DE2117851A1

DE2117851A1 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Folienherstellung

Info

Publication number: DE2117851A1
Application number: DE19712117851
Authority: DE
Inventors: John Joseph Westfield N.J. Conlon (V.St.A.)
Original assignee: Phelps Dodge Corp
Current assignee: Freeport Minerals Corp
Priority date: 1970-08-20
Filing date: 1971-04-13
Publication date: 1972-10-19
Also published as: AU2752071A; NL7104270A; BE766436A; US3608615A; FR2101412A5

Description

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PHELPS DODGE CORPORATION New York, N₀Y. / USA

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Folienherstellung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Folie, bei dem sich Dampf kontinuierlich als Film auf einer bewegbaren Oberfläche niederschlägt, der Film sich als Folie geringer Haftung verfestigt, und die Folie mittels einer Zugvorrichtung von der beweglichen Oberfläche abgezogen wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es ist schwierig, ein Verfahren, bei dem eine Folie durch Damp !'ablagerung auf einer sich drehenden Trommel als Kon-

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densationsoberfläche gebildet wird, zu beginnen, da es nötig ist, die Vorderkante der anfänglichen Ablagerung von der Trommel abzuziehen, während sich diese dreht» Das Abziehen der Vorderkante der anfänglichen Ablagerung kann durchgeführt werden, wenn die Trommel steht und die Kondensation zeitweilig unterbrochen wird. Im Hinblick auf die Geschwindigkeit und die Gleichmässigkeit der Folienqualität ist es jedoch vorzuziehen, das Abziehen während der Drehung der Trommel durchzuführen» Wenn die Trommel steht, kann das Abziehen des Folienanfangs beliebig in einem Zeitraum von mehreren Tagen oder Stunden durchgeführt werden und kann zahlreiche Vorgänge, einschliesslich solcher, die von Hand durchgeführt werden, umfassen« Bei sich drehender Trommel muss dagegen das Abziehen während der Zeit durchgeführt werden, die die Trommel benötigt, um eine Teilumdrehung durchzuführend Dies kann typischerweise nur einige Sekunden dauern. Folglich muss ein kontinuierlicher Beginn des Folienherstellungsvorgangs nahezu völlig automatisch ablaufen, Wegen der verschiedenen Vorteile hinsichtlich der Gleichmässigkeit der Folie, der Geschwindigkeit und der Möglichkeit, einen kontinuierlichen Folienherstellungsvorgang unter Vakuumbedingungen zu beginnen, ist ein kontinuierlicher Beginn vorzuziehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Folienherstellung zu schaffen, mittels derer der Anfang der Folie zusammen mit dem restlichen Teil der Folie in einem kontinuierlichen Vorgang gebildet wird.

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Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass zu Beginn des Herstellungsvorgangs das eine Endteil eines Anlaufblechs, an dem der Film, der sich niedergeschlagen hat, haftet, auf der beweglichen Oberfläche angeordnet wird, wobei das Endteil des Blechs aus magnetischem Material besteht, dass das Blech magnetisch an der Oberfläche gehalten wird, dass sich das andere Endteil des Blechs wenigstens bis zu der Zugvorrichtung erstreckt, dass Dampf auf der bewegbaren Oberfläche und dem einen Endteil des Blechs niedergeschlagen wird, und dass auf das andere Endteil des Blechs eine Zugkraft ausgeübt wird, um die magnetische Haltekraft des Blechs zu überwinden und das Blech von der beweglichen Oberfläche abzuziehen, das die Folie mitführt.

Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zeichnet sich aus durch ein Anlaufblech, an dem der Film haftet, dessen eines Endteil magnetisierbar ist und so angeordnet ist, dass es im Bereich des Dampfniederschlags auf der beweglichen Oberfläche liegt, wobei der restliche Teil des Blechs sich wenigstens bis zu einer Zugvorrichtung erstreckt, so dass der Dampf, der sich anfangs niedergeschlagen hat, einen kontinuierlichen Film auf dem Blech und der beweglichen Oberfläche bildet, und durch einen magnetischen Kreis, der der beweglichen Oberfläche zugeordnet ist, um den magnetisierbaren einen Teil des Blechs magnetisch an der beweglichen Oberfläche zu halten«

Zu Beginn der kontinuierlichen Folienherstellung wird somit ein Blech verwendet, das zeitweilig an der Kondensationsoberfläche der Trommel gehalten wird, so dass

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die anfängliche Ablagerung des kondensierten Dampfes zum Teil auf dem Blech und zum Teil auf der Kondensationsfläche zu liegen kommt. Der restliche Teil des Blechs ist zu einer Folienaufwickeleinrichtung geführt, so dass das Blech das Abziehen der abgelagerten Folie einleitet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 3 beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur kontinuierlichen Folienherstellung,

Figo 2 einen Querschnitt eines Teils der Kondensationstrommel und des Anlaufblechs, und

Fig. 3a bis 3^d schematische Darstellungen verschiedener Phasen des AnlaufVorgangs der Kondensationstrommel, der Aufwickelrolle und des Anlaufblechs.

Wie Fig. 1 zeigt, ist eine Kondensationsfläche in Form einer Trommel 1 drehbar um eine Achse 2 angeordnet. Zu verdampfendes Material, z_oB_e Kupfer, wird in Form eines Stabes 33 zugeführt, der fortschreitend nach unten vorgerückt und am Vorschubende geschmolzen wird, um Tropfen 34 geschmolzenen Kupfers zu bilden. Das Schmelzen des Voirratsstabs 33 kann durch verschiedene Heizquellen, Z₀B. eine Elektronenstrahlquelle 31» erreicht werden, die Energie 32 auf den *Stab lenkt. Die geschmolzenen Metalltropfen 3k werden in einem Aufnahmebehälter k gesammelt, der an seinem Boden mit einer TropfÖffnung 30

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versehen ist, die es ermöglicht, periodisch Tropfen aus dem Aufnahmebehälter 4 abzugeben, die die Oberfläche der schraubenförmigen Spule 5 in einer in der US-PS 3 5O6 803 beschriebenen Weise benetzen. Die Spule wird mit Wärmeenergie versorgt, um den anhaftenden Film des geschmolzenen Metall zu verdampfen. Die Wärmeenergiequelle kann durch elektrische Widerstandserhitzung der Spule selbst gebildet werden oder kann, wie gezeigt ist, von einer Energiequelle, z.B_e einer zweiten Elektronenstrahlquelle 6, gebildet werden, die die Elektronenstrahlenergie 7 auf die benetzte Spule 5 richtet. Von der Spule 5 gebildeter Metalldampf wird auf der Trommeloberfläche als Film 9 kondensiert und erhärtet zu der gewünschten Folie. Bei der dargestellten Vorrichtung kann dem oberen Ende der Spule 5 mehr geschmolzenes Metall zugeführt werden,als während dessen Abwärtsbewegung durch die Spule verdampft werden kann. Dieses überschüssige geschmolzene Metall tropft von dem unteren Ende der Spule auf ein Blech 37» das entsprechend der Oberfläche der Trommel 1 gebogen ist. Das Blech 37 besteht aus einem Material, das von dem geschmolzenen Metall benetzt wird«, Molybden oder Wolfram werden von geschmolzenem Kupfer benetzt. Somit bildet das geschmolzene Metall, das von der Spule 5 abtropft, einen dünnen Film auf der Oberfläche des Blechs 37 nahe der Trommel 1. Eine Wärmeenergiequelle, z.B. eine dritte Elektronenstrahlquelle 35» wird verwendet, um Wärmeenergie 36 auf die Aussenfläche des Blechs 37 zu richten und dadurch das Blech aufzuheizen, um den Kupferfilm an der Innenseite des Blechs 37 zu erhitzen·

Die Trommel 1 wird vorzugsweise mit einem Kühlmittel gekühlt, um die Kondensation des verdampften Materials zu beschleunigen und einen Film 9 zu erzeugen, der die Folie

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bildet. Eine Aufwickelrolle 31 ist so angeordnet, dass sie die Folie von der Trommel 1 abzieht und sie zu einer üblichen Rolle aufwickelte An der Stelle 10 löst sieh die Folie von der Trommel 1.

