EP1737584A1 - Verfahren und vorrichtung zum entfernen von flüssigkeiten von der oberfläche eines bandes - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum entfernen von flüssigkeiten von der oberfläche eines bandes

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EP1737584A1
EP1737584A1 EP05716000A EP05716000A EP1737584A1 EP 1737584 A1 EP1737584 A1 EP 1737584A1 EP 05716000 A EP05716000 A EP 05716000A EP 05716000 A EP05716000 A EP 05716000A EP 1737584 A1 EP1737584 A1 EP 1737584A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
liquid
belt
fluid
excited
removing liquids
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05716000A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gert Mücke
Günther Coen
Frank Gorgels
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BETR FORSCH INST ANGEW FORSCH
BFI VDEH Institut fuer Angewandte Forschung GmbH
Original Assignee
BETR FORSCH INST ANGEW FORSCH
BFI VDEH Institut fuer Angewandte Forschung GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BETR FORSCH INST ANGEW FORSCH, BFI VDEH Institut fuer Angewandte Forschung GmbH filed Critical BETR FORSCH INST ANGEW FORSCH
Publication of EP1737584A1 publication Critical patent/EP1737584A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/02—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by distortion, beating, or vibration of the surface to be cleaned
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
    • B08B3/041—Cleaning travelling work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B5/00—Cleaning by methods involving the use of air flow or gas flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B45/00—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B45/02—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for lubricating, cooling, or cleaning
    • B21B45/0269—Cleaning
    • B21B45/0275—Cleaning devices
    • B21B45/0278—Cleaning devices removing liquids
    • B21B45/0284—Cleaning devices removing liquids removing lubricants

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for removing liquids from the surface of a moving belt. Such methods and devices are used in particular in strip processing machines, such as roll stands.
  • lubricant In belt processing processes, it is common to apply lubricant to the belt, e.g. to support the forming process during the rolling process and to remove forming heat and strip flakes. Remains of these lubricants remain as residues on the strip after the rolling process. If these residues are not removed before the tape is wound into a tape bundle, they form a lubricating film between the individual windings, which can cause the individual windings to move undesirably in the direction of the reel axis. In addition, only very small residues of the liquids previously used may be present on the belt surface for the further treatment of the belts.
  • the liquids are removed from the surface of the belt by one of the following measures: squeezing with metal, rubber, plastic or nonwoven rolls, wiping with the help of wipers in the manner of a rubber lip, blowing with the help of an air stream and suctioning with the help of negative pressure.
  • the way in which the lubricant residues are removed often limits the running speed of the belt.
  • the belts are driven at lower belt speeds than is actually possible in order to remove as much liquid as possible by a longer dwell time in the device for removing liquids.
  • DE 195 19 544 C2 describes, for example, a device in which a gas jet is blown onto the belt in order to clean the belt surface.
  • the gas is passed over the belt at a high flow rate.
  • the aim is to use a mass pulse to measure the amount of liquid from the Remove the surface of the belt to be cleaned.
  • EP 0 513 632 B1 in which the gas jet has an exit velocity of 0.3 to 2 Mach when leaving the nozzle and is blown onto the surface of the band at an angle of 45 to 90 °.
  • Such devices are very energy intensive.
  • the high flow velocities also lead to a high level of noise pollution.
  • the object of the invention is to propose a method and a device for removing liquids from the surface of a moving belt, which allow simple removal of the liquid efficiently.
  • the invention is based on the one finding that the core problem of removing liquids from the surface of a tape lies in the adhesive forces and that these adhesive forces can be overcome by exciting the liquid in such a way that it vibrates. Due to its vibration, the liquid detaches from the surface of the belt and can be easily removed, for example by vacuuming, blowing off or wiping off with a scraper.
  • the invention can therefore use the techniques known from the prior art for the techniques for removing the liquid detached from the surface.
  • the basic idea of the invention is to excite the liquid, thereby simplifying further steps for removing the liquid. Depending on the type of excitation, subsequent steps can even be omitted, for example if the excitation is based on the principle of sonoluminescence.
  • the excitation of the liquid is preferably carried out in such a way that coherent liquid areas, for example a liquid film, are completely excited to vibrate.
  • the excitation and further treatment of the film can be done, for example, by the type of sens / suction in a preferably laminar flow, such that the liquid film is preserved or at least is only divided into large parts, for example parts with an expansion of at least twice the film thickness, particularly preferably parts with a significantly larger expansion, such as the 3 to at least 10 times the film thickness.
  • an excitation is set which prevents the formation of liquid aerosols. In this way it can be achieved that the extracted or blown-off liquid, for example in the form of large flat parts or spherical parts, can be easily recovered.
  • the advantage of the recovery of expensive liquids, for example oils in rolling mills made possible by the method according to the invention, which is also possible outside of this preferred embodiment, is achieved in a particularly simple manner.
