DE2516339A1

DE2516339A1 - Verfahren zum inertisieren der atmosphaere ueber einem sich bewegenden produkt

Info

Publication number: DE2516339A1
Application number: DE19752516339
Authority: DE
Inventors: Donald Wayne Hunter; Harden Henry Troue
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1974-04-16
Filing date: 1975-04-15
Publication date: 1975-10-23
Also published as: JPS50138200A; GB1509725A; AU8014875A; JPS547022B2; NO751333L; CA1045580A; NL7504481A; FR2267826B2; ES436611A1; FR2267826A2

Description

H. April 1975 Gzf/Seho

Union Carbide Corporation, 270 Park Avenue, New York Kew York 10017, U.S.A.

Verfahren zum Inertisieren der Atmosphäre über einem sich

bewegenden Produkt

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren um die Oberfläche eines quer-verbundenen polymerischen Produkts zu inertisieren, während sich das Produkt in Bewegung befindet.

Ein System um eine inerte Gasatmosphäre über einem Produkt zu halten, wenn das Produkt durch eine Bearbeitungszone bev/egt wird, in der es einer Behandlung durch Strahlungsenergie unterworfen ist, ist in den US-Patent 3,807,052 mit dem Titel'Vorrichtung zur Bestrahlung eines sich bewegenden Produkts in einer inerten Atmosphäre"beschrieben. Ein grundsätzlicher Unterschied ist in dem oben erwähnten Patent zwischen einem statischen System offenbart, in welchem das Produkt während der Behandlung stationär verbleibt und einem dynamischen System, in welchem das Produkt sich während der Behandlung bewegt. Um eine wirkungsvolle Inertiöierung in einem dynamischen System zu erreichen, muß der Xnertisierungsvorgang die Luft berücksichtigen, welche unmittelbar über dem Produkt liegt, welche, wenn sich das Produkt bewegt, dazu neigt, mit dem Produkt und längs seiner Oberfläche mitgezogen zu werden. Daher ist ein einfaches Spülen der Arbeitszone, obwohl in einem statischen System wirkungsvoll, für ein dynamisches System vollkommen ungeeignet und unangebracht.

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In dem dynamischen Inertisierungssystem, welches in der oben erwähnten Patentanmeldung offenbart wurde und der vorliegenden Erfindung ist ein Teil gleich, welches eine Behandlungskammer, welche die Quelle für die Strahlungsenergie aufnimmt, ein Eintritt stunnel, welcher zu der Behandlungskammer führt und geeignet ist das Produkt aufzunehmen und ein Austrittstunnel, welcher sich nach hinten von der Behandlungskammer erstreckt. Ähnlich lehnt sich die Ausbildung des Inertisierungssystems, welches hierin beschrieben wird an die Grundsätze der erwähnten Patentanmeldung an, soweit es die Inertisierungsgeometrie des dynamischen Systems betrifft, obwohl sie auf ein verbessertes Verfahren gerichtet ist, um das inerte Gas in die Kammer zu führen. Die Vorrichtung zum einführen des inerten Gases muß so sein, daß ein im wesentlichen gleichgerichteter Vorhang oder Strom eines inerten Gases mit einer zumindest gleichen Breite wie die Breite des sich bewegenden Produktes zu bilden und muß so gerichtet sein, daß der Strom des Gases sich gegen das sich bewegende Produkt so richtet, daß sich der Strom mit der Oberfläche des Produktes in einem vorbestimmten Neigungswinkel schneidet und eine Geschwindigkeitskomponente gegen das sich bewegende Produkt gerichtet wird. Ein länglicher Kanal oder Schlitz, welcher in der Kanaloberflächenwand ausgebildet ist, wie es in dem vorher erwähnten Patent gezeigt ist, stellt eine bevorzugte Inertgasinjektor-Vorrichtung dar.

Bisher ist es für den Kammeraustrittstunnel notwendig gewesen, daß er eine Länge aufwies, welche wesentlich größer als die Tunneleintrittslänge war. In dieser Weise wurde der größere Teil des Inertgases gezwungen, aus dem Eintrittstunnel auszuströmen.

