DE2027821B2

DE2027821B2 - Vorrichtung zum Abstreifen überschüssiger Beschichtungsmaterialien

Info

Publication number: DE2027821B2
Application number: DE2027821A
Authority: DE
Inventors: Paul New Lambton Neusuedwales Reid (Australien)
Original assignee: John Lysaght International Holdings SA
Current assignee: John Lysaght International Holdings SA
Priority date: 1969-06-05
Filing date: 1970-06-05
Publication date: 1978-07-13
Also published as: JPS516615B1; DE2027821C3; DE2027821A1; FR2050041A5; ZA703660B; CA939212A; BE751553A; MY7400011A; GB1302719A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abstreifen überschüssiger Beschichtungsmaterialien, insbesondere überschüssiger Beschichtungsflüssigkeiten, von einem Streifenmaterial, bei der gegen das Streifenmaterial ein Gasstrahl aus einer Düse geblasen wird, die sich seitlich vom Streifenmaterial erstreckt, und bei der das beschichtete Streifenmaterial in Längsrichtung an der Düse vorbeigeführt wird, wobei im Düsenschlitz auslaufende erste Abschnitte der Düse sowohl in Längsrichtung wie in Querrichtung des Düsenschlitzes parallel verlaufen und wobei die Länge der ersten Abschnitte in Querrichtung des Düsenschlitzes nicht größer als die Weite des Schlitzes ist.

Eine bekannte derartige Vorrichtung bzw. Düse (vgl. DE-PS 6 61 041) hat eine Schlitzweite von etwa 0,6 mm (vgl. Seite 5, Zeile 18 der DE-PS). Dies entspricht ungefähr der Schlitzweite von 0,5 mm, welche die Düse aufweist, mit der die Kurve A in F i g. 2 der vorliegenden Anmeldung aufgenommen worden ist. Hieraus folgt, daß die bekannte Einrichtung im wesentlichen die gleichen Unzulänglichkeiten aufweist, wie sie durch die Kurve A dokumentiert werden, also eine erhebliche Differenz des Überzugsgew ichtes bzw. der Überzugsdicke bei unterschiedlichem Abstand zwischen Düse und Streifenmaterial und keinen Abstandsbereich zwischen Düse und Streifenmaterial, in welchem das Gewicht bzw. die Dicke des Überzugs im wesentlichen konstant ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Unzulänglichkeiten der bekannten Vorrichtung zu vermeiden und eine Vorrichtung der eingangs erläuterten Art zu schaffen, bei welcher in einem bestimmten Abstandsbereich zwischen Düse und Streifenmaterial eine optimale und gleichmäßige Wirksamkeit des Gasstrahls zur Herstellung eines einheitli

chen Überzugs erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß vom Düsenschlitz abgewandte zweite Abschnitte der Düse in Längsrichtung des Schlitzes parallel und in Richtung weg vom Düsenschlitz divergent verlaufen und daß zwischen den ersten Abschnitten und den zweiten Abschnitten gekrümmte dritte Abschnitte angeordnet sind, die tangential in die ersten und zweiten Abschnitte übergehen, daß die

ίο Weite des Düsenschlitzes in Bewegungsrichtung des Streifenmaterials zwischen 2,5 mm und 12,5 mm liegt und der Abstand der Düse von dem zu behandelnden Streifenmaterial mindestens das achtfache der Weite des Düsenschlitzes beträgt

Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung der Düse in drei in besonderer Weise ausgebildete und miteinander in Beziehung stehende Abschnitte in Verbindung mit der erheblich vergrößerten Schlitzweite der erfindungsgemäßen Düse und deren Beziehung zum Abstand

zwischen Düse und Streifenmaterial wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung geschaffen, mit welcher, wie experimentiell nachgewiesen wurde (vgl. insbesondere Fig.2, Kurven B, C) ein optimales Abstreifen von Beschichtungsmaterial unter Ausbildung eines einheitli-

chen Überzugs auch bei schwankendem Abstand zwischen Düse und Streifenmaterial bewirkt werden kann.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nur ein geringer Anteil an Umgebungsluft vom Gasstrahl bis zu

dem Punkt mitgerissen, in welchem das Abstreifen erfolgt. Auf diese Weise ist auch die Temperaturänderung des Gasstrahls auf seinem Weg von der Düse bis zur Abstreifzone geringer. Hierdurch wird beispielsweise beim Beschichten von Stahlfolien mit Metallschmelze ein Abkühlen des Überzugs und des Tauchbades vermindert