  • This invention finds particular application in the removal of liquids from moving belts, and here particularly in rolling mills.
  • the basic idea of the invention can also be applied to standing belt surfaces.
  • the liquid to be removed is in particular an oil or an emulsion which was applied to the strip as a coolant and / or lubricant during the rolling process.
  • the invention is particularly preferably used when detaching liquid films which take up almost the full range, since the method according to the invention is suitable for efficiently detaching these large-area liquid films from the belt.
  • the invention is used particularly well with film thicknesses of at least 1.5 ⁇ m to be removed and can also be used very advantageously with film thicknesses of 100 ⁇ m and significantly more to be removed.
  • the thickness of the layer thickness to be removed the invention is only limited by the vibration generators currently available economically. However, it is to be expected that improvements in the vibration generator technology will also open up further areas of application for the invention.
  • the liquid film is particularly preferably completely detached from a belt.
  • a partial detachment of the film for example a reduction in the film layer thickness to 0.15 ⁇ m, is also expedient Weighing between mechanical effort and the desired result, which the invention enables.
  • the excitation of the liquid takes place in particular in such a way that the liquid oscillates over a longer period of time, for example during the passage of the device provided for removal.
  • the liquid is excited in such a way that it oscillates at its resonance frequency.
  • a coherent liquid for example a film, is particularly preferably excited to a thickness resonance. This is particularly preferably achieved if the wavelength of the excitation oscillation in a carrier fluid, for example air, is 2 to 4 times the film thickness.
  • the vibration of the liquid can be achieved by various methods.
  • a vibrating body or a vibrating fluid can transmit vibrations (excitation vibration) to the liquid and thereby excite the liquid.
  • the liquid can also be excited, for example, without contact, indirectly by electromagnetic ultrasound transmitters or directly by laser-induced ultrasound.
  • the liquid is excited as a carrier medium for an excitation oscillation by a fluid stream flowing over the liquid.
  • Devices such as are known from EP 0 513 632 B1 or DE 195 19 544 C2 can be used for this purpose, these devices being supplemented by a sound wave generator which introduces sound waves into the fluid stream discharged from the nozzles.
  • sound wave generators can be, for example, loudspeakers or piezoelectric materials.
  • the fluid flow can be aligned in the direction of the tape running direction or counter to it and at an angle to the tape running direction.
  • the excitation vibration introduced into the fluid stream spreads perpendicular to the flow direction of the fluid. idstroms out. A particularly effective excitation of the liquid by the excitation oscillation is hereby achieved.
  • the direction of irradiation of the ultrasound should be selected such that the direction of the resulting vibration of the fluid after the superposition of ultrasound and fluid velocity is perpendicular to the direction of flow of the fluid stream.
  • the fluid stream preferably flows laminarly over the liquid. This ensures that the excitation vibration can excite the liquid well and the excitation is not impaired by superimposed, turbulence-related vibrations or impulses.
  • a laminar flow of the fluid flow also prevents a liquid film from being atomized into undesired aerosols depending on the application.
  • Devices for generating a laminar flow on a moving belt can, for example, take advantage of the aerodynamic paradox as described in DE 199 23 949 A1, which is expressly referred to for the method and the device for generating a laminar flow of fluid flowing over the liquid, and the disclosure of which is understood to be part of this description.
  • Air is used in particular as the fluid.
  • other gases or liquids is also conceivable, in particular the use of oxygen-free gases in order to avoid oxidation of a metallic strip.
  • the excitation can take place additionally or alternatively also via solid bodies in contact with the liquid.
  • the liquid is particularly preferably excited by an oscillating movement of the belt.
  • the belt is set in vibration. This can be done by means of elements that act directly on the tape, such as piezoelectric exciters, or, for example, by means of impacts.
  • the band can also be excited without contact, for example using magnetic ultrasound transmitters, so-called EMATs (electromagnetic-acoustic-transducers).
  • EMATs electromagagnetic-acoustic-transducers
  • the liquid in a method for removing liquids from the surface of a belt, the liquid can be evaporated using the sonoluminescence effect.
  • Sonoluminescence is the phenomenon that a liquid can emit ultrashort, high-energy flashes of light under strong sound pressure.
  • the cause of the phenomenon is cavitation, which can occur in the liquid under suitable ultrasound.
  • new voids are created which then collapse again. When these cavities collapse, a brief flash of light can occur.
  • the temperature inside the cavitation can reach several million degrees Celsius. These temperatures can be used to evaporate the liquid to be removed.
  • a laminar flow of fluid can be passed over the liquid.
  • a laminar fluid flow which does not excite the liquid, has a good entrainment of liquid particles, so that an efficient removal is made possible.
  • Devices for generating a laminar flow on a moving belt can, for example, take advantage of the aerodynamic paradox as described in DE 199 23 949 A1, which is expressly referred to for the method and the device for generating a laminar flow of fluid flowing over the liquid, and the disclosure of which is understood to be part of this description.