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Dieses Verfahren der Regelung der Gasstromrichtung erwies sich, "bei geringen und mittleren Produktgeschwindigkeiten von weniger als 61 m/Min, als zufriedenstellend. Bei höheren Produktgeschwindigkeiten über 61 m/Min, "bis zu ungefähr 305 m/Min, wird die Länge des Austrittstunnels vom praktischen Standpunkt nicht mehr tragbar. Es wurde nun gefunden, daß die Länge des Austrittstunnels bezeichnend verändert werden kann und für den !"all im wesentlichen unabhängig von der Länge des Eintrittstunnels bleibt, vorausgesetzt daß:

1. Der Inertgasstrom in die Kammer mit einem eingeschlossenen Winkel von ungefähr 45° jedoch, unter ungefähr 85° hinsichtlich zur Längsachse der Kammer eingebracht wird, wobei der Winkel so ausgerichtet ist, daß der ausgegebene Gasstrom eine Geschwindigkeitskomponente in einer Richtung entgegen der Bewegungsrichtung des Produktes hat;

2. Die InertgasStromgeschwindigkeit, welcher aus dem Eintritt bzw. Austritt des Tunnels austritt, unter einem kritischen Durchflußniveau pro Einheit Tunnelweite für jede spezifische Inertgaszusammensetzung gehalten wird; und

3· die Inertgasgeschwindigkeits-Komponente, die gegen die Produktbewegung gerichtet ist eine Größe hat, welche im wesentlichen gleich und vorzugsweise größer als die Geschwindigkeit des sich bewegenden Produktes ist.

Die Spezifikation irgend einer gegebenen Produktionseinheit und die Konstruktionsparameter des Tunnels, welche in dem vorher erwähnten Patent offenbart wurden»können dann die gesamte Kammer-

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länge beh.ersch.en, wobei der Inertgas-Injektionsneigungswinkel und die Durchflußgeschwindigkeit gewählt werden, um den oben erwähnten Bedingungen zu genügen. Darüberhinaus, auch wenn den oben erwähnten Bedingungen genüge getan wird, wurden zufällige Gleichgewichtsstörungen der Richtung der Inertgasströmung in der Kammer, welche man besonders bei höheren Betriebsgeschwindigkeiten bemerkte, ausgeschaltet werden.

Es wurde weiter gezeigt, vorausgesetzt daß die oben erwänten Bedingungen zufriedenstellend sind, daß der Inertgasstrom in die Kammer oberhalb der Behandlungskammer eingebracht werden kann, wie dies in dem vorher erwähnten Patent gezeigt ist oder, und höchst unerwartet unterhalb der Behandlungskammer. Wenn der Inertgas-Injektor im Austrittstunnel angeordnet ist, muß der eingeschlossene Neigungswinkel jedoch zwischen 45 - 75° liegen. Die letztere Anordnung wurde als besonders vorteilhaft bei Anwendungen gefunden, bei welchen das Produkt aus einer Vielzahl von Größen bestand, jede von begrenzter Länge und bei welchen die Produktdicke in der Tiefe um ungefähr 6 mm variierte.

Entsprechend ist es eine grundsätzliche Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Erhaltung einer im wesentlichen Inerten Atmosphäre an der Oberfläche eines sich bewegenden Produktes zu schaffen, wenn es sich durch das Innere bei einer Kammer bewegt; dabei soll die Bahngeschwindigkeit des sich bewegenden Produktes bis zu ungefähr 305 m/Min, betragen» unabhängig ob das Produkt von kontinuierlicher Länge ist oder ein oder eine Mehrzahl von Größen von je endlicher Länge und Dicke darstellt. Im folgenden werden v/eitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung in verbindung mit der Zeichnung beschrieben. .