Wenn auch die Vorgänge bei der Entstehung des unangenehmen Lärmes beim Abstreifen mit Hilfe von Düsen nicht ganz geklärt sind, wird der Lärm

zumindestens teilweise der Turbulenz im Düsenstrahl zugeschrieben. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Düse wird die Turbulenz im Düsenstrahl vermindert, wodurch der unangenehme Lärmpegel während des Betriebs zumindestens teilweise herabgedrückt wird.

Der geringe erforderliche statische Druck für eine bestimmte Abstreifkraft bei der erfindungsgemäßen Düse verglichen mit dem erforderlichen Druck bei den bekannten Düsen mit engem Schlitz wird der Tatsache zugeschrieben, daß bei der erfindungsgemäßen Düse

^rx> der höchst dynamische Druck des Düsenstrahls, und damit die Abstreifkraft bei Berührung mit dem Streifenmaterial nicht wesentlich geringer ist als am Austrittsende der Düse. Bei den bekannten Düsen dagegen erfordert das rasche Abklingen des größten

dynamischen Druckes des Gasstrahles zwischen dem Düsenausgang und der Oberfläche des Streifenmaterials einen höheren statischen Druck in der Düse, um den gleichen Wert des höchsten dynamischen Druckes und damit der Abstreifkraft an der Oberfläche des Streifenmaterials zu erreichen. Der statische Druck liegt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Größenordnung zwischen 0,035 at und 1,75 at und vorzugsweise zwischen 0.07 at und 0,35 at bei Streifengeschwindigkeiten zwischen 90 m/min und über 150 m/min. Diese Tatsache macht es möglich, die Geschwindigkeit des Streifenmaterials und die Abstreifkraft zur Überwindung der erhöhten Geschwindigkeit des Streifenmaterials zu erhöhen, indem einfach der Druck erhöht wird,

während der Abstand zwischen Düse und Streifenmaterial unverändert bleibt Dieses Erhöhen der Geschwindigkeit des Streifenmaterials vergrößert die Arbeitsgeschwindigkeit des Beschichtungsverfahrens, d. h. den Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung erheblich.

Im nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Teilschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, und

F i g. 2 ein Diagramm, in welchem die Abhängigkeit der Dickenänderung des Beschichtungsmaterials vom Abstand der Düse zur mittleren Bewegungsbahn des Streifenmaterials für eine bekannte Düse (Kurve A) und für zwei erfindungsgemäße Düsen (Kurven B, C) dargestellt ist

Wie in F i g. 1 dargestellt ist, wird das abstreifende Gas von einem Kopfabschnitt 1 einer Düse 2 durch einen Diffusorschirm 8 zu einem Düsenbereich 3 und dann durch den engsten Bereich eines Austrittsschlitzes 4 gefördert, um einen Düsenstrahl 5 zu bilden, der auf das Streifenmaterial 6 in der Abstreifzone 7 auftrifft Die Weite des Schlitzes 4 ist so gewählt, daß sie mindestens Ve des Abstandes zwischen dem Schlitz 4 und der mittleren Bewegungsbahn beträgt, die vom Streifenmaterial 6 eingenommen wird.

Das innere Profil des Düsenbereiches 3 besteht aus zwei gebogenen Flächen, die in der Zeichnung als gekrümmte Linien erscheinen. Diese Flächen sind zueinander parallel, wenn sie den Schlitz 4 erreichen, aber nur auf einer Strecke, die gleich oder kleiner als die Weite des Schlitzes ist Diese Flächen divergieren zum inneren Teil des Düsenbereichs 3. Die Gasgeschwindigkeit im Schlitz 4 ist so groß, daß sie in gewöhnlichen Rohren, Leitungen oder Düsen eine turbulente Strömung hervorrufen könnte. Es wurde jedoch festgestellt, daß an einem Punkt im Bereich 3, wo die Weite des konvergierenden Gasstromes etwa das Zehnfache oder mehr als die Weite des Austrittsschlitzes 4 beträgt, die Gasgeschwindigkeit niedrig genug ist, um eine laminare Strömung durch die Düse zu erzeugen. Wenn die Strömung im Bereich 3 zwischen glatten gebogenen Flächen in die Strömung am Schlitz 4 übergeht, ist die Gasströmung laminarer als wenn der Gasstrom durch einen langen parallelen Abschnitt hindurchgeführt wird. Ein Düsenabschnitt 9 ist vorzugsweise sehr glatt und schließt sich stufenlos an einen konvergierenden Abschnitt 10 an. Die Krümmung des Abschnittes 9 ist nicht kritisch. Wenn der Abschnitt 9 eine zylindrische Form mit einem Radius hat, der das zwei- bis fünffache der Schlitzweite beträgt, ist die Krümmung des Abschnittes 9 zufriedenstellend.

