DE2135441A1 - Verfahren und Einrichtung zum Be strahlen eines in Bewegung befindlichen bandförmigen Materials - Google Patents

Description

Verfahren und Einrichtung zum Bestrahlen eines in Bewegung "befindlichen bandförmigen Materials

Die Erfindung betrifft eine verbesserte und vereinfachte Methode zur Strahlungshärtung von überzogenem band- oder streifenförmigen Material. Ohne darauf beschränkt zu sein, eignet sich die Erfindung besonders in Bezug auf mit Kunststoff überzogenes metallisches Bandmaterial. Obwohl ein solches Material an sich nicht neu ist, war die Entwicklung auf diesem Gebiet in neuerer Zeit doch stärker als bei den anderen bekannten Methoden zum Schutz von Trägermaterialien.

So wurde beispielsweise zu Beginn der Entwicklung überzo-· gener Metallprodukte gefunden, daß Überzüge aus Aluminium, Zink oder anderen niedrigschmelzenden Metallen unter vielen Umgebungsbedingungen einen geeigneten Schutz für Eisenlegierungen ergeben. Obwohl solche Überzüge das Basismetall unmittelbar vor Korrosion schützen, war dieser Schutz doch zeitlich begrenzt. Außerdem war

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dieser Überzug weder dekorativ noch eignete er -sich für bestimmte strenge Bedingungen.

Gleichlaufend mit dieser Entwicklung wurden Überzüge aus Porzsllanemail auf Eisenmaterial aufgebracht, um das Aussehen desselben zu verbessern. Ein solcher Überzug verlieh nicht nur dem Produkt ein dekoratives Aussehen, sondern ergab auch einen Korrosionsschutz desselben. Infolge der spröden Natur solcher Überzüge waren die Anwendungen jedoch notwendigerweise beschränkt.

Die vorstehend aufgezählten Nachteile wurden durch die Entwicklung der strahlungshärtbaren Kunststoffe, die auf Trägermetalle aufgebracht werden konnten, stark vermindert. Sine solche Kombination bietet die Vorteile der Flexibilität und Festigkeit von Stahl, während die neu entwickelten Kunstostoffe gleichzeitig einen besseren Schutz ergeben.

Im Zuge dieser Entwicklung ist heute bekannt, daß bestimmte Materialien bei Bestrahlung außergewöhnliche physikalische Veränderungen erleiden. So erfahren beispielsweise verschiedene organische Stoffe bei selektiver * Bestrahlung vorteilhafte Veränderungen. Die verschiedenen Polymeren sind für diese Gruppe typisch, da sie bei ionisierender Bestrahlung vielfach vernetzt werden. Als Folge dieser Vernetzung zeigt das Polymere unterschiedliche physikalische Eigenschaften. Diese neuen Eigenschaften können dann zur Verbesserung des metallischen Trägermaterials als Fertigprodukt ausgenutzt werden.

Eine der bei Anwendung der Strahlungshärtung auftretenden Gefahren ist die Streustrahlung, welche die das Verfahren durchführende Person beeinträchtigen und/oder arbeitsunfähig machen kann. Zum Schutz des Betriebspersonals wurden

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sorgfaltig ausgearbeitete Vorrichtungen gebaut. Typisch für die Strahlungshärtung eines fortlaufenden Bandes ist eine längliche Strahlungskamraer zur Behandlung des Bandes oder Streifens. Eine solche Kammer setzt die Streustrahlung, die an den Enden austreten kann, auf ein Minimum herab. Eine solche Vorrichtung eignet sich zwar zum Überziehen und Aushärten des Bands oder Streifens, ist jedoch sehr komplex gebaut und nimmt viel wertvolle Bodenfläche weg.

Die Erfindung schafft nun ein Verfahren zum kontinuierlichen Bestrahlen eines in Bewegung befindlichen Bands oder Streifens, wobei ein Überzug aus strahlungshärtbarer Substanz auf nur eine Oberfläche dieses Bands oder Streifens aufgebracht, dieses überzogene Band in eine" einen Elektronenbeschleuniger enthaltende Strahlungskammer eingeführt, die Wanderungsebene des Bands innerhalb der Kammer um mindestens 20° verändert, der Überzug mittels dieses Elektronenbeschleunigers ausgehärtet,' die überzogene Oberfläche außer einer körperlichen Berührung von der Aufbringung des Überzugs bis mindestens seiner Aushärtung gehalten, die Wanderungsebene dos Bands nach dem Härten um mindestens 20 verändert und dann das Band aus dieser Kammer herausgeführt wird.