Die Oberfläche der Trommel 1 besteht aus einem Material, an dem der kondensierte Dampf nur schlecht haftet,, Wenn z.B. eine Kupferfolie hergestellt wird, ist rostfreier Stahl ein geeignetes Oberflächenmaterial für die Trommel_o

In Fig. 2 ist die Trommel teilweise im Schnitt gezeigt. Ein Anlaufstahlblech 12 ist in der Ausgangsstellung entsprechend der Oberfläche der Trommel 1 geformt und verläuft zu der nicht gezeigten Aufwickelrolle. Die Aussenwand 13 der Trommel und die Innenwand 14 befinden sich im Abstand voneinander» Der Raum zwischen der Innen- und der Aussenwand kann für ein Kühlmittel verwendet werden, um die Kondensation zu beschleunigen. Ein Magnet 15 und ein Magnetkreis 16 halten das Blech 12 an der Trommel. Bei der Herstellung einer Kupferfolie besteht das Blech 12 aus einer glatten Weichstahlfolie mit einer Dicke von etwa 0,076 mm und einer Breite wenigstens gleich der Folienbreite der Trommel. Das Blech wird durch die Anzugskraft des Magneten 15 auf der Oberfläche der Trommel mit einem Ende parallel zu der Achse der Trommel gehalten» Der Magnet 15 ist einer von mehreren üblichen U-förmigen Magneten in einer Reihe, die sich über die Breite der Trommel erstreckt. Der Magnetkreis 16 besteht aus Feichstahlstäben geringen Durchmessers, die den Raum zwischen der Innen- und Aussenwand 14 und 13 der Trommel durchqueren. Die Stäbe enden nahe der Oberfläche der Aussenwand I3» sind jedoch so angeordnet, dass sie nicht

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in die glatte Oberfläche eindringen. Die Stäbe ziehen das Blech 12 magnetisch an, bilden jedoch einen geringeren Widerstand für die Kühlmittelströmung zwischen den Wänden 13 und Ik, als wenn die Magnete selbst zwischen den Wänden 13 und 14 angeordnet wären.

Das Übergangsstück bzw. die Naht 17 besteht aus einem Material, das gleichzeitig auf das Ende des Blechs 12 und die Oberfläche der Trommel aufgestrichen und in nahezu der gleichen Form und mit dem gleichen Volumen wie die aufgebrachte Flüssigkeit verfestigt werden kann das an der Trommeloberfläche und den Blech, jedoch stärker an dem Blech haftet, so dass die Naht 17 an dem Blech haften bleibt, wenn dieses von der Trommel abgezogen wird. Das Nahtmaterial muss in der Lage sein, relativ hohe Temperaturen von etwa 200 C im Falle einer Kupferfolie ohne wesentliche Gasentwicklung oder eine andere Änderung der physikalischen Eigenschaften auszuhalten. Ausserdem muss es in der Lage sein, eine Oberfläche zu bilden, auf der sich der Dampf ablagert und zu einer Folie mit einer ausreichenden mechanischen Festigkeit an den Rändern 18 und 19 kondensiert, um zu vermeiden, dass die Folie bricht, wenn beim Aufwickeln des Blechs 12 auf die Aufwickelrolle 21 die Naht 17 von der Trommel gelöst wird. Zu den Materialien, die diese Eigenschaften erfüllen, gehören verschiedene Silicon-Klebstoffverbindungen. Derartige Silicon-Klebstoffe haften stärker an dem Anlaufstahlblech 12 als an der Trommeloberfläche aus rostfreiem Stahl. Es können auch andere Materialien verwendet werden, die die zuvor erwähnten Eigenschaften aufweisen.