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Es zeigen:

Pig. 1 eine schematische Darstellung einer Behandlungskamiaer zur Bestrahlung eines sich bewegenden Produkts in einer Atmosphäre, die entsprechend der Lehre der vorliegenden Erfindung geregelt wird, im Längsschnitt;

Pig. 2 eine Teilansicht des Inertgas-Injektors, wobei der bevorzugte Neigungswinkel für den Injektor relativ zur Längsachse der Kammer dargestellt ist;

Pig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Teils eines Tunnels der Kammer von Pig. 1, in welchem der Inertgas-Injektor in einem weggeschnittenen Teil angeordnet ist, um die seitliche Ausrichtung des Inertgas-Injektors relativ zur Breite des entsprechenden Tunnels darzustellen.

In den Pig. 1-3, die eine Behandlungskammer 10 zur Bestrahlung eines sich bewegenden Produktes P zeigen, ist eine Behandlungskammer 12 schematisch dargestellt, welche eine Quelle für eine Strahlungsenergie (nicht gezeigt) aufnimmt; ein Eintritts- oder Austrittstunnel 14 ist stromaufwärts von der Behandlungskammer 12 in Richtung des sich bewegenden Produktes P angeordnet; und ein Austrittstunnel 16 erstreckt sich stromabwärts von der Behandlungskammer 12. Der Terminus "Tunnel" in der vorliegenden Beschreibung bezeichnet einen hohlen Durchgang von gleichförmige¹¹¹ Durchschnitt, welcher entweder einen in sich selbst geschlossenen Umfang oder einen teilweise eingeschlossenen Umfang aufweist, welcher dann vollständig geschlossen wird, wenn das sich bewegende Produkt vorhanden ist, und welcher vorzugsweise

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mit den Auslegungsparametern übereinstimmt, welche in dem vorher earwähnten Patent offenbart wurden. Zur Einfachheit der Darstellung, ist das Medium 18, welches beispielsweise die Oberfläche eines Fördergürtels darstellen kann, um ein Produkt P durch die Kammer 10 zu bewegen, wird als Boden der Kammer 10 dargestellt. Es soll jedoch verstanden werden, daß der Boden der Kammer 10 ebenso in irgendeiner Weise ausgebildet sein kann und tatsächlich durch das sich bewegende Produkt selbst gebildet wird, wenn das Produkt kontinuierlich ist.

Das Produkt P kann einen chemischen Überzug oder ein beschichtetes Substrat darstellen und kann von kontinuierlicher Länge wie z. B. eine Bahn oder von begrenzter Länge sein. Im letzteren Fall würde das Produkt P tatsächlich für die Behandlung in der Kammer als eine Reihe von aneinanderliegenden oder im Abstand angeordneten Größen vorhängen sein. Zum Zweck der vorliegenden Erfindung kann irgendeine Strahlungsquelle verwendet werden, um das Produkt P in der Be hand lungs kammer 12 der Kammer 10 zu behandeln, obwohl eine innengekühlte oder nicht Quellegekühlte bevorzugt wird. Bevorzugte Quellen actinischer Strahlung sind ultraviolette Quecksilberröhren unter niedrigem Druck und/oder keimtötende Larapen wie sie in dem US-Patent 3,840,448 beschrieben sind, ebenso wie übliche Mitteldruck-Quecksilberröhren.

Inertes Gas G wird von einer Inertgas-Sammelkammer 19 geliefert und gelangt durch einen Inertgas-Injektor 20 in die Kammer 10. Die Versorgungsquelle für die Lieferung des Gases zur Kammer 19 ist nicht gezeigt. Der Inert gas-Injektor 20 ist hinsichtlich zur Längsachse der Kammer so ausgerichtet, daß sich seine kürzere Achse mit der Längsachse schneidet und einen spitzen Winkel "06"