Die Zeichnung zeigt eine vereinfachte Schnittansiclit durch eine Vorrichtung^ sum Überziehen und Strahlungshärten eines fortlaufenden band-oder streifenförmigen Materials.

Das erfindungsgemäße Verfahren schafft ein kompaktes System zum Überziehen eines band-oder streifenförmigen Materials, z.B. eines fortlaufenden Eisenbands, auf nur

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einer einzigen Seite desselben, gefolgt von einer Strahlungshärtung des Überzugs. Ein Merkmal der Erfindung "besteht in der Anordnung des Beschleunigers oder der Elektronenkanone unter einem Winkel innerhalb einer geeigneten Kammer, wobei das Band dann senkrecht zu der Elektronenkanone vorbeiläuft. Das erfolgt ohne Berührung der überzogenen Oberfläche vor ihrer Aushärtung.

Genauer ausgedrückt folgt das Band einem etwa Z-förmigen Weg, während es sich in der Strahlungskammer befindet. Das heißt, das Band wird auf seiner Oberseite überzogen, läuft über Leerlaufrollenund dann nach unten in den Bereich des Beschleunigers und schließlich nach oben aus der Strahlungskammer heraus. Dieses Verfahren ermöglicht die Erzielung der gewünschten Ergebnisse auf einem kleinstmöglichen Raum, ohne das Bedienungspersonal durch Streustrahlung zu gefährden.

Die zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens geeignete Vorrichtung ist in der Zeichnung erläutert. Diese Vorrichtung 10 umfasst in der angegebenen Reihenfolge eine nicht gezeigte Bandabgabe-Rolle, einen Überzugsmechanismus 12, eine Eintrittkammer 14, eine den Strahlungsmechanismus enthaltende Primärkammer 16, eine Austrittskammer und eine nicht gezeigte Aufnahmerolle.

Aus nachstehend näher ersichtlichen Gründen wird der Aufbau oder die Funktion der Bandabgabe - und Bandaufnahme-Rolle nicht beschrieben, da solche Anordnungen bereits seit langem in der Metall-, Papier-und StoffIndustrie existieren. Die nachstehende Beschreibung konzentriert sich daher auf die dazwischen liegenden Teile der Vorrichtung.

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Das Überziehen des Bandes auf nur einer einzigen Seite erfolgt durch den Mechanismus 12, z.B. mittels der Rolle 20, die mit Trägerrollen zusammen arbeitet oder auf andere bekannte Weise, die eine Abscheidung oder Übertragung eines 3?ilms aus einem strahlungshärtbaren Stoff, z.B. den verschiedenen Polymerisaten, ergibt. Bei Einwirkung von ionisierender Strahlung werden die Moleküle dieser Stoffe mehrfach unter Bildung eines festen auf dem Basismaterial haftenden Überzugs vernetzt.

Nach dem Überziehen tritt das auf einer Seite den "feuchten" Überzug tragende Band unberührt von Rollen oder anderen äußeren Mitteln in die Eintrittskammer 14 durch eine verengte öffnung 22 ein, wo es über eine oder mehrere seine Unterseite stützende RaUen 24 läuft. Die Rollen 24 arbeiten mit der Rolle 26 so zusammen, daß das Band während seines Durchlaufs durch die Primärkammer 16 unter einer ausreichenden Spannung gehalten wird .

Die in der ganzen Vorrichtung 10 vorhandenen verengten Öffnungen sind für einen sicheren Betrieb wichtig. Eines der Hauptprobleme von Vorrichtungen dieser Art ist die durch Streustrahlung bedingte Gefahr. Vom gesundheitlichen Standpunkt aus kann eine Berührung des Bedienungspersonals mit jeder Strahlungskonzentration für ihr körperliches Wohlbefinden schädlich sein. Aus diesem Grund sind alle verbindenden öffnungen innerhalb und außerhalb der Vorrichtung möglichst klein gehalten. Ferner werden durchwegs Strahlungsabschirmungen, z.B. dicke Zementbarren oder - blöcke verwendet. Es sind dies die hauptsächlich verwendeten Materialien zur Bildung der umschließenden Wände der Kammern 14, 16 und 18, obwohl auch andere Materialien bekannt sind und zur Verfügung stehen.