In Fig. 1 ist auch dargestellt, wie die Turbulenzzone 11, die durch die Wechselwirkung zwischen dem Düsenstrahl und der umgebenden Atmosphäre entsteht, von den Außenbereichen in die Innenbereiche des Düsenstrahls mit zunehmendem Abstand von der Düse fortschreitet. Der nicht turbulente Mittelbereich des Düsenstrahls hat im Austrittsschlitz 4 und an den Stellen 12 und 13 einen dynamischen Druck, der den drei graphischen Darstellungen 4', 12' und 13' entspricht. Dieser Druck, der ein Maß für die Geschwindigkeit des Strahles an den entsprechenden Stellen ist, ist an der Austrittsstelle 4 aus der Düse über die Weite des Strahles nahezu konstant. An der Stelle 12 herrscht der höchste Wert für den dynamischen Druck nur in der Mitte des Strahles und ist gleich dem Wert am Austrittsschlitz 4. Wenn angenommen wird, daß das Streifenmaterial 6 nicht vorhanden ist, und den Düsenstrahl nicht unterbricht, sinkt der höchst dynamische Wert an der Stelle 13 auf einen niedrigeren Wert ab als in der Stelle 12. In diesem Fall wäre die Abstreifkraft bei diesem Abstand vom Schlitz 4 entsprechend geringer. Auch bei diesem Abstand ist jedoch mit der vorliegenden Vorrichtung ein beträchtlicher Vorteil zu erzielen, wie später noch anhand der

ίο F i g. 2 erläutert wird.

Der Abstand zwischen dem Austrittsschlhz 4 und der Stelle 12 für eine laminare Strömung ist proportional der Weite des Schlitzes 4. Mit zunehmender Weite des Schlitzes erhöht sich der Abstand zwischen dem Schlitz 4 und der Stelle 12, auf welchem der höchste dynamische Druck und folglich die Abstreifwirkung im wesentlichen konstant sind.

Diese im wesentlichen konstanten Bedingungen werden anhand der Überzugsgewichte dargestellt die mit verschiedenen Schlitzweiten erzielt wurden, wie in dem Diagramm der F i g. 2 gezeigt ist Dieses Diagramm zeigt drei Kurven A, B und C, welche die Beziehung zwischen dem Oberzugsgewicht auf der der Düse gegenüberliegenden Seite des Streifenmaterials und dem Abstand zwischen Streifenmaterial und Düse für drei verschiedene Schlitzweiten darstellen.

Die Kurve A zeigt eine Beziehung, die für die bekannten Düsen typisch ist, während die Kurven Bund Czwei Beziehungen zeigen, die für die erfindungsgemä-

3ü ße Düse kennzeichnend ist

In der Kurve A ist der Abstand zwischen Düse und Streifenmaterial, im Nachstehenden kurz maßgeblicher Abstand genannt über dem Überzugsgewicht für eine Düse mit einer Schlitzweite von 0,5 mm aufgetragen.

Der maßgebliche Abstand ist die einzige Variable und alle anderen Faktoren sind konstant. Bei der herkömmlichen Düsenanordnung steigt das Überzugsgewicht von etwa 1,1 Einheiten bis zu etwa 4,45 Einheiten, wenn der maßgebliche Abstand von 2,5 mm bis 50 mm steigt.

