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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung band- oder folienförmiger Produkte aus metallischem oder metalloxydischem Material, wobei metallische oder metalloxydische Schmelze aus mindestens einem Vorratsbehälter (2) durch mindestens eine Düsenöffnung (3) auf die Oberfläche eines kontinuierlich bewegten Kühlkörpers (1) aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Erstarrungsvorgang der Schmelze durch unterschiedliche Kühlleistungen auf verschiedenen Kühlkörper-Oberflächenbereichen und/oder durch unterschiedliche Strukturierung verschiedener Kühlkörper-Oberflächenbereiche beeinflusst wird, und dass nach Erstarren der Schmelze das metallische oder metalloxydische Produkt von der Kühlkörperoberfläche getrennt wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussung der Kühlleistung durch Zwangskühlung erfolgt, und dass die Kühlleistung in quer zur Bewegungsrichtung des Kühlkörpers verteilten benachbarten Kühlzonen unterschiedlich bemessen wird.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussung der Kühlleistung durch Beaufschlagung unterschiedlich gut wärmeleitender Bereiche innerhalb der Kühlkörperoberfläche aus einem gemeinsa- men Kühlmittelpotential erfolgt.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass quer zur Bewegungsrichtung des Kühlkörpers (1) verlaufende nebeneinander liegende Bereiche unterschiedlichen Kühlkörpermaterials mit unterschiedlichen Wärmeleitungseigenschaften vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche unterschiedlichen Kühlkörpermaterials an einen gemeinsamen Kühlkreis mit einem fluiden Kühlmedium angeschlossen sind.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühl körperoberfläche mit einer segmentierten und/oder perforierten und/oder profilierten Oberflächenstruktur versehen ist.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung band- oder folienförmiger Produkte aus metallischem oder metalloxydischem Material, wobei metallische oder metalloxydische Schmelze aus mindestens einem Vorratsbehälter durch mindestens eine Düsenöffnung auf die Oberfläche eines kontinuierlich bewegten Kühlkörpers aufgebracht wird.
Eine bekannte Vorrichtung zur Herstellung von dünnen metallischen Bändern, vorwiegend amorpher Struktur, verwendet ebenfalls einen gegenüber einer Düse kontinuierlich bewegten Kühlkörper (EP 0 040 069). Danach ist die Beschichtung der Kühlkörperoberfläche mit unterschiedlichen Materialien bekannt, dies jedoch im Hinblick auf die Erzielung bestimmter physikalischer Oberflächeneigenschaften, insbesondere zur einwandfreien und leichten Ablösung der produzierten Bänder von der Kühlkörperoberfläche.
Schliesslich ist ein trommelförmiger Kühlkörper bekannt, welcher eine Umfangsnut enthält (GB 2 083 455). Die Umfangsnut auf der Trommel dient gewissermassen als Giessform für einen relativ dicken Materialstreifen, der später quer zu Scheibchen geschnitten werden kann, wie sie bei der Halbleiterherstellung üblicherweise Verwendung finden.
Alle bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Bändern der eingangs erwähnten Art dienen zur Herstellung von Bändern homogener Strukturen. Es sind weder Verfahren oder Vorrichtungen zur Herstellung von Bändern bekannt, welche nebeneinander liegende abgegrenzte Bereiche unterschiedlicher metallurgischer Struktur noch solche unterschiedlicher geometrischer Struktur enthalten.
Dies trotz eines starken und grossen Bedarfs an derartigen Bändern, beispielsweise für Verpackungsfolien, die bisher immer noch mit dem aufwendigen und kostenintensiven Walzverfahren hergestellt werden, oder für Massenprodukte, insbesondere Kleinteile, aus Band- oder Folienmaterial, welche bisher aus geschlossenen Folien oder Bändern ausgestanzt werden mussten. Auch dieses Stanzverfahren stellt einen besonders aufwendigen Verfahrensschritt dar.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, welche die Herstellung von Bändern bzw. Folien mit benachbarten Bereichen unterschiedlicher metallischer und/ oder geometrischer Struktur erlauben. Diese Aufgabe wird für das eingangs definierte Verfahren durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Es lassen sich damit Bänder der gewünschten Eigenschaft auf besonders einfache und kostensparende Weise herstellen, wobei sich für die Produkte völlig neue Anwendungsgebiete ergeben.