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Bezüglich, der Wanderung des Bandes ist aus der Zeichnung zu ersehen, daß sich dieses nach unten durch die verengte öffnung 28 unter den Beschleuniger 30 hindurch "bewegt , um die Härtung des "feuchten" Überzugs zu "bewirken. Die Abwärtsbewegung des Bandes 3etzt sich noch durch die verengte Öffnung 32 fort, "bis es die Rolle 26 erreicht, wo es durch und aus der Austrittskammer 18 heraus seine Aufwärtsbewegung beginnt. Von der Aufbringung des "feuchten" Überzugs auf das Band an bis zu dessen beendeter Aushärtung kommt die überzogene Oberfläche mit keinerlei äußeren Mitteln in Berührung, welche die Gleichmäßigkeit des Überzugs beeinträchtigen könnten. Das bedeutet einen der Yorkeile des erfindungsgemäßen kompakten Systems. Ferner ermöglicht der etwa Z-förmige Weg des Bandes durch die umschlossenen Räume im Gegensatz zu einem verhältnismäßig gradlinigen Weg die Erzielung der gewünschten Ergebnisse auf einem kleinstmöglichen Raum. Das heißt, wenn das Band in, durch und aus der Kammer heraus in im wesentlichen einer einzigen Ebene laufen würde, wäre eine aussergewöhnlich lange Kammer zur Gewährleistung der Strahlungsverteilung erforderlich.

Die vorstehenden Ausführungen werden noch einleuchtender, wenn man annimmt, daß ein 0,19 mm (0,0075 ")dickes mit einer Geschwindigkeit von bis zu 30 m/Min. (100 Fuß/Min.) wanderndes Stahlband in einer Kammer in geeigneter Weise ausgehärtet werden kann, deren Länge nicht mehr als etwa 3 m (10 Fuß) beträgt. Bei Anwendung des in der Zeichnung dargestellten Systems bedeutet dies, daß das Band unter einem Winkel von etwa 30° zur Horizontalen auf einer Strecke von etwa 2,4 m ( 8 Fuß) durch die Primär-rkammer läuft, bevor es in die Austrittskammer 18 eintritt.

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Die Geschwindigkeit des Bands hängt von der zum Aushärten des Überzugs erforderlichen Strahlungsdosia und nicht von der Bandstärke ab. So kann in diesem System ein strangförmiges Gebilde mit einer Dicke wesentlich oberhalb 0,19 mm ( 0,0075 "Verwendet werden.

Vor dem Eintritt des Bandes in die Härtungskammer wird dieses mit einem "feuchten" Überzug aus einer strahlungshärtbaron Substanz auf nur einer Seite überzogen. Diese Substanz kann aus einem in einem Monomeren gelösten Polymeren bestehen, das bei Bestrahlung freie Radikale bildet, die dann mit den polymeren Molekülen vernetzen. Das ergibt eine Kettenreaktion und bewirkt die Aushärtung oder Wärmehärtung des fertigen Films. Dieser gehärtete Film kann nur 0,005 mm (0,2 Mil) oder sogar 0,25 mm (10 Mil) dick sein. In der Praxis richtet sich die gewünschte Filmdicke nach der Endverwendung des Produkts.

Obwohl verschiedene Beschleuniger oder Elektronenkanonen zur Aushärtung der polymeren Überzüge geeignet sein können, wurde doch die von der High Voltage Engineering Corp. mit Erfolg verwendet. Wenn der Beschleuniger so angeordnet ist, daß zwischen der Bandoberfläche und dem Beschleunigerscannerfenster etwa 146 mm (5,75") Abstand sind, wurde gefunden, daß der genannte Beschleuniger den polymeren Überzug vor seiner Berührung mit der Rolle aushärtet. Es sei noch wiederholt, daß die vorstehend angegebenen Bedingungen lediglich der Erläuterung einer typischen Ausführungsform dienen und die Erfindung nicht auf die angegebenen Bedingungen beschränkt ist.