An keinem Punkt der Kurve entsprechend irgendeiner in der Praxis auftretenden Stellung der Düse (beispielsweise zwischen 2,15 cm und 10 cm) ist irgendeine Stufe oder ein Abschnitt vorhanden, wo das Überzugsgewicht über einen Änderungsbereich des maßgeblichen Ab-Standes auch nur annähernd konstant bleibt

Die im Diagramm eingezeichneten Kurven B und C zeigen die Versuchsergebnisse, die mit den erfindungsgemäßen Düsen erzielt wurden. Die Bedingungen beim Fahren der Versuche A, B und C waren einschließlich

so des Gasdruckes in der Düse alle genau gleich, mit der Ausnahme, daß beim Versuch B eine Düse mit einer Schlitzweite von 5 mm und beim Versuch C eine erfindungsgemäße Düse mit einer Schützweite von 10 mm verwendet wurde. Es ist im Diagramm zu sehen, daß die Ergebnisse der Versuche B und C über den gesamten Bereich des abgeänderten maßgeblichen Abstandes von 0 bis 12,5 cm dem Ergebnis des Versuchs A überlegen sind, was die Gleichmäßigkeit des Überzugsgewichtes betrifft. Beim Versuch B blieb das Überzugsgewicht konstant, während sich der maßgebliche Abstand in einem Bereich zwischen 0 und 3 cm bewegte. Beim Versuch C blieb das Überzugsgewicht konstant, während sich der maßgebliche Abstand in einem Bereich zwischen 0 und 5,8 cm bewegte.

Aus den obigen Ausführungen ist zu entnehmen, daß einer der die Ergebnisse beeinflussenden Hauptfaktoren die Schlitzweite am Düsenauslaß ist Dies ist jedoch nicht der einzige Faktor, obgleich er sehr bedeutend ist.

Wenn die Weite (10 mm) der im Versuch C verwendeten Düse das Doppelte der Weite (5 mm) der im Versuch B verwendeten Düse beträgt, bedeutet dies, daß beim Versuch C etwa doppelt soviel Abstreifgas als beim Versuch B verbraucht wird, da der Gasdruck in den Düsen in beiden Fällen der gleiche ist. Da ein übermäßig erhöhter Gasverbrauch nachteilig ist, ist in der Praxis eine Düse vorzuziehen, die bei dem Versuch B verwendet wurde. Diese Düse ergibt einen sehr gleichmäßigen Überzug innerhalb eines Bereiches unterschiedlicher maßgeblicher Abstände, der in der Praxis für die meisten Fälle ausreicht. Die flachen Abschnitte der Kurven ßund C(maßgeblicher Abstand von 0 bis 2,5 cm für Kurve B und 0 bis 5,8 cm für Kurve erstellen die Entfernungen bzw. Abstände dar, über die der höchste dynamische Druck konstant ist. Die Punkte 12 Sund 12 Centsprechen daher der Stelle 12 in Fig. 1. Es sei auch hervorgehoben, daß der höchste dynamische Druck auf den Kurven β und C verglichen mit der Kurve A auch an den Punkten der Kurven B und C noch im wesentlichen konstant ist, die vom Nullpunkt den vierfachen Abstand der Knickpunkte 12 B und 12 C haben und die für Kurve B\m Abstand von 10 cm (Punkt 14) und für die Kurve C im Abstand von 23,2 cm (nicht dargestellt) liegen. Die Erfindung führt also auch noch jenseits des vierfachen maßgeblichen Abstandes zu brauchbaren Ergebnissen. Wenn jedoch die Erfordernisse nach einem zweckmäßigen Abstand zwischen Düse und Streifenmaterial und nach zweckmäßigen Mengen von Abstreifgas und ähnliches in Betracht gezogen werden, dürfte der vierfache maßgebliche Abstand eine praktische Grenze für den maßgeblichen Abstand unter Berücksichtigung wirtschaftlicher Gesichtspunkte darstellen.

Im Nachstehenden wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des mit dieser durchgeführten Abstreifverfahrens anhand eines kontinuierlichen Tauchverfahrens zum Galvanisieren eines Stahlstreifens erläutert. Zu diesem Zweck werden zwei Düsen verwendet, deren Querschnitte jeweils durch zwei zylindrische Flächen gebildet werden, die eine symmetrische, bogenförmig konvergierende Austrittszone ergeben und zu einem mit parallelen Seiten versehenen Austrittsschlitz mit einer Weite von 7,6 mm auslaufen. Die Düsen hatten voneinander einen Abstand von 7,6 cm und waren auf jeder Seite von der mittleren Bewegungsbahn des Streifenmaterials in einem Abstand von 3,8 cm angeordnet. Der Austrittsschlitz lag etwa 50 cm über der Oberfläche des Schmelzbades. Ein Gemisch aus Luft und überhitztem Wasserdampf wurde den Düsen mit einem statischen Druck von 0,162 al zugeführt. Die Düsen wurden so eingestellt, daß der abstreifende Gasstrahl annähernd rechtwinklig zut Oberfläche des Streifenmaterials verlief.