Auf dem Gebiet der Verpakkungsindustrie ist es beispielsweise möglich, eine Verpakkungsfolie herzustellen, welche im mittleren Teil eine andere Struktur aufweist als in den Randbereichen, so dass sie mit weichen und falzbaren Randbereichen ausgestattet werden kann, wobei der mittlere Bereich der Folie wahlweise luftdurchlässig oder luftundurchlässig sein kann und die Randbereiche sich zum schnellen und einwandfreien Falzen um andere Verpackungsteile eignen. Durch Segmentierung, Perforierung oder Profilierung der Kühlkörperoberfläche lassen sich geometrisch abgegrenzte Bereiche definieren, so dass sich einerseits Folien mit strukturierter Oberfläche und andererseits solche mit formbegrenzten Einzelbereichen herstellen lassen, so dass auf einfache und zweckmässige Weise die Massenherstellung von Kleinteilen aus Band- oder Folienmaterial möglich ist.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 die Prinzipdarstellung der Gesamtvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,
Figur 2 die Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit mehreren Vorratsbehältern, zur Erzeugung eines Bandes oder einer Folie mit nebeneinander liegenden Bereichen unterschiedlicher Materialien oder Qualitäten,
Figur 3 die Aufsicht auf eine Kühltrommel mit segmentierter Oberflächenstruktur,
Figur 4 die Trommel gemäss Figur 3 in Schnittdarstellung,
Figur 5 die Aufsicht auf eine Kühltrommel mit perforierter Oberflächenstruktur,
Figur 6 die Trommel gemäss Figur 5 in Schnittdarstellung,
Figur 7 die Aufsicht auf eine Kühltrommel mit profilierter Oberflächenstruktur,
Figur 8 die Trommel gemäss Figur 7 in Schnittdarstellung,
Figur 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel in Schnittdarstellung und
Figur
10 die Aufsicht auf das Beispiel gemäss Figur 9.
Die in Figur 1 im Prinzip dargestellte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens enthält eine als Kühlkörper wirkende kontinuierlich rotierende Trommel 1, einen Vorratsbehälter 2 mit mindestens einer Düsenöffnung 3 und einer induktiven Heizvorrichtung 4 zum Aufheizen der im Vorratsbehälter 2 befindlichen Schmelze. Die Düsenöffnung
3 ist im Abstand d gegenüber der Oberfläche der Trommel 1 angeordnet. Im Vorratsbehälter 2 ist schmelzflüssiges Metall bzw. eine Metallegierung oder Metalloxyd enthalten, welches gegebenenfalls aus einer Quelle 5 nachgeführt wird. Sowohl der Vorratsbehälter 2 als auch die gesamte Vorrichtung können als Druck- oder Inertgassystem betrieben werden, was in Figur 1 schematisch durch einen an den Vorratsbehälter 2 angeschlossen Druckbehälter 6 angedeutet ist. An die induktive Heizvorrichtung 4 ist eine geregelte Stromversorgungseinrichtung 7 angeschlossen.
Die aus dem Vorratsbehälter 2 strömende Schmelze bildet auf der als Substrat dienenden Oberfläche der Trommel 1 eine dünne Schmelzenschicht. Die als Kühlkörper ausgebildete Trommel 1 erzeugt innerhalb der dünnen Schmelzenschicht ein Temperaturgefälle, welches zur sofortigen Erstarrung der Schmelze und zur Bildung einer geschlossenen Materialbahn auf dem Substrat führt. Durch Wahl der Schmelzentemperatur mit Hilfe der regelbaren Stromversorgungseinrichtung 7 sowie durch Wahl der Bewegungsgeschwindigkeit des Substrats, im Beispiel also der Umdrehungsgeschwindigkeit für die Trommel 1, sowie durch Wahl des Temperaturgradienten auf der Substratoberfläche lässt sich bestimmen, ob die erzeugte Materialbahn eine vorwiegend amorphe oder kristalline Struktur aufweisen soll. Am erzeugten Produkt lassen sich derartige Kristallstrukturen beispielsweise durch Röntgenbeugungsmessungen feststellen.
Kristalline Materialien zeigen charakteristische scharfe Beugungslinien, während sich bei amorphen Materialien die Intensität im Röntgenbeugungsbild nur langsam mit dem Beu gungswinkel ändert.