  • a regulation can be provided with which the frequency with which the liquid oscillates is set. This is done in particular by setting the frequency of the excitation oscillation.
  • Input parameters for the control can Material properties of the liquid, the fluid and the belt, as well as the - measured - film thickness of the liquid to be removed, the belt speed, the temperature and possibly the squeezing pressure of upstream squeeze rollers or scrapers.
  • the flow velocity and the energy introduced by the vibration generator and the frequency of the wave emitted by the vibration generator are preferably matched to one another.
  • the energy introduced is particularly preferably selected to be large enough that the flow rate can be set so low that a laminar flow is generated.
  • an introduced power of over 20 W / mm 2 , in particular over 80 W / mm 2 , and a frequency of over 500 kHz, particularly preferably over 1 MHz, for example 80 to 800 MHz, can be set.
  • the flow rate is then preferably set such that a Reynolds number (Re) of less than 1,000,000 is achieved, particularly preferably a Re of around 2000.
  • a Mach number of less than 0.3 is particularly preferred, particularly preferred set to less than 0.2.
  • the flow velocity and the energy introduced by the vibration generator and the frequency of the wave emitted by the vibration generator are preferably matched to one another in such a way that a liquid film is divided into parts which can only be separated over a certain distance, preferably the bandwidth is carried by an overflowing fluid stream.
  • This can result in the liquid being lifted off the belt, but - assuming a corresponding flow direction of the fluid flow - falls out of the fluid flow beyond the belt, for example in the belt edge region or in the case of an inward-pointing fluid flow at a collection point above the belt center.
  • Such an implementation of the method according to the invention prevents the detached liquid from getting into an extraction system and having to be recovered there. In other embodiments, however, the liquid can be recovered. rade be advantageous to discharge this into the suction system if the suction system is designed for the recovery of the liquid.
  • a device according to the invention for removing liquids from the surface of a belt has a vibration generator which can excite vibrations in the liquid or in a fluid or body contacting the liquid.
  • the device preferably has a blowing nozzle and a sound wave generator which introduces sound waves into the fluid applied by the blowing nozzle.
  • the sound wave generator can be arranged in front of or behind the blowing nozzle. Blowing nozzle is understood to mean any element from which a fluid flow emerges. Additionally or alternatively, the device according to the invention can have a sound wave generator that introduces sound waves into the band.
  • the vibration generator can also be a sound wave generator which generates vibrations directly in the liquid itself, for example a laser-induced ultrasound system.
  • the generated vibration of the fluid or the excitation vibration preferably have a frequency in the ultrasonic range.
  • FIG. 1 shows the basic structure of the device according to the invention in a schematic side view
  • FIG. 2 shows the device shown in FIG. 1 in a second schematic side view
  • FIG. 3 shows an embodiment of the device according to the invention in a schematic side view
  • FIG. 4 shows a second embodiment of the device according to the invention in a schematic side view
  • 5 shows a third embodiment of the device according to the invention in a schematic side view
  • FIG. 6 shows a fourth embodiment of the device according to the invention in a schematic side view
  • FIG. 7 shows the embodiment according to FIG. 6 in a schematic plan view
  • FIG. 8 shows a fifth embodiment of the device according to the invention in a schematic plan view
  • FIG. 9 shows the embodiment according to FIG. 8 in a schematic side view
  • FIG. 10 shows a sixth embodiment of the device according to the invention in a schematic side view
  • FIG. 11 shows the embodiment according to FIG. 10 in a schematic plan view
  • Fig. 12 shows a seventh embodiment of the device according to the invention in a schematic side view
  • FIG. 13 shows an eighth embodiment of the device according to the invention in a schematic side view.
  • FIG. 1 shows a moving belt 1, on the top and bottom of which a liquid 2, for example a lubricant, adheres.
  • a transducer 3 is attached above and below the band 1.
  • An air stream 4 is generated between the free surface of the liquid 2 and the transducer 3 by blowing nozzles, not shown.
  • the directional arrows A indicate that the air flow 4 can be directed both with and against the direction of travel of the belt.
  • Fig. 2 shows that the above the Bands 1 arranged transducers 3 are arranged side by side in such a way that transducers extend over the entire bandwidth B.
  • the sound heads 3 which are designed, for example, as piezoelectric ultrasound transmission test heads.
  • the air flow 4 is excited to oscillate.
  • the air flow 4 transmits this excitation vibration to the liquid 2 and excites it to oscillate.
  • the excitation oscillation is selected such that it preferably excites the liquid to oscillate at the resonance frequency of the liquid.
  • the vibration moves the liquid in such a way that the adhesive forces that hold the liquid on the belt surface are at least partially overcome.
  • the "dissolved" liquid 2 is removed by the air flow 4 and thus removed from the belt.
  • FIGS. 6 to 9 show an air flow 4 which is directed essentially in the tape running direction or the tape running direction
  • the air flow 4 in the embodiments of FIGS. 6 to 9 is directed perpendicular to the tape running direction.
  • this is achieved in that the air stream 4 is blown in the band center M between the transducers 3 arranged symmetrically with respect to the band center M and suctioned off at the band edge area.
  • an air flow directed towards the tape edge can also be generated.
  • a sealing lip 7 can be arranged before and / or after the group of transducers 3 and the group of blowing nozzles 6.
  • two air flows 4 are fed towards one another and extracted between two groups of transducers 3.
  • the transducers 3a can generate an excitation oscillation with a higher frequency than the transducers 3b of FIG. 11 or vice versa.
  • FIGS. 12 and 13 show embodiments in which the device according to the invention interacts with conventional squeeze rollers 8.
  • the squeeze rollers 8 are arranged in the belt running direction A in front of the air flow guide 4 of the device according to the invention. In this way, a first part of the liquid to be removed can already be removed from the belt by the squeeze rollers 8, while the remaining liquid residue is removed from the belt by the device according to the invention.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Verfahren zum Entfernen von Flüssigkeiten von der Oberfläche eines Bandes, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit derart angeregt wird, dass sie schwingt. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass das Kernproblem des Entfernens von Flüssigkeiten von der Oberfläche eines Bandes in den Adhäsionskräften liegt und dass diese Adhäsionskräfte überwunden werden können, indem die Flüssigkeit derart anregt wird, dass sie schwingt. Durch ihre Schwingung löst sich die Flüssigkeit von der Oberfläche des Bandes und kann gut abgetragen werden, beispielsweise durch Absaugen mittels Unterdruck, Abblasen oder Abstreifen mittels eines Abstreifers.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von Flüssigkeiten von der Oberfläche eines Bandes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen von Flüssigkeiten von der Oberfläche eines bewegten Bandes. Derartige Verfahren und Vorrichtungen finden insbesondere bei Bandbearbeitungsmaschinen, wie beispielsweise Walzgerüsten, Anwendung.
Bei Bandbearbeitungsprozessen ist es üblich, Schmiermittel auf das Band aufzubringen, um z.B. während des Walzvorgangs den Verformungsprozess zu unterstützen und um Umformwärme und Bandflitter abzuführen. Reste dieser Schmiermittel bleiben nach dem Walzvorgang als Rückstände auf dem Band haften. Werden diese Reste nicht vor dem Aufhaspeln des Bandes zu einem Bandbund entfernt, so bilden sie zwischen den einzelnen Wicklungen einen Schmierfilm, der ein unerwünschtes Verschieben der einzelnen Wicklungen in Haspelachsrichtung herbeiführen kann. Außerdem dürfen für die Weiterbehandlung der Bänder nur sehr geringe Reste der vorher verwendeten Flüssigkeiten auf der Bandoberfläche vorhanden sein.
Zur Zeit werden die Flüssigkeiten von der Oberfläche des Bandes durch eine der nachfolgenden Maßnahmen entfernt: Abquetschen mit Metall-, Gummi-, Kunststoff- oder Vliesstoffrollen, Abstreifen mit Hilfe von Abstreifem nach der Art einer Gummilippe, Abblasen mit Hilfe eines Luftstroms und Absaugen mit Hilfe von Unterdruck. Häufig begrenzt dabei die Art des Entfemens der Schmiermittelreste die Laufgeschwindigkeit des Bandes. Die Bänder werden mit geringeren Bandgeschwindigkeiten gefahren, als eigentlich möglich, um durch eine längere Verweilzeit in der Vorrichtung zum Entfernen von Flüssigkeiten möglichst viel Flüssigkeit zu entfernen.
DE 195 19 544 C2 beschreibt beispielsweise eine Vorrichtung, bei der zur Reinigung der Bandoberfläche ein Gasstrahl auf das Band geblasen wird. Das Gas wird mit hoher Strömungsgeschwindigkeit über das Band geleitet. Ziel ist es, mittels eines Massenimpulses die Flüssigkeitsmengen von der Oberfläche des zu reinigenden Bandes abzutransportieren. Eine ähnliche Vorrichtung wird in EP 0 513 632 B1 beschrieben, bei der der Gasstrahl beim Verlassen der Düse eine Austrittsgeschwindigkeit von 0,3 bis 2 Mach aufweist und in einem Winkel von 45 bis 90° auf die Oberfläche des Bandes geblasen wird. Derartige Vorrichtungen sind sehr energieaufwendig. Die hohen Strömungsgeschwindigkeiten führen zudem zu einer hohen Lärmbelästigung.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen von Flüssigkeiten von der Oberfläche eines bewegten Bandes vorzuschlagen, die mit einfachen Mitteln ein effizientes Entfernen der Flüssigkeit ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Die Erfindung geht von der einen Erkenntnis aus, dass das Kernproblem des Entfernens von Flüssigkeiten von der Oberfläche eines Bandes in den Adhäsionskräften liegt und dass diese Adhäsionskräfte überwunden werden können, indem die Flüssigkeit derart anregt wird, dass sie schwingt. Durch ihre Schwingung löst sich die Flüssigkeit von der Oberfläche des Bandes und kann gut abgetragen werden, beispielsweise durch Absaugen mittels Unterdruck, Abblasen oder Abstreifen mittels eines Abstreifers. Für die Techniken zum Entfernen der von der Oberfläche gelösten Flüssigkeit kann die Erfindung somit auf die aus dem Stand der Technik bekannten Techniken zurückgreifen. Grundgedanke der Erfindung ist es, die Flüssigkeit anzuregen, um dadurch weitere Schritte zum Entfernen der Flüssigkeit zu vereinfachen. Je nach Art der Anregung kann sogar auf nachfolgende Schritte verzichtet werden, beispielsweise wenn die Anregung nach dem Prinzip der Sonolumi- niszenz erfolgt.
Das Anregen der Flüssigkeit erfolgt vorzugsweise derart, dass zusammenhängende Flüssigkeitsbereiche, beispielsweise ein Flüssigkeitsfilm, vollständig zu einer Schwingung angeregt werden. Dabei kann die Anregung und die weitere Behandlung des Films, beispielsweise durch die Art des Abbla- sens/Absaugens in einer bevorzugt laminaren Strömung, derart erfolgen, dass der Flüssigkeitsfilm erhalten bleibt oder zumindest nur in große Teile geteilt wird, beispielsweise Teile mit einer Ausdehnung von mindestens der 2fachen Filmdicke, besonders bevorzugt Teile mit deutlich größerer Ausdehnung, wie beispielsweise dem 3 bis mindestens 10fachen der Filmdicke. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Anregung eingestellt, die die Bildung von Flüssigkeitsaerosolen verhindert. Dadurch kann erreicht werden, dass die abgesaugte oder abgeblasene Flüssigkeit, beispielsweise in Form großer flächiger Teile oder kugeliger Teile einfach rückgewonnen werden kann. Dadurch wird der auch außerhalb dieser bevorzugten Ausführungsform durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich gemachte Vorteil der Rückgewinnung teuerer Flüssigkeiten, beispielsweise von Ölen in Walzwerken, besonders einfach erreicht.
Diese Erfindung findet insbesondere für das Entfernen von Flüssigkeiten bei bewegten Bändern Anwendung und hier insbesondere in Walzstraßen. Der erfindungsgemäße Grundgedanke kann jedoch auch auf stehende Bandoberflächen angewandt werden. Die zu entfernende Flüssigkeit ist insbesondere ein Öl oder eine Emulsion, die beim Walzvorgang als Kühl- und/oder Schmiermittel auf das Band aufgebracht wurde. Besonders bevorzugt wird die Erfindung beim Ablösen von Flüssigkeitsfilmen eingesetzt, die nahezu die volle Bandbreite einnehmen, da sich das erfindungsgemäße Verfahren dazu eignet, diese großflächigen Flüssigkeitsfilme effizient vom Band abzulösen.
Die Erfindung findet besonders guten Einsatz bei abzulösenden Filmdicken von mindestens 1 ,5 μm und kann auch bei abzulösenden Filmdicken von 100 μm und deutlich mehr sehr vorteilhaft eingesetzt werden. Bezüglich der Dicke der abzulösenden Schichtdicke werden der Erfindung lediglich durch die derzeit wirtschaftlich lieferbaren Schwingungserzeuger Grenzen gesetzt. Es ist jedoch zu erwarten, dass mit Verbesserungen in der Schwingungserzeuger-Technik auch weitere Einsatzgebiete für die Erfindung erschlossen werden. Besonders bevorzugt wird der Flüssigkeitsfilm vollständig von einem Band abgelöst. Aber auch eine teilweise Ablösung des Films, beispielsweise eine Reduktion der Filmschichtdicke auf 0,15 μm stellt eine zweckmäßige Abwägung zwischen maschinellen Aufwand und gewünschtem Ergebnis dar, die die Erfindung ermöglicht.
Die Anregung der Flüssigkeit erfolgt insbesondere derart, dass die Flüssigkeit über einen längeren Zeitraum schwingt, beispielsweise während des Durchlaufens der zum Entfernen vorgesehenen Vorrichtung.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Flüssigkeit derart angeregt, dass sie mit ihrer Resonanzfrequenz schwingt. Hierdurch wird der Ablösungseffekt von der Oberfläche des Bandes besonders gut erreicht. Insbesondere bevorzugt wird eine zusammenhängende Flüssigkeit, beispielsweise ein Film, zu einer Dickenresonanz angeregt. Dies wird besonders bevorzugt dadurch erreicht, wenn die Wellenlänge der Anregungsschwingung in einem Trägerfluid, beispielsweise Luft, das 2- bis 4fache der Filmdicke aufweist.
Die Schwingung der Flüssigkeit kann durch verschiedene Methoden erreicht werden. Zum einen kann ein schwingender Körper bzw. ein schwingendes Fluid Schwingungen (Anregungsschwingung) auf die Flüssigkeit übertragen und die Flüssigkeit dadurch anregen. Die Flüssigkeit kann jedoch beispielsweise auch berührungslos indirekt durch elektromagnetische Ultraschallgeber oder direkt durch Laser induzierten Ultraschall angeregt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Flüssigkeit durch einen über die Flüssigkeit strömenden Fluidstrom als Trägermedium für eine Anregungsschwingung angeregt. Hierzu können Vorrichtungen, wie sie aus EP 0 513 632 B1 oder DE 195 19 544 C2 bekannt sind, verwendet werden, wobei diese Vorrichtungen durch einen Schallwellenerzeuger ergänzt werden, der Schallwellen in den aus den Düsen ausgebrachten Fluidstrom einbringt. Derartige Schallwellenerzeuger können beispielsweise Lautsprecher oder piezoelektrische Materialien sein. Der Fluidstrom kann in Richtung der Bandlaufrichtung oder ihr entgegen sowie im Winkel zur Bandlaufrichtung ausgerichtet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform breitet sich die in den Fluidstrom eingebrachte Anregungsschwingung senkrecht zur Strömungsrichtung des Flu- idstroms aus. Hierdurch wird eine besonders effektive Anregung der Flüssigkeit durch die Anregungsschwingung erreicht. Dabei sollte in einer bevorzugten Ausführungsform die Einstrahlrichtung des Ultraschalls so gewählt werden, dass die Richtung der resultierenden Schwingung des Fluids nach Superposition von Ultraschall- und Fluidgeschwindigkeit senkrecht zur Strömungsrichtung des Fluidstroms ist.
Bevorzugt strömt der Fluidstrom laminar über die Flüssigkeit. Hierdurch wird erreicht, dass die Anregungsschwingung die Flüssigkeit gut anregen kann und die Anregung nicht durch überlagerte, turbulenzbedingte Schwingungen oder Impulse beeinträchtigt wird. Eine laminare Strömung des Fluidstroms verhindert zudem, dass ein Flüssigkeitsfilm in je nach Anwendung unerwünschte Aeorosole zerstäubt wird. Vorrichtungen zum Erzeugen einer laminaren Strömung auf einem bewegten Band können beispielsweise das aerodynamische Paradoxon ausnutzen, wie es in DE 199 23 949 A1 beschrieben wird, auf die für das Verfahren und die Vorrichtung zum Erzeugen eines laminar über die Flüssigkeit strömenden Fluidstroms ausdrücklich Bezug genommen wird und deren diesbezügliche Offenbarung als Teil dieser Beschreibung verstanden wird.
Als Fluid wird insbesondere Luft eingesetzt. Der Einsatz anderer Gase oder Flüssigkeiten ist jedoch ebenfalls denkbar, insbesondere der Einsatz von sauerstofffreien Gasen, um eine Oxidation eines metallischen Bandes zu vermeiden.
Anstelle die Anregung der Flüssigkeit über eine freie Oberfläche der Flüssigkeit zu bewirken, kann die Anregung ergänzend oder alternativ auch über mit der Flüssigkeit in Kontakt stehende Festkörper erfolgen. Insbesondere bevorzugt wird die Flüssigkeit durch eine Schwingungsbewegung des Bandes angeregt. Hierzu wird das Band gezielt in Schwingung versetzt. Dies kann über unmittelbar auf das Band einwirkende Elemente wie piezoelektrische Anreger oder beispielsweise durch Stöße erfolgen. Das Band kann jedoch auch kontaktlos angeregt werden, beispielsweise unter Ausnutzung von magnetischen Ultraschallgebern, so genannten EMATs (electromagnetic- acoustic-transducers). Ebenso wie das Band zur Anregung der Flüssigkeit berührungslos angeregt werden kann, kann auch die Flüssigkeit selbst berührungslos angeregt werden, beispielsweise durch laserinduzierten Ultraschall.
Ergänzend oder alternativ kann gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung bei einem Verfahren zum Entfernen von Flüssigkeiten von der Oberfläche eines Bandes die Flüssigkeit unter Ausnutzung des Sonolu- miniszenz-Effekts verdampft werden. Unter Sonoluminiszenz versteht man das Phänomen, dass eine Flüssigkeit unter starkem Schalldruck ultrakurze, hochenergetische Lichtblitze aussenden kann. Ursache des Phänomens sind Kavitationen, die unter Ultraschall geeigneter Intensität in der Flüssigkeit entstehen können. Es entstehen in einem andauernden Prozess neue Hohlräume, die anschließend wieder kollabieren. Beim Kollaps dieser Hohlräume kann ein kurzer Lichtblitz entstehen. Die Temperatur innerhalb der Kavitation kann dabei mehrere Millionen Grad Celsius erreichen. Diese Temperaturen können dazu verwendet werden, die zu entfernende Flüssigkeit zu verdampfen.
Ergänzend oder alternativ kann bei einem Verfahren zum Entfernen von Flüssigkeiten von der Oberfläche eines Bandes ein laminarer Fluidstrom über die Flüssigkeit geführt werden. Bereits der Einsatz eines laminaren Fluidstroms, der die Flüssigkeit nicht anregt, weist eine gute Mitnahme von Flüssigkeitspartikeln auf, so dass eine effizientes Entfernen ermöglicht wird. Vorrichtungen zum Erzeugen einer laminaren Strömung auf einem bewegten Band können beispielsweise das aerodynamische Paradoxon ausnutzen, wie es in DE 199 23 949 A1 beschrieben wird, auf die für das Verfahren und die Vorrichtung zum Erzeugen eines laminar über die Flüssigkeit strömenden Fluidstroms ausdrücklich Bezug genommen wird und deren diesbezügliche Offenbarung als Teil dieser Beschreibung verstanden wird.
Als Teil eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Regelung vorgesehen sein, mit der die Frequenz eingestellt wird, mit der die Flüssigkeit schwingt. Dies erfolgt insbesondere über die Einstellung der Frequenz der Anregungsschwingung. Eingangsparameter für die Regelung können die Materialeigenschaften der Flüssigkeit, des Fluids und des Bandes sein, sowie die - gemessene - Filmdicke der zu entfernenden Flüssigkeit, die Bandgeschwindigkeit, die Temperatur und möglicherweise der Abquetschdruck vorgelagerter Quetschwalzen oder Abstreifer.
Die Strömungsgeschwindigkeit und die durch den Schwingungserzeuger eingebrachte Energie sowie die Frequenz der von dem Schwingungserzeuger ausgesandten Welle werden vorzugsweise aufeinander abgestimmt. Insbesondere bevorzugt wird die eingebrachte Energie derart groß gewählt, dass die Strömungsgeschwindigkeit so gering eingestellt werden kann, dass eine laminare Strömung erzeugt wird. Beispielsweise kann beim Fluid Luft eine eingebrachte Leistung von über 20 W/mm2, insbesondere von über 80 W/mm2, und eine Frequenz von über 500 kHz, insbesondere bevorzugt von über 1 MHz, beispielsweise 80 bis 800 MHz, eingestellt werden. Die Strömungsgeschwindigkeit wird dann vorzugsweise so eingestellt, dass eine Reynolds-Zahl (Re) von weniger als 1 000 000 erzielt wird, insbesondere bevorzugt ein Re von um 2000. Gleichzeitig wird besonders bevorzugt eine Mach-Zahl von weniger als 0,3, insbesondere bevorzugt von weniger als 0,2 eingestellt.
Abhängig vom Aufbau der Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahren werden die Strömungsgeschwindigkeit und die durch den Schwingungserzeuger eingebrachte Energie sowie die Frequenz der von dem Schwingungserzeuger ausgesandten Welle werden vorzugsweise derart aufeinander abgestimmt, dass ein Flüssigkeitsfilm in Teile zerteilt werden, die nur über eine gewisse Strecke, vorzugsweise die Bandbreite von einem überströmenden Fluidstrom getragen werden. Dadurch kann erreicht werden, dass die Flüssigkeit von dem Band abgehoben wird, aber - eine entsprechende Strömungsrichtung des Fluidstroms vorausgesetzt - jenseits des Bandes, beispielsweise im Bandkantenbereich oder bei nach innen weisendem Fluidstrom an einer Sammelstelle oberhalb der Bandmitte, wieder aus dem Fluidstrom herausfällt. Mit einer solchen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird verhindert, dass die abgelöste Flüssigkeit in eine Absauganlage gerät und dort zurückgewonnen werden muss. In anderen Ausführungsformen kann es jedoch zur Rückgewinnung der Flüssigkeit ge- rade von Vorteil sein, diese in die Absauganlage abzuführen, wenn die Absauganlage für die Rückgewinnung der Flüssigkeit ausgebildet wird.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entfernen von Flüssigkeiten von der Oberfläche eines Bandes weist einen Schwingungserzeuger auf, der in der Flüssigkeit oder in einem die Flüssigkeit kontaktierenden Fluid oder Körper Schwingungen anregen kann.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Blasdüse und einen Schallwellenerzeuger auf, der Schallwellen in das von der Blasdüse aufgebrachte Fluid einbringt. Dabei kann der Schallwellenerzeuger vor oder hinter der Blasdüse angeordnet sein. Als Blasdüse wird dabei jegliches Element verstanden, aus dem ein Fluidstrom austritt. Ergänzend oder alternativ kann die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Schallwellenerzeuger aufweisen, der Schallwellen in das Band einbringt. Ebenso kann der Schwingungserzeuger ein Schallwellenerzeuger sein, der Schwingungen unmittelbar in der Flüssigkeit selbst erzeugt, beispielsweise ein laserinduziertes Ultraschallsystem.
Die erzeugte Schwingung des Fluids oder die Anregungsschwingung haben vorzugsweise eine Frequenz im Ultraschallbereich.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen
Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung in ihrem Grundaufbau in einer schematischen Seitenansicht,
Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung in einer zweiten schematischen Seitenansicht,
Fig. 3 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Seitenansicht,
Fig. 4 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Seitenansicht, Fig. 5 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Seitenansicht,
Fig. 6 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Seitenansicht,
Fig. 7 die Ausführungsform nach Fig. 6 in einer schematischen Draufsicht,
Fig. 8 eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Draufsicht,
Fig. 9 die Ausführungsform nach Fig. 8 in einer schematischen Seitenansicht,
Fig. 10 eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Seitenansicht,
Fig. 11 die Ausführungsform gemäß Fig. 10 in einer schematischen Draufsicht,
Fig. 12 eine siebte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Seitenansicht und
Fig. 13 eine achte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Seitenansicht.
Fig. 1 zeigt ein bewegtes Band 1 , auf dessen Ober- und Unterseite eine Flüssigkeit 2, beispielsweise ein Schmiermittel, anhaftet. Oberhalb und unterhalb des Bandes 1 ist jeweils ein Schallkopf 3 angebracht. Durch nicht dargestellte Blasdüsen wird jeweils ein Luftstrom 4 zwischen der freien Oberfläche der Flüssigkeit 2 und dem Schallkopf 3 erzeugt. Die Richtungspfeile A zeigen an, dass der Luftstrom 4 sowohl mit als auch entgegen der Bandlaufrichtung gerichtet sein kann. Fig. 2 zeigt, dass die oberhalb des Bands 1 angeordneten Schallköpfe 3 derart nebeneinander angeordnet sind, dass sich Schallköpfe über die gesamte Bandbreite B erstrecken.
Zum Entfernen der Flüssigkeit 2 von der Oberfläche des Bandes 1 werden von den Schallköpfen 3, die beispielsweise als piezoelektrische Ultraschall- sendeprüfköpfe ausgebildet sind, Schallwellen in den Luftstrom 4 ausgesandt. Hierdurch wird der Luftstrom 4 zu einer Schwingung angeregt. Der Luftstrom 4 überträgt diese Anregungsschwingung auf die Flüssigkeit 2 und regt diese zu einer Schwingung an. Dabei ist die Anregungsschwingung derart gewählt, dass sie die Flüssigkeit vorzugsweise zu einer Schwingung mit der Resonanzfrequenz der Flüssigkeit anregt. Durch die Schwingung wird die Flüssigkeit derart bewegt, dass die Adhäsionskräfte, die die Flüssigkeit an der Bandoberfläche halten, zumindest teilweise überwunden werden. Die derart "gelöste" Flüssigkeit 2 wird durch den Luftstrom 4 abgetragen und damit vom Band entfernt.
In den Fig. 3 bis 5 ist dargestellt, dass der Luftstrom 4 durch Begrenzungskörper 5 gezielt auf die Bandoberfläche bzw. von der Bandoberfläche fort gelenkt werden kann.
Während die Fig. 1 bis 5 einen Luftstrom 4 zeigen, der im Wesentlichen in Bandlaufrichtung bzw. der Bandlaufrichtung entgegengesetzt gerichtet ist, ist der Luftstrom 4 in den Ausführungsformen der Fig. 6 bis 9 senkrecht zur Bandlaufrichtung gerichtet. Bei der Ausführungsform der Fig. 6 und 7 wird dies erreicht, indem der Luftstrom 4 in der Bandmitte M zwischen den bezüglich der Bandmitte M symmetrisch angeordneten Schallköpfen 3 eingeblasen wird und am Bandkantenbereich abgesaugt wird.
Indem die Schallköpfe 3 und die Blasdüsen 6 senkrecht zur Bandlaufrichtung A abwechselnd und als Reihe im Winkel zur Bandlaufrichtung A angeordnet werden, wie in Fig. 8 dargestellt, kann ebenfalls eine zur Bandkante gerichtete Luftströmung erzeugt werden. Zur besseren Führung der Luftströmung kann, wie in Fig. 9 dargestellt, vor und/oder nach der Gruppe der Schallköpfe 3 und der Gruppe der Blasdüsen 6 eine