Das Streifenmaterial wurde mit einer Geschwindigkeit zwischen 146 m/min und 165 m/min zwischen der beiden Düsen hindurchbewegt. Die Düsen erzeugten einen glatten Überzug mit einem Gewicht vor 455 gr/m² und mit einer konstanten und gleichmäßiger Dicke auf beiden Seiten des Streifenmaterials, ohne daO dabei darauf geachtet wurde, ob der Streifen flach odei ausgebeult bzw. gut oder schlecht ausgerichtet war, und ohne daß irgendwelche Vorkehrungen zum Unterbinden von Schlag- oder Schwingbewegungen getroffer wurden, die normalerweise auftreten.

Bei einer anderen Ausführungsform zum kontinuierlichen Tauchgalvanisieren eines Stahlstreifens wurder zwei Düsen verwendet, deren Querschnitte jeweils durch zwei zylindrische Flächen gebildet werden, die eine symmetrische, bogenförmig konvergierende Austrittszone ergeben, die in einen mit parallelen Seiter versehenen Austrittsschlitz ausläuft, dessen parallele Seiten weniger als 1,6 mm lang sind und dessen Weit« 5 mm beträgt. Die Düsen hatten voneinander einer Abstand von 7,6 cm, so daß die Düsen von jeder Seite der mittleren Bewegungsbahn des Streifens einer Abstand von 3,8 cm hatten. Der Austrittsschlitz dei Düse lag etwa 60 cm über der Oberfläche des Schmelzbades. Durch jede Düse wurde Luft mit einerr statischen Druck von 0,197 at hindurchgeschickt. Die Düsen wurden so eingestellt, daß der abstreifende Gasstrahl annähernd in einem Winkel von 7" nach unten gerichtet war. Bei einer Arbeitsgeschwindigkeii von 128 m/min erzeugten die Düsen einen glatter Überzug mit einem Gewicht von nicht weniger ah 227,5 gr/m² auf jeder Seite, wobei nicht darauf geachtei wurde, wie nahe sich der Streifen einer der Düser aufgrund der ungenauen Form und Schlagbewegung genähert hat. Wenn der Streifen im wesentlichen in dei mittleren Bewegungsbahn blieb, wurde auf jeder Seite

ein Überzugsgewicht von 227,5 gr/m² festgestellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zum Abstreifen überschüssiger Beschichtungsmaterialien, insbesondere überschüssiger Beschichtungsflüssigkeiten, von einem Streifenmaterial, bei der gegen das Streifenmaterial ein Gasstrahl aus einer Düse geblasen wird, die sich seitlich vom Streifenmaterial erstreckt, und bei der das beschichtete Streifenmaterial in Längsrichtung an der Düse vorbeigeführt wird, wobei im Düsenschlitz auslaufende erste Abschnitte der Düse sowohl in Längsrichtung wie in Querrichtung des Düsenschlitzes parallel verlaufen und wobei die Länge der ersten Abschnitte in Querrichtung des Düsenschlitzes nicht größer als die Weite des Schlitzes ist, dadurch gekennzeichnet, daß vom Düsenschlitz abgewandte zweite Abschnitte (10) der Düse (2) in Längsrichtung des Schlitzes parallel und in Richtung weg vom Düsenschlitz divergent verlaufen und daß zwischen den ersten Abschnitten und den zweiten Abschnitten (10) gekrümmte dritte Abschnitte (9) angeordnet sind, die tangential in die ersten und zweiten Abschnitte übergehen, daß die Weite des Düsenschlitzes in Bewegungsrichtung des Streifenmaterials (6) zwischen 2,5 mm und 12,5 mm liegt und der Abstand der Düse (2) von dem zu behandelnden Streifenmaterial (6) mindestens das Achtfache der Weite des Düsenschlitzes beträgt.