Bei Verwendung von getrennten Vorratsbehältern 2A, 2B, 2C mit Düsenöffnungen 3A, 3B, 3C gemäss Figur 2 lassen sich Materialbahnen herstellen, welche nebeneinander unterschiedliches Material oder gleiches Material mit unterschiedlicher Kristallstruktur (kristallin bzw. amorph) enthält. Eine auf diese Weise hergestellte Folie erscheint als mechanisch einheitliches Gebilde. In den einzelnen Vorratsbehältern 2A, 2B, 2C sind beispielsweise unterschiedliche Metalle oder Legierungen enthalten, welche auf der Trommel 1 zu einem einheitlichen Band erstarren.
Gemäss einer Ausführungsvariante sind gemäss Figur 2 drei Kühlvorrichtungen 8A, 8B und 8C vorgesehen, welche die Trommel 1 in Bereichen 1A, 1B und 1C mit Hilfe eines fluiden Kühlmediums, beispielsweise mit Luft oder Inertgas anströmen. Durch Wahl geeigneter Kühlleistungen mit Hilfe der Kühlvorrichtungen 8A, 8B und 8C lassen sich damit auf der Trommeloberfläche in den Bereichen 1A, 1B und 1C unterschiedliche Temperaturbereiche schaffen. Damit werden die aus den Vorratsbehältern 2A, 2B, 2C ausströmenden Schmelzen beim Auftreffen auf die Trommeloberfläche unterschiedlich stark abgeschreckt, wodurch sich eine gewünschte Kristallstruktur auf einem der Trommelbereiche 1 A, 1 B und 1 C innerhalb der entstehenden geschlossenen Materialbahn erzielen lässt.
Nach dem zuvor beschriebenen Verfahren lässt sich auch eine geschlossene Materialbahn aus nebeneinander liegenden Bereichen unterschiedlichen Materials herstellen. In diesem Fall wird in die Vorratsbehälter 2A, 2B, 2C die entsprechende Schmelze des gewünschten Materials eingefüllt und auf der Trommeloberfläche eine nahtlos ineinander übergehende geschlossene Bahn mit nebeneinander liegenden Bereichen unterschiedlichen Materials erzeugt. Die Kühlbedingungen auf der Trommeloberfläche werden dabei über die Kühlvor- richtungen 8A, 8B, 8C nach an sich bekannten Kriterien derart eingestellt, dass sich die Erstarrungsbedingungen auf der Trommeloberfläche an die gewählte Abzugsgeschwindigkeit, also an die Umdrehungszahl der Trommel, anpasst.
Gemäss den Figuren 3 und 4 ist die Trommeloberfläche mit Trennrippen 9A, 9B, 9C versehen, welche dazwischen liegende Substratbereiche 10A, 10B. voneinander trennen. In den Substratbereichen 10A, 10B, bilden sich Foliensegmente, welche in den Bereichen der Trennrippen 9A. 9B, 9C nur schwach voneinander getrennt sind, so dass sich das entstehende bandförmige Material als Ganzes von der Trommel 1 abziehen lässt und sich die Segmente in einer späteren Verarbeitungsstufe, beispielsweise bei der Endverarbeitung der Folien, leicht voneinander trennen lassen.
Gemäss dem in den Figuren 5 und 6 gezeigten Ausfüh rungsbeispiel sind in der Trommel Perforationen 1 A, l l B.
1 lC angebracht, welche beliebige Formen aufweisen können. Die perforierten Bereiche der Trommeloberfläche werden von der aufgebrachten Schmelze nicht benetzt, so dass sich im entstehenden bandförmigen Material entsprechende Aussparungen bilden. Auf diese Weise lassen sich bisher übliche zusätzliche Verfahrensschritte, wie Stanzen. vermeiden.
Es wird damit direkt bei der Herstellung der Folien bzw.
Bänder ein hohes Mass an Weiterverarbeitungsfähigkeit erzielt. In Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels können auf der Trommeloberfläche anstelle von Aussparungen auch als Matrizen vorstehende Bereiche vorgesehen sein, so dass das gebildete bandförmige Material eine entsprechende Form aufweist.
Auch in dem anhand der Figuren 5 und 6 beschriebenen Ausführungsbeispiel lassen sich unterschiedliche Materialien oder Materialeigenschaften in nebeneinander liegenden Bereichen kombinieren.
In dem in den Figuren 7 und 8 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Kühltrommel sind auf der Trommeloberfläche Profile 12A, 12B, beispielsweise Rippenprofile, angebracht, welche im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäss den Figuren 3 und 4 sanfte Übergänge aufweisen, so dass die Rippen gleichmässig von der Schmelze überzogen sind und ein entsprechendes folien- oder bandförmiges Material bilden. Auch ein solches folien- oder bandförmiges Material dient als hochwertiges Halbzeug, beispielsweise für die Herstellung von Katalysatorfolien in der chemischen Verfahrenstechnik.