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In den Figuren 3a bis 3d ist die Verwendung des Anlauf-Stahlblechs 12 beim Beginn des kontinuierlichen Folienherstellungsvorgangs schematisch in aufeinanderfolgenden Phasen dargestellt. Fig. 3a zeigt das Blech 12 und die Trommel 1 in der Ausgangsstellung vor Beginn des Dampfniederschlags und der Drehung der Trommel. Fig. 3b zeigt die Situation kurz nach Beginn des Dampfniederschlags, jedoch bevor sich die Trommel zu drehen beginnt. Fig. 3c zeigt die Situation zu einem späteren Zeitpunkt als in Fig. 3b nach Beginn des Dampfniederschlags und nachdem sich die Trommel zu drehen begonnen hat, jedoch bevor das Blech 12 völlig von der Trommel gelöst ist. Fig. 3d zeigt die Situation, nach dem das Blech 12 völlig von der Trommel gelöst ist.

Xn Fig. 3a ist das eine Ende des Blechs 12 in der Ausgangsstellung auf der Trommel 1 gezeigt. Es wird von Magneten 15 und Magnetkreisen 16 gehalten, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind. Das andere Ende des Blechs 12 ist um die Aufwickelrolle 21 gewickelt und wird dort durch lösbare Befestigungsmittel, z.B. ein Klebeband 22, gehalten. Fig. 3a zeigt den Zustand vor Beginn der Dampfablagerung ohne Drehung der Trommel und der Aufwickelrolle.

Fig. 3b zeigt den Zustand nach Beginn der Dampfablagerung ohne Drehung der Trommel 1 und der Aufwickelrolle 21· Der Dampf ist allgemein mit 8 und das Dampfkondensat allgemein mit 9 bezeichnet. Das Dampfkondensat bildet sich teilweise auf der freiliegenden Oberfläche der Trommel 1, über der Naht 17 und erstreckt sich bis auf das Blech

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In Fig. 3c haben die Trommel 1 und die Aufwickelrolle begonnen, sich zu drehen. Das Blech 12 wird nun auf die Aufwickelrolle gewickelt. Die Vorderkante des zunächst abgelagerten Dampfkondensate 9 befindet sich auf dem Teil des Blechs 12, der den Raum zwischen der Trommel 1 und der Aufwickelrolle 21 überbrückt· In Fig. 3c verlässt das Blech 12 gerade die Oberfläche der Trommel Die Naht 17 liegt an der Stelle 10, an der die Folien- und die Trommeloberfläche auseinanderlaufen. Die Dicke der abgelagerten Folie ist nun ausreichend, d.h. etwa 0,13 mm» um eine Folie ausreichender mechanischer Festigkeit zu bilden, die von der Oberfläche der Trommel abgezogen und auf die Aufwickelrolle 21 aufgewickelt werden kann. Die das Blech 12 an der Trommel 1 haltenden Magnet- und Klebekräfte werden von der Zugkraft überwunden, die zwischen der Trommel und der Aufwickelrolle 21 ausgeübt wird, wenn das Blech 12 um die Aufwickelrolle gewickelt wird. Das Blech 12 wird demgemäss von der Trommel gelöst und führt das Anfangsstück der kontinuierlich abgelagerten Folie mit·

Fig. 3d zeigt den Zustand, nach dem das Blech 12 von der Trommel 1 abgezogen und um die Aufwickelrolle 21 gewickelt ist» Der Spalt zwischen der Trommel 1 und der Rolle 21 wird nun nur noch von der abgelagerten Folie gebildet. Sobald der in Fig. 3d gezeigte Zustand erreicht ist, können die kontinuierliche Ablagerung der Folie auf der Trommel und das Aufwickeln der Folie auf die Rolle fortgesetzt werden.

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Die Verwendung eines Blechs beim Beginn der kontinuierlichen Folienablagerung ermöglicht es, das Abziehen der Folie in geeigneter und schneller Weise durchzuführen. Wenn der Dampf unter gesteuerten, atmosphärischen Bedingungen, z.Bo in einem Vakuum, durchgeführt wird, kann das Blech aus3θrdem auf der Trommel angeordnet und durch Rollen oder Vakuumdichtungen, die verwendet werden können, aufgebracht werden und kann dann aus der Ablagerungsvorrichtung zu der Aufwickeltrommel geführt werden.

Die Erfindung kann nicht nur auf die Herstellung von Kupferfolien, sondern auch von Folien aus anderen Metallen oder auch auf die Herstellung von Kunststofffolien angewandt werden.

