 18 beschreibt auch den Winkel α′ mit der Nor­ malen 13 ein.
Im Vergleich mit Fig. 2 besitzt die Ausführungsform nach Fig. 3 einen leicht vergrößerten Krümmungsradius r und ist die Begren­ zungsfläche 11 gekürzt, wodurch die Winkel α und α′ kleiner wur­ den.
Die in Fig. 3 und 4 dargestellten unteren Lippen 3 können leicht durch ein flexibles Blatt ersetzt werden, wodurch die Vorrich­ tung einfach zur Benutzung mit unterschiedlichen Bahnmaterialien und Beschichtungsmischungen umwandelbar ist.
Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführungsform gemäß der Erfin­ dung, bei der die Schlitzmündungs-Begrenzungsflächen 9 und 11 im wesentlichen ohne Krümmung ausgebildet sind.

Claims (9)

1. Strahlbeschichtungsvorrichtung zum Aufbringen von Beschich­ tungsmischung auf eine laufende Bahn (14), berührungsfrei bei Umgebungsdruck, welche Vorrichtung
  • - eine nahe zur Bahn (14) angeordnete obere Lippe (2) und
  • - eine benachbart zur oberen Lippe (2) relativ zur Laufrichtung der Bahn (14) im wesentlichen auf der Nachlaufseite angeordnete untere Lippe (3) aufweist, wobei die Schlitzmündungs-Begrenzungsfläche (9) der oberen Lippe (2) und die Schlitzmündungs-Begrenzungs­ fläche (11) der unteren Lippe (3) eine zum Zuführen der Beschichtungsmischung auf die Bahn (14) geeignete Schlitzmündung (5) bilden,
    dadurch gekennzeichnet, daß
  • - in der Schlitzmündung (5) zumindest der Richtungs­ vektor (18) längs der Schlitzmündungs-Begrenzungsflä­ che (11) der unteren Lippe (3) eine Vektorkomponente (20) entgegengesetzt dem Tangential-Geschwindigkeits­ vektor (19) der Bahn (14) hat.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Lippe (3) eine gekrümmte Umrißlinie besitzt und sie sich an der Schlitzmündung (5) zur Zulaufrichtung (19) der Bahn (14) erstreckt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenbereich (9) der oberen Lippe eine gekrümmte Um­ rißlinie besitzt und die Schlitzmündungs-Begrenzungsfläche (11) der unteren Lippe (3) eine Form hat, die im wesentlichen der ge­ krümmten Form der oberen Lippe (2) angepaßt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Lippe (3) Steuermittel (4) zum Einstellen der La­ ge der unteren Lippe (3) und zum Ausrichten der Richtung des Austrittsstrahls aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel eine Einstellschraube (4) aufweisen.
6. Strahlbeschichtungsverfahren zum Aufbringen von Beschich­ tungsmischung auf eine laufende Bahn (14), berührungsfrei bei Umgebungsdruck, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschichtungsmischungsstrahl gegen die Zulaufrichtung der Bahn (14) mit einer genügend hohen Geschwindigkeit gerichtet ist, um eine Aufspaltung des Strahlstroms in eine Rückströmung (16) und eine Beschichtungsmischungs-Auftragströmung (17) zu er­ halten.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschichtungsmischungsstrahl so gerichtet wird, daß der Nachlaufwinkel α′, einbeschrieben zwischen dem Beschichtungsmi­ schungsstrahl und der Normalen (13) der tangential an der Schlitz­ mündung (5) gezogenen Tangentenlinie (7), größer als 0° ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachlaufwinkel α′ durch Verstellen der unteren Lippe (3) eingestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachlaufwinkel α′ eingestellt wird durch Verstellen der unteren Lippe (3) mittels einer Einstellschraube (4).
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