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bildet wie dies in Pig. 2 gezeigt 'ist. Der Winkel "J-" wird als der Winkel definiert, der zwischen dem inerten Gasstrom G, welches aus dem Gasinjektor 20 austritt und der Längsachse der Kammer 10 längs welchem das Produkt "bewegt wird, gebildet wird, und wenn er in dem Eintrittstunnel 14 angeordnet ist zwischen einem Bereich von ungefähr 45° jedoch unter ungefähr 85° liegt und wenn er in dem Austrittstunnel 16 angeordnet ist zwischen 45 - 75° liegt und so für beide Anordnungen in dem Bereich ausgerichtet sein soll, daß der Gasstrom eine Geschwindigkeits-Komponente in einer Richtung entgegen der Produktbewegung aufweist und eine Größe von zumindest der gleichen Größe der Geschwindigkeit des Produktes hat. Der Gasinjektor 20 kann hergestellt werden, indem ein Schlitz in der, oberen Oberfläche der Kammer 10

m/

ausgebildet wird, wie diese Pig. 1 bzw. 3 gezeigt ist. Die längere oder Längsachse des Gasinjektors 20 soll im wesentlichen parallel zur Breite des Tunnels 14 bzw. 16 liegen, wie dies in Pig. 3 gezeigt ist. In dem oben erwähnten US-Patent 3,807,052 wird offenbart, daß das dynamische Inertisieren einen nicht turbulenten nicht vermischten Inertgasstrom in dem Inneren der Kammer 10 erfordert. Es wurde offenbart, daß der benötigte nicht turbulente nicht- gemischte Strom in Inneren der Kammer 10 unabhängig von der Produktgeschwindigkeit bis zu 305 m/Min, gesichert sein muß und zwar durch die Kombination von: Einführen eines inerten Gases in die Kammer 10 in Porm eines im wesentlichen gleichgerichteten Stroms; entsprechend des Richten des inerten Gasstroms in Richtung des voranschreitenden Produktes P in einem bevorzugten Winkel ⁿJLⁿ ; und beibehalten eines inerten volumetrischen Gasstromes pro Einheit Tunnelbreite, welche begrenzt ist, für jede Gaszusammensetzung, auf ein maximales Aus-

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trittsniveau aus Jedem Tunnel 14 "Bzw. 16JBUr edn Inertgas, welches im wesentlichen aus Stickstoff besteht, muß der Volumenstrom pro Einheit Tunnelbreite aus Jedem Tunnel H bzw. 16 unter 18,4 nr /Std. pro 0,305 m Tunnelbreite liegen. Bei Helium beträgt das maximale Niveau ungefähr 151,6myStd. pro 0,305 m Tunnelbreite und für Kohlendioxyd beträgt das maximale Niveau ungefähr 10,2 my Std. pro 0,305 m Tunnelbreite. Die oben genannten Niveaus wurden m thematisch bestimmt und durch Versuche bestätigt. Es soll bemerkt werden, daß die oben genannten Niveaus unabhängig von der Tunnelhöhe und unabhängig von der Produkt— geschwindigkeit zumindest bis zu einer Geschwindigkeit 305 m/Min. sind _Φ

Es wurde weiter entdeckt, daß im wesentlichen die ganze Luft, die mit dem fortschreitenden Produkt mitgenommen wird, bei der Näherung der Eintrittsöffnung 22 des Gehäuses 10 von der Produktoberfläche abgezogen werden kann und von dem Gehäuse 10 abgetrennt werden kann, vorausgesetzt, daß die Inertgasgeschwin— digkeits—Komponente gegen Richtung des sich bewegenden Produktes eine Größe aufweist, welche im wesentlichen gleich oder größer als die Geschwindigkeit des sich bewegenden Produktes ist. Dies gründet sich auf eine Untersuchung, die an der Atmosphäre in dem Gehäuse 10 durchgeführt wurde. Die Messungen des Sauerstoffgenalts in dem Gehäuse 10 haben ein Niveau von 50 - 100 ppm gezeigt und liegen im allgemeinen bei typischen Betriebsbedingungen bei Bandgeschwindigkeiten im Bereich von 91 »5 bis 305 m/Min. unter 500 ppm.

Wie vorher festgestellt, schafft die geneigte Stellung des Inertgäs-Injektors 20 eine bevorzugte Richtung für den Inertgasstrom

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in Richtung des stromaufwertigen Endes des Gehäuses 10. Das Vorhandensein dieses Vorzugs wurde nicht nur gezeigt, wenn der Injektor in dem vorderen Tunnel 14 sondern ebenfalls im Austrittstunnel 16 angeordnet war. Die letztere Entdeckung wurde durch die Verwendung eines Durchflußgerätes "bestätigt, welches bestätigte, daß sogar, wenn der Strom des Inertgases in dem Gehäuse 10 stromabwärts von der Behandlungskammer 12 eingeleitet wurde, die stromaufwartige Komponente unter der Kammer 12 hindurchtrat,sogar, wenn die Austritt- und Eintrittstunnels kontinuierlich waren. In der offenen Behandlungskammer 12 war kein zirkulierender Strom vorhanden. Die einzige grundsätzliche Begrenzung für die Injektion am hinteren Ende ist die winkelmäßige Ausrichtung des Injektors. Hier ist es kritisch, daß der Winkel "oL" zumindest ungefähr 45° beträgt und nicht über 75° liegt. Die geneigte Position des Inergas-Injektors 20 schafft die bevorzugte Richtung für den inerten Gasstrom in Richtung des stromaufwärtigen Endes des Gehäuses und ist durch einen Extremwert begrenzt, um einen Venturieffect an der hinteren Öffnung 25 des Gehäuses zu vermeiden und durch den anderen Extremwert begrenzt um die oben erwähnte bevorzugte Richtung beizubehalten. Innerhalb dieser Extremwerte befindet sich der Übersteuerungsfaktor, um eine Inertgasgeschwindigkeits-Komponente entgegen dem sich bewegenden Produkt zu schaffen mit einer Größe, welche bevorzugt größer als die Geschwindigkeit des sich bewegenden Produktes ist. Es gibt jedoch eine bevorzugte physikalische-Anordnung des Injektors 20 längs des Austrittstunnels 16: der Injektor 20 soll von der Austrittsöffnung in einem Abstand angeordnet sein, der zumindest gleich zehnmal der kleinsten Querschnittsabmessung des Austrittstunnels ist.

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Obwohl der Eintrittstunnel 14 immer noch, eine Länge auf sollte/

weisen, die sich erstreckt, wie es in dem vorher erwähnten US-Patent 3, 807, 052 offenbart ist und zwar vom Eintritt 22 stromabwärts zum Injektor 20 mit einem Abstand der zumindest zehn mal der kleinsten Querschnittsabmessung der Tunnelöffnung entspricht; die Länge des Austrittstunnels 16 darf nicht länger in irgend einer Beziehung zur Länge des Eintrittstunnels 14 stehen.

Je schneller das Produkt durch das Gehäuse 10 bewegt wird, um so mehr sollte sich der Injektor von der vertikalen Position entfernen, d.h. der Neigungswinkel "al" sollte kleiner werden. Der Winkel ^ttoü^l von unter 45° schafft jedoch bezeichnenderweise die Gefahr eines Venturieffectes am hinteren Teil des Gehäuses, wodurch bewirkt wird, das Luft in das Gehäuse 10 durch den Austrittstunnel 16 gezogen wird. Der bevorzugte Winkel bei Geschwindigkeiten über 61 m/Min, liegt bei ungefähr 60°.

I¹Ur langsamer sich bewegende Produkte unter 61 m/Min, besonders bei discontinuierlichen Produkten ist es wünschenswert, mit einem höheren Hieigungswinkel zu arbeiten, welcher jedoch unter ungefähr 85° begrenzt' ist, bevorzugt 75°. Bei diesem Winkel werden irgendwelche geringen Turbulenzen in Strom, welche in Folge der Veränderlichkeit der Dicke des Produktes P von mehr als 6 mm oder infolge von plötzlichen Produktgeschwindigkeitsänderungen bewirkt werden,die bevorzugten Strömungsbedingungen aus dem Eintrittstunnel 14 nicht stören.

Obwohl das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf einen einzigen Injektor 20 beschrieben wurde, ist es offensichtlich das eine doppelte Kombination von Injektoren

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verwendet werden kann, vorausgesetzt daß die festgelegten Bedingungen von maximalem Volumenstrom die Gesamtgeschwindigkeits-Komponente gegen das sich "bewegende Produkt und der Bereich des Neigungswinkels beachtet wird. Unter Beachtung des letzteren ist es offensichtlich, daß der Injektor 20 nicht so hergestellt werden muß, daß er in seiner Anordnung stationär ist. Statt dessen kann eine einstellbare Injektorvorrichtung verwendet werden um irgend einen gewünschten Winkel innerhalb des vorgeschriebenen Bereiches einzustellen. Es ist weiter verständlich, daß es für einen Durchschnittsfaohmann offensichtlichst, gewisse Veränderungen und Notifikationen vorzunehmen, ohne sich vom Rahmen und Geist der hier beschriebenen und beanspruchten Erfindung zu entfernen.

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Claims

Patentansprüche

(T) Verfahren zum Beibehalten einer im wesentlichen inerten Atmosphäre an der Oberfläche eines sich bewegenden Produktes wenn es sich mit irgend einer gegebenen Geschwindigkeit bis zu ungefähr 305 m/Min, durch das Innere eines Gehäuses bewegt, welches eine Behandlungskammer und einen ersten und zweiten Tunnel aufweist, wobei der erste Tunnel stromaufwärts von der Kammer relativ zu dem sich bewegenden Produkt der zweite Tunnel stromabwärts von der Kammer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) ein Strom eines inerten Gases in das Gehäuse eingeleitet wird, der zumindest eine Breite aufweist, welche gleich der Breite des Produktes ist;

(b) Eichten des Stromes des inerten Gases gegen das sich vorbswegende Produkt so, daß der Strom auf die Oberfläche des sich bewegenden Produktes auftrifft, um einen spitzen Winkel hinsichtlich zu der Oberfläche von ungefähr über 4-5° und ungefähr unter 85° zu schaffen; und

(c) Ausrichten des Winkels so, daß der Gasstrom eine Geschwindigkeitskomponente in eine Richtung entgegen des sich vorbewegenden Produktes aufweist mit einer Größe, welche zu mindest gleich der Geschwindigkeit des sich bewegenden Produktes ist.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungskammer eine Quelle für eine aktinische Strahlung aufnimmt, welche zumindest aus einer ultravioletten Strahlungslampe besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das inerte Gas Stickstoff ist und daß weiter der Schritt des Einleitens des Stickstoffstromes mit einer geringen Geschwindigkeit vorgesehen ist, so, daß der maximale volumetrische Durchfluß aus jedem Tunnel unter '18,4 m /std. pro 0,305 m Tunnelbreite liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stickstoffstrom in das Gehäuse stromaufwärts von der Behandlungskammer eingeleitet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn das Produkt mit einer Geschwindigkeit von weniger als 61 m/Min, bewegt wird, der Winkel ungefähr 75° beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn das Produkt mit einer Geschwindigkeit von über ungefähr 61m/Min, bewegt wird der Winkel ungefähr 60° beträgt.
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,daß das Inertgas Helium ist und daß der Heliumstrom bei einer Durchflußgeschwindigkeit fließt, so, daß der maximale volumetrische Strom aus jedem Tunnel unter141,6m /std. pro 0,305 m Tunnelbreite beträgt.

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8. Verfahren nach. Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Heliumstrom oberhalb von der Behandlungskammer in das Gehäuse eingeleitet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas Kohlendioxyd ist und daß der Kohlendioxydstrom mit einer Geschwindigkeit fließt, so daß der maximale volumetrische Durchfluß au3 jedem Tun
pro 0,505 m Tunnelbreite liegt.

trische Durchfluß au3 jedem Tunnel unter ungefähr 10,2 nr/Std.

10, Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlendioxydstrom in das Gehäuse oberhalb der Behandlungskammer eingeleitet wird.

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