In einem Ausführungsbeispiel gemäss den Figuren 9 und 10 weist die Trommel 1 periodische Quernuten 13 auf. Bei Verwendung einer feinen Düsenöffnung 3 lassen sich damit Materialfasern herstellen, deren Länge dem Abstand zwischen den Quernuten entspricht. Im Beispiel wies die Trommel 1 einen Durchmesser von 280 mm auf. Die Faserlänge von 2 cm wurde durch ein Segmentieren des Rades im Abstand von 2 cm erreicht. Die V-förmige Quernut 13 hatte eine Vertiefung von 1 mm und einen Winkel von 60. Die Umdrehungszahl der Trommel betrug 1500 U/min, was einer Giessgeschwindigkeit von 1,32 km/min entspricht. Die verwendete Düse hatte ein Loch von 0,5 mm Durchmesser.
Der Abstand d der Düsenöffnung zum Rad betrug ca. 2 mm. Das Ausführungsbeispiel wurde mit einer Fe40 Ni40B20-Legierung durchgeführt. Typische Dimensionen der Fasern waren: Breite 0,5 mm, Länge 20 mm, Dicke 30 um.
Solche kurzen Fasern aus metallischen Gläsern lassen sich zur Verstärkung von Kunststoffen, Keramik oder Zement verwenden. Sie bilden ferner ein Ausgangsmaterial zum Pressen und Sintern bei der Herstellung kompakter, glasartiger oder feinkristalliner Werkstücke.
Gemäss einem abgewandelten Ausführungsbeispiel. bei welchem die Düsenöffnung 3 als Schlitz ausgebildet war, wurden breite Folienstücke hergestellt. Es wurde eine Schlitzdüse mit 20 mm Breite benutzt. Der Abstand d betrug ca. 0,3 mm. Als Legierung wurde Fe40Ni40B20 verwendet. Die Dimensionen eines Folienstückes: 20 mm breit.
20 mm lang und 60 Fam dick.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel zur Herstellung profilierter Bänder oder Bandstücke gemäss den Fig. 7 und 8 wies die Trommel 1 einen Durchmesser von etwa 320 mm auf. Die Trommeloberfläche war mit einem leicht abgerundeten Längsprofil der Breite 1,5 mm und einer Erhebung von 0,2 mm versehen. Die Umdrehungszahl betrug 1500 U/ min. Die verwendete Düse war als Schlitzdüse ausgebildet und hatte eine Breite von 9 mm. Der Abstand zwischen Düsenöffnung und Profiloberfläche betrug 0,3 mm. Typische Werte für die Dimensionen des Bandes mit profiliertem Querschnitt waren gemäss Fig. 11: Breite 9 mm, Dicke an den Enden 45 llm, Dicke in der Mitte: 35 ,um.
Gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel wurden zuvor erzeugte Folien und anderes Halbzeug unter mehrfacher Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens mehrfach beschichtet, so das sich Halbzeug mit mehreren Schichten von unterschiedlichem Material bzw. unterschiedlicher Kristallstruktur ergab. Beispielsweise wurde die als Kühlkörper dienende Trommel 1, welche als Substrat für die herzustellenden Bänder oder Schichten dient, durch ein geeignetes Halbzeug, beispielsweise durch Rohre oder andere Werkstücke ersetzt, welche mit Hilfe der beschriebenen Einrichtung und dem beschriebenen Verfahren zu beschichten sind.
Das zu beschichtende Halbzeug wird unter Einhaltung einer kontinuierlichen Ziehgeschwindigkeit unter dem Düsenkörper fortbewegt und je nach Materialeigenschaften bzw. Wärmeleiteigenschaften des als Substrat dienenden Halbzeugs gekühlt, so dass sich auf der Oberfläche eine Beschichtung mit der gewünschten Kristallstruktur (kristallin oder amorph) bildet. Auf diese Weise hergestellte Rohre mit einer amorphen Beschichtung weisen bei geeigneter Wahl des Beschichtungsmaterials ein besonders hohes Mass an Korrosionsfestigkeit auf. Sie lassen sich besonders vorteilhaft auf dem Gebiet des chemischen Apparatebaus einsetzen. Dabei sind sie wesentlich preiswerter als bisher verwendete Vollmaterialrohre für diesen Zweck, da als Halbzeug einfaches und billiges Material verwendet werden kann.