Das Blech 12 kann auch aus einem anderen magnetischen Material als Stahl bestehen. Es ist auch möglich, ein nichtmetallisches Material zu verwenden, in das ein metallisches oder keramisches magnetisches Pulver eingelagert ist« Statt mehrerer Magnete 15 in der Trommel kann auch ein einziger, langer Magnet verwendet werden. Es können keramische oder metallische oder Elektromagnete verwendet werden. Statt der Stäbe des Magnetkreises 16 können auch Streifen aus leitendem Material verwendet werden.

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Claims

Patentansprüche

Μ· Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Folie, bei dem sich Dampf" kontinuierlich als Film auf einer bewegbaren Oberfläche niederschlägt, der Film sich als Folie geringer Haftung verfestigt, und die Folie mittels einer Zugvorrichtung von der beweglichen Oberfläche abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn des Herstellungsvorgangs das eine Endteil eines Anlaufblechs, an dem der Film, der sich niedergeschlagen hat, haftet, auf der beweglichen Oberfläche angeordnet wird, wobei das Endteil das Blechs aus magnetischem Material besteht, dass das Blech magnetisch an der Oberfläche gehalten wird, dass sich das andere Endteil des Blechs wenigstens bis zu der Zugvorrichtung erstreckt, dass Dampf auf der bewegbaren Oberfläche und dem einen Endteil des Blechs niedergeschlagen wird, und dass auf das andere Endteil des Blechs eine Zugkraft ausgeübt wird, um die magnetische Haltekraft des Blechs zu überwinden und das Blech von der beweglichen Oberfläche abzuziehen, das die Folie mitführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht eines härtbaren Materials, an dem der Film haftet und der an dem Blech haftet, auf wenigstens einen Teil der beweglichen Oberfläche und das erste Endteil des Blechs aufgebracht wird, und dass diese Schicht erhärtet wird.

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3· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Anlaufblech (12), an dem der Film haftet, dessen eines Endteil magnetisierbar ist und so angeordnet ist, dass es im Bereich des Dampfniederschlags auf der beweglichen Oberfläche liegt, wobei der restliche Teil des Blechs sich wenigstens bis zu einer Zugvorrichtung (21) erstreckt, so dass der Dampf, der sich anfangs niedergeschlagen hat, einen kontinuierlichen Film auf dem Blech und der beweglichen Oberfläche bildet, und durch einen magnetischen Kreis (16), der der beweglichen Oberfläche zugeordnet ist, um den magnetisierbaren einen Teil des Blechs magnetisch an der beweglichen Oberfläche zu halten»

4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Oberfläche eine Trommel (1) ist, und dass der Magnetkreis (16) einen Streifen aus Magnetmaterial innerhalb der Trommel (1) aufweist, der sich axial zu und nahe der Oberfläche der Trommel (1) erstreckt.

5· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Streifen aus Magnetmaterial innerhalb der inneren zylindrischen Wand (14) der Trommel (1) befindet, und dass magnetisch leitendes Material radial durch den Raum zwischen der Innenwand (14) und der Aussenwand (I3) von den Magnetpolen des Magnetmaterial zu einer Stelle nahe der Musseren Oberfläche der Trommel (1) erstreckt.

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6β Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Streifen aus Magnetmaterial mehrere einzelne Magnete (15) aufweist, die in einer Reihe angeordnet sind, und dass das magnetisch leitende Material aus mehreren radialen Stäben (i6) besteht, deren inneres Ende nahe dem Pol eines Magneten liegt«

7· Vorrichtung nach einem der Ansprüche k bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommel (i) hohl ist und in ihrem Inneren ein Kühlmittel umgewälzt wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7» dadurch gekennzeichnet, dass die Trommel (i) in radialem Abstand befindliche aussere und innere zylindrische Wände (13,14) aufweist, und dass ein Kühlmittel in dem Raum zwischen diesen Wänden umgewälzt wird.

9· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht eines härtbaren Materials, an dem der Film haftet und das an dem Blech (12) haftet, auf das eine Bndteil des Blechs (12) und wenigstens den benachbarten Teil der beweglichen Oberfläche aufgebracht und gehärtet ist_e

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