DE3509484A1

DE3509484A1 - Vorrichtung zur bestrahlung von bewegtem bahnmaterial mit ionisierenden strahlen

Info

Publication number: DE3509484A1
Application number: DE19853509484
Authority: DE
Inventors: Richard G. Joliet Ill. Daigle; Warren J. Prestbury/Aurora Ill. Rammler
Original assignee: RPC Industries
Current assignee: RPC Industries
Priority date: 1984-03-23
Filing date: 1985-03-15
Publication date: 1985-10-10
Also published as: JPH052120B2; GB2157140B; GB2157140A; GB8506508D0; JPS60206444A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestrahlung von bewegtem Bahn- oder Flachmaterial mit ionisierenden Strahlen. Zu der Strahlung gehören Elektronen, positive Ionen, Röntgenstrahlen, Photonen und Gammastrahlen. Hierfür ist eine Behälter umhüllung nötig, die verhindert, daß Streustrahlung in die Umgebung der Vorrichtung entweicht.

Es ist schon ziemlich lange bekannt, daß ionisierende Strahlen beispielsweise in Form energiereicher Elektronen für so verschiedene Zwecke wie das Polymerisieren einer bewegten Bahn oder eines in Bewegung befindlichen Flachmaterials oder eines Bogens sowie für das Trocknen und Härten von Farben oder sonstigen Flüssigkeiten auf einem sich bewegenden Substrat benutzt werden können. Solche Systeme sind auch schon für die Oberflächen- und Massensterilisation von Stoffen in einer bewegten Produktionsreihenanordnung angewandt worden. Eine weitere Verwendung solcher Vorrichtungen scheiterte jedoch im wesentlichen daran, daß die Art der Energiequelle der Vorrichtung physikalische Grenzen für den Einsatz einer solchen Vorrichtung auferlegte.

Wenn als ionisierende Strahlung Elektronen benutzt werden, wird häufig vom bestrahlten Bahnmaterial in Form durchdringender Röntgenstrahlen, der sogenannten Bremsstrahlung und durch die molekulare Anregung der charakteristischen Röntgenstrahlen der Stoffe von den Atomen der Stoffe, mit denen die Elektronen in Wechselwirkung treten, Energie abgestrahlt. Die dadurch entstehende Quelle der Bremsstrahlung oder Photonenstrahlung ist schwer einzugrenzen, weil sie eine große Fähigkeit hat, feste Stoffe zu durchdringen. Folglich ist die kontinuierliche "on-line"-Anwendung der Trocken- oder Härtungsbehandlung mit Hilfe von Elektronen bisher begrenzt.

Eine gcwöibeart;ige (vault) Abschirmung der ganzen Anlage ist zwar schon mit Erfolg angewandt worden, aber solche Lösungen sind nicht praktisch, wenn es um die Schaffung einer Vorrichtung zum Bestrahlen von flexiblem bewegten Bahnmaterial geht. Aus

US-PS 4 252 413 geht ein Versuch zur Lösung dieses Problems hervor, bei dem eine abgeschirmte Hohlraum-Einfangeinrichtung im Eingangs- und Ausgangsbereich einer zentralen Bestrahlungszone vorgesehen ist, durch die das bewegte Bahnmaterial geleitet wird. Bei dieser bekannten Vorrichtung sind parallele, abgeschirmte Wandflächen vorgesehen, die in Längsrichtung verlaufende Schlitze bilden, in denen die Streustrahlung kollimiert wird und die ferner Eingangs- und Ausgangsbereiche für das bewegte Bahnmaterial bilden.