Das vorstehend beschriebene System kann Abänderungen erfahren. Aus praktischen Erwägungen kann ein einziger

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stationärer Beschleuniger eine bestimmte Fläche überdecken oder bestrahlen. Bei Verwendung von Mehrfach-Beschleunigem oder Breitband-Beschleunigem kann jedoch eine viel größere Fläche oder Bandbreite angewendet werden. Die Erfindung ist somit auf keine Bandbreite beschränkt. Außerdem kann der Winkel des Bands innerhalb der Strahlungskammer zwischen otwa 20 und 90° vom Eintritts- und Austrittswinkel des Bandes variieren. Mit anderen Worten die WinkelVerlagerung des Bandes innerhalb der Kammer relativ zu einer gegebenen Ebene ist nicht beschränkt. Obwohl bei der bevorzugten Ausführungsform das Band relativ zu einer horizontalen Ebene abgewinkelt ist, ist doch ersichtlich das wesentliche erfindungsgemässe Merkmal die Einstellung einer Winkelveränderung zwischen den durch das eintretende und austretende Band gebildeten Ebenen und dem in der Strahlungshärtungkammer befindlichen Band.

Die Erfindung kann weitgehende Abänderungen erfahren, ohne daß dadurch ihr Rahmen verlassen wird.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Verfahren zur kontinuierlichen Bestrahlung eines in Bewegung befindlichen bandf(innigen Materials, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Überzug aus einem strahlungshärtbaren Stoff auf nur eine Oberfläche des Bands aufbringt, das überzogene Band in eine einen Elektronenbeschleuniger enthaltende Strahlungskammer einführt, die Wanderungsebene des Bands innerhalb dieser Kammer um mindestens 20° ändert, den Überzug mittels des Elektronenbeschleunigers aushärtet, während man die überzogene Oberfläche frei von jeder physikalischen Berührung von der Aufbringung des Überzugs an bis mindestens zu seiner Aushärtung hält, die Wanderungsebene des Bands um mindestens 20° nach der Aushärtung des Überzugs ändert und da-nn das Band aus der Kammer herausführt.

   2» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Winkeländerungen mindestens 30° beträgt.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 'das Band an einer ersten Stelle in die Kammer eintritt und an einer in senkrechter Richtung dazu verschobenen äweiten Stelle austritt.

   4. Verfahren nach Anspruch 3_f dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleuniger auf das wandernde Band an einem etwa in der Mitte zwischen der ersten und der zweiten Stelle liegenden Punkt gerichtet wird.

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   5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Band einen etwa Z-förmigen Weg beschreibt, dessen Mittelteil innerhalb der Strahlung3kammer verläuft.

   6. Einrichtung zur Bestrahlung eines sich bewegenden Bands mit einem Überzug aus einem strahlungshärtbaren Stoff auf nur einer seiner Seiten, gekennzeichnet durch sine Überzugsstation zur Aufbringung des Stoffs auf das Band in ungehärteter J?orm, eine Strahlungskammer, Öffnungen für den Eintritt und den Austritt des Bands nach Durchlaufen der Kammer, Mittel angrenzend an die Eintritts-und Austrittsöffnungen zur Änderung des Winkels des wandernden Bands um mindestens 20°, wobei diese Mittel reit der Überzugsstation so zusammenarbeiten, daß ein physikalischer Kontakt mit dem Überzug zwischen der Überzugsstation und dem Austritt des Bands aus der Kammer vermieden wird, weiter gekennzeichnet durch einen Elektronenbeschleuniger innerhalb der Kammer, der etwa senkrecht zu dem Band angeordnet ist und mit der Kammer durch die Öffnungen in Verbindung stehende Mittel zur Verhinderung der Abgabe von Streustrahlung an die Außenatmosphäre.

   7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel 'zur Verhinderung der Streustrahlung aus getrennten Kammern bestehen und daß die Mittel zur Verhinderung des physikalischen Kontakts aus innerhalb der getrennten Kammern angeordneten Rollen bestehen.

   8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kammern mit einer zusätzlichen Rolle zur abermaligen WinkelVerstellung des Bandes ausgestattet sind.

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   9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelverstellung mindestens 30° beträgt.

   10. Einrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das wandernde Band mit dem strahlungshärfbaren Stoff
   vor seinem Eintritt in eine der getrennten Kammern überzogen wird.

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