Zwar wird in der genannten US-Patentschrift eine vernünftige Möglichkeit für die Benutzung einer Vorrichtung vorgeschlagen, mit der bewegtes Bahnmaterial einer ionisierenden Bestrahlung ausgesetzt werden kann, aber es bleiben doch gewisse Schwierigkeiten ungelöst, die weiterhin die universelle Verwendbarkeit solcher Vorrichtungen einschränken. Der größte Nachteil besteht bisher in der Starrheit bekannter Vorrichtungen zum Erzeugen von Strahlung. Weil die Umgebung vor nach durchdringender Streustrahlung abgeschirmt werden muß, muß bisher die physikalische Geometrie der Vorrichtungen, einschließlich der gemäß der genannten US-Patentschrift starr und fest sein. Wenn also eine Bearbeitungsstraße für zu bestrahlendes, bewegtes Bahnmaterial geändert wird, was zu einer Änderung der räumlichen Anordnung des Bahnmaterials beim Eingang oder Ausgang aus der die Strahlung erzeugenden Vorrichtung führt, muß die ganze Vorrichtung entweder zugunsten einer neu angepaßten Konstruktion aufgegeben oder mit hohen Kosten stark abgewandelt werden, um das neu angeordnete Bahnmaterial aufnehmen zu können. Natürlich ist ein solcher Mangel an Flexibilität ein wesentliches Hindernis für die Benutzung einer bekannten, ionisierenden Strahlung erzeugenden Vorrichtung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, die von den Einschränkungen und Nachteilen des Standes der Technik frei ist, insbesondere soll eine Vorrichtung der genannten Art geschaffen werden, die einen bisher unerreichbaren Grad an Flexibilität hat.

Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird eine Vorrichtung geschaffen, mittels der ionisierenden Strahlung für ein bewegtes Bahnmaterial oder Flachmaterial erzeugt wird, die eine zentrale Kammer aufweist, welche eine Strahlungsfalle enthält sowie eine Einrichtung, mittels der ionisierenden Strahlung erzeugt und auf das bewegte Bahnmaterial gerichtet wird. Zu der durch die Erfindung geschaffenen Verbesserung gehört eine Einlaß- und Auslaßeinrichtung für die Bahn des bewegten Bahnmaterials, die sich dadurch auszeichnet, daß sie eine oder mehrere Teilkanmern jeweils an der Eingangs- und Ausgangsseite der zentralen Kammer aufweist. Die Teilkammern oder Unterkammern enthalten wiederum Einrichtungen zum Einfangen ionisierender Streustrahlung und zeichnen sich ferner dadurch aus, daß sie von jeweils benachbarten Teilkammern und von der zentralen Kammer abnehmbar oder trennbar sind. Durch diese Möglichkeit der Trennung können die Teilkammern durch zusätzliche Teilkammern ersetzt werden, um den Eingangs- und Ausgangswinkel des bewegten Bahnmaterials im Verhältnis zur räumlichen Anordnung der Vorrichtung zu ändern.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung stellt eine Querschnittsgrundansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Bestrahlung mit ionisierenden Strahlen dar.

Von großer Wichtigkeit für die Erfindung ist der Transport von bewegtem Bahnmaterial 12 innerhalb einer zentralen Kammer 10, die eine Bestrahlungszone, z. B. einen vollständig von einer Abschirmung 9 umgebenen Elektronengenerator 11 aufweist. Die Abschirmung 9 besteht beispielsweise aus Stahl oder Blei, Material, welches sich als wirksam zur Einschliessung durchdringender Photonen erwiesen hat, die bei der praktischen Durchführung der Erfindung naturgemäß erzeugt werden. Idealerweise hat eine solche Vorrichtung auch eine Strahlungsfalle 3, die in direkter Linie der durch das be-

wegte Bahnmaterial 12 hindurchdringenden ionisierenden Strahlung angeordnet ist und aus einem Werkstoff bestehen sollte, der beträchtliche Strahlungsmengen einfängt und am Austritt in die Umgebung hindert. Dabei sollte die Strahlungsfalle 3 gleichzeitig ein guter Wärmeleiter sein, da im Bereich der Falle mehr Energie als in den übrigen Oberflächenbereichen der Vorrichtung empfangen wird. Als bevorzugter Werkstoff für die Strahlungsfalle 3 gilt Kupfer, ein Material, welches über Leitungen 4 wassergekühlt werden kann, wodurch die Ableitung der durch die auftreffende ionisierende Strahlung entstehenden Wärmeenergie weiter gefördert wird. Das Bahnmaterial 12 läuft zunächst in eine vorgeschaltete Teilkammer 19 und von dieser aus über eine Walze 13 in eine weitere Teilkammer 20 ein. Von hier aus läuft das Bahnmaterial um eine Walze 14 und tritt an dieser Stelle in die zentrale Kammer 10 ein, in der die Bestrahlung erfolgt. Häufig ist es nötig, den Sauerstoffpegel in der Kammer auf ein Minimum einzuschränken, damit keine freien Radikale der zu härtenden chemischen Substanzen in der Nähe oder an der Oberfläche des bewegten Bahnmaterials entionisiert werden können und damit die Erzeugung von Ozon durch Sekundäreflexionen und die Streuung der ionisierenden Strahlen begrenzt wird. Das kann erreicht werden durch die Anordnung von Abstreifelementen 24, die vom bewegten Bahnmaterial eine beträchtliche Menge Sauerstoff und verwandter Gase abtrennen, die aus der Umgebung von der Bahn mitgerissen werden. Die abgetrennten Gase können entweder durch eine Leitung 26 abgesaugt, und gesammelt oder anderweitig auf bekannte Weise abgeführt werden. Zur Entfernung von Sauerstoff aus der zentralen Kammer 10 tragen ferner Ventilationseinrichtungen 25 bei, durch welche ein inertes Gas, z. B. Stickstoff vorzugsweise im Gegenstrommuster zur Bewegungsrichtung des Bahnmaterials 12 eingeführt wird. Zwischen den Abstreifelementen und der Zufuhr des Inertgases werden praktisch alle nennenswerten Gase aus der Umgebung, die dem bewegten Bahnmaterial zugeordnet sind, entfernt. Es sei darauf hingewiesen, daß ähnliche Abstreifelemente und Ventilationseinrichtungen auch stromabwärts an einer beliebigen weiteren Teilkammer, z. B. der Teilkammer 22 vorgesehen sein können, um zu verhindern,

daß Sauerstoff in die zentrale Kammer 10 kriecht.

Als weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel sieht die Erfindung die Anordnung von Zugangstüren 30 an einer oder mehreren der Teilkammern vor. Diese Zugangstüren erleichtern nicht nur dem Benutzer der Vorrichtung die Wartung sondern sind auch hilfreich für das Einfädeln von bewegtem Bahnmaterial durch die Vorrichtung bei Beginn eines Produktionslaufs. Idealerweise wäre jede solche Eingangstür an einem Ende angelenkt, z. B. am Ende 31,und am anderen Ende, z. B. am Ende 32, lösbar angebracht. Die Unversehrtheit im Innern der Vorrichtung wird durch ausreichende Abdichtungen sichergestellt, so daß keine störende ionisierende Strahlung entweichen und kein Sauerstoff in die zentrale Kammer eindringen kann.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Anordnung einer Falle 35, die die Aufgabe einer Wand der zentralen Kammer 10 erfüllt und längs der geometrischen Mittellinie dieser Kammer in eine mit Bezugszeichen 35a gestrichelt gezeigte Stellung entfernbar ist. Diese Ausführungsform ermöglicht einen sofortigen und unbehinderten Zugang zur zentralen Kammer zur Wartung der im Innern angeordneten Elemente und zum Einlegen des Bahnmaterials in die Einheit. Außerdem kann die Falle 35 durch Hilfszubehör ersetzt werden, z. B. durch Abschreck- oder Hänge -(Feston-)walzen, denen die nötige Abschirmung und Führungswalzen im Zusammenhang mit der hier gezeigten Vorrichtung zugeordnet sind, ohne daß weitere Bauelemente abgewandelt werden müssen. Die Falle 35 kann mit der die Außenwand bildenden Abschirmung 9 der zentralen Kammer durch eine beliebige Befestigungseinrichtung einstückig festgehalten werden, sofern an den Rändern 36 und 37 eine Dichtung eingehalten wird, um sicherzustellen, daß nicht unbeabsichtigt Streustrahlung entweicht oder Sauerstoff in den Verarbeitungsbereich eindringt.

Als weitere Hilfe, mit der der Sauerstoffpegel und sonstige unerwünschte Gase im Innenraum der zentralen Kammer 10 begrenzt

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werden, sind Ventilationseinrichtungen 50 und Ablaßeinrichtungen 40 vorgesehen. Durch die Ventilationseinrichtungen wird ein Schutzgas, wie Stickstoff ins Innere der zentralen Kammer eingeführt und gelangt idealerweise in Gegenströmung auf das bewegte Bahnmaterial und wird aus dem Innern der zentralen Kammer durch die genannte Ablaßeinrichtung 40 abgeführt. Wenn die Vorrichtung den Dauerbetriebszustand erreicht hat, kann mit ihr der Sauerstoffpegel in der zentralen Kammer auf unter ca. 50 ppm gehalten werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll bei minimalem Strahlungsaustritt an die Umgebung arbeiten. Leckverluste von weniger als 0,06 mR/Std. können erreicht werden, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Nähe einer Einlaß- und Auslaß einrichtung 17 bzw. 18 der zentralen Kammer 10 mit einer oder mehreren Teilkammern versehen ist, die Elemente 60, 60a, 61, 61a, 62, 62a, 63, 63a usw. enthalten, bei denen es sich im wesentlichen um parallele Vorsprünge von der Innenwand einer oder mehrerer der Teilkammern handelt. Diese Vorsprünge bewirken das Kollimieren und Einfangen von Streustrahlung, ehe diese an die Umgebung austreten kann. Entsprechende Einfangeinrichtungen in Form von Elementen 70, 70a, 71, 71a, 72, 72a, 73 und 73a sind auch innerhalb einer Teilkammer 21 am Ausgangsende der Vorrichtung gemäß der Erfindung vorgesehen.

Für die Ausführung der Erfindung ist es wesentlich, daß die Falle 23 als entfernbare Zugangseinrichtung von der Vorrichtung in eine Stellung, beispielsweise die gestrichelt gezeigte Stellung 35a zurückgezogen werden kann, ohne daß irgendeine der erwähnten Teilkammern entfernt werden muß. Umgekehrt kann die Eingangs-Ausgangsgeometrie für das Bahnmaterial dadurch geändert werden, daß eine oder mehrere der Teilkammern entfernt und durch eine oder mehrere Teilkammern mit anderer Geometrie ersetzt wird. Dies ist durch einen einfachen Anschraub-Abschraubvorgang möglich, ohne daß die zentrale Kammer 10, die die Falle 35 als entfernbare Zugangseinrichtung enthält, gestört werden muß.

Die in der Praxis mit der Erfindung mögliche Flexibilität ist bei bekannten Vorrichtungen nicht erreichbar. Nicht nur die physikalische Gestalt ermöglicht hier eine Neuanordnung der Eingangs- und Ausgangswege ohne die zentrale Kammer und deren Stützeinrichtung zu stören, sondern die zentrale Kammer selbst kann auch in ihrer räumlichen Anordnung geändert werden, ohne daß die Eingangs- und Ausgangswege in irgendeiner Weise gestört werden. Es hat sich z. B. als einfacher erwiesen, bewegtes Bahnmaterial durch die zentrale Kammer einzuführen, wenn diese sich in solcher Stellung befindet, daß das Bahnmaterial in einer im wesentlichen senkrechten Bahn bewegt wird, d. h. wenn die Längsrichtung des unter dem ionisierenden Strahl entlangbewegten Bahnmaterials 12 senkrecht verläuft. Durch einfaches Abwandeln der Geometrie der verschiedenen Teilkammern kann folglich das Bahnmaterial in solche senkrechte Bahn gelenkt werden, ohne daß die Eingangs- und Ausgangsrichtung des bewegten Bahnmaterials bei seinem Austritt oder Eintritt in die verschiedenen Teile der Stützvorrichtung gestört wird.

Die durch die Erfindung möglich gewordene Flexibilität kann auch genutzt werden, um verschiedene zentrale Kammern, in denen ionisierende Strahlen erzeugt werden, kaskadenartig in einer einzigen Anlage anzuordnen, wiederum ohne daß die Geometrie der Stützeinrichtungen geändert werden muß. So können z. B. zwei Kammern wie die zentrale Kammer 10 dadurch in Kaskade geschaltet werden, daß die Ausgangseinrichtungen einer ersten Kammer mit einer Teilkammer verbunden werden, während der Ausgang der Teilkammer den Eingang einer weiteren Verarbeitungskammer speist.

Um das Einfädeln mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch weiter zu erleichtern, kann eine oder mehrere der Teilkammern mit einer Zugangseinrichtung, beispielsweise der gestrichelt gezeigten Zugangstür 30 versehen sein, die während des Betriebes der Vorrichtung zu einer in Längsrichtung ausgerichteten Seitenwand der Teilkammer 21 wird. In ihrem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Zugangstür 30 am Ende 31

scharnierartig angelenkt und kann geöffnet werden, um Bahnmaterial 12 über Rollen 5, 15 usw. einzufädeln. Bei geschlossener Zugangstür tritt ein Aufnähmevorsprung 32 mit einem Einschubvorsprung 33 in Eingriff und bildet eine Dichtung, die verhindert, daß Strahlung an die Umgebung entweicht oder Sauerstoff ins Innere der Vorrichtung eindringt. In der Zeichnung ist zwar nur eine einzige Zugangseinrichtung gezeigt, aber wahlweise kann natürlich jede Teilkammer so gestaltet sein, daß sie ihre eigene Zugangseinrichtung aufweist.

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Claims

Patentanwälte · European Patent Attorneys

MÜNCHEN

R 23 P2 D

RPC Industries
Hayward, California

U.S.A.

VORRICHTUNG ZUR BESTRAHLUNG VON BEWEGTEM BAHNMATERIAL MIT IONISIERENDEN STRAHLEN

Priorität: 23. März 1984 - USA - Serial No. 592 906

Patentansprüche
hj. Vorrichtung zur Bestrahlung von bewegtem Bahnmaterial mit ionisierenden Strahlen
gekennzeichnet durch

A. eine zentrale Kammer mit

1.einer Einrichtung, die ionisierende Strahlen erzeugt und auf das bewegte Bahnmaterial richtet,

2.einer Strahlungsfalle, die erhebliche Strahlungsmengen, welche vom Bahnmaterial nicht absorbiert werden, absorbiert und durch diese Strahlung erzeugte Wärme abführt, 3· einer abnehmbaren Zugangseinrichtung, die Zugang ins Innere der Kammer ermöglicht, und

4. einer Einlaß- und Auslaßeinrichtung, die das durch die zentrale Kammer bewegte Bahnmaterial aufnimmt und abgibt,

B. eine oder mehrere Teilkammern, die funktionsmäßig an die zentrale Kammer angehängt sind und

l.eine Einrichtung, welche die von der Einlaß- und Auslaßeinrichtung der zentralen Kammer ausgehende Streustrahlung einfängt , sowie

2. eine Führungseinrichtung aufweisen, die das durch die Vorrichtung bewegte Bahnmaterial stützt,so daß eine oder mehrere Teilkanimern ohne Entfernen der Zugangseinrichtung von der zentralen Kammer und von anderen Teilkammern entfernbar sind.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die den Sauerstoffpegel in der zentralen Kammer begrenzt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß mindestens eine der Eingangsseite der zentralen Kammer benachbarte Teilkammer ferner eine Einrichtung aufweist, mit der Sauerstoff vom bewegten Bahnmaterial abgestreift wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet , daß die Abstreifeinrichtung eine Ventilationseinrichtung aufweist, durch die ein Inertgas eingeführt wird, sowie eine Ablaßeinrichtung, durch die das Inertgas und sonstige vom bewegten Bahnmaterial getragene Gase abgeführt werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet , daß die Ventilationseinrichtung stromabwärts von der Ablaßeinrichtung angeordnet ist, so daß das Inertgas im Gegenstrom zur Bewegungsrichtung des bewegten Bahnmaterials fließt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet , daß das Inertgas Stickstoff ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß die Zugangseinrichtung ohne Entfernen einer der .Teilkammern von der zentralen Kammer trennbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Begrenzen des Sauerstoffpegels in der zentralen Kammer eine Ventilationseinrichtung zur Zufuhr eines Inertgases in der zentralen Kammer und eine Ablaßeinrichtung zum wesent-

lichen Abführen jeglicher, in der zentralen Kammer befindlicher Gase aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß die Strahlungsfalle mittels einer Einrichtung gekühlt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet , daß die Kühleinrichtung eine Wasserumlaufeinrichtung aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß jede Teilkammer eine Zugangseinrichtung aufweist, die Zugang ins Innere der Teilkammer ermöglicht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet , daß die Zugangseinrichtung eine angelenkte Wand aufweist, die längs einer Längsachse der Teilkammer angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß der Sauerstoffpegel innerhalb der zentralen Kammer im Dauerbetriebszustand der Vorrichtung unterhalb ca. 50 ppm gehalten wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß die Teilkammern durch zusätzliche Teilkammer^ ersetzbar sind, um die Eingangs- oder Ausgangswinkel des bewegten Bahnmaterials im Verhältnis zur räumlichen Anordnung der Vorrichtung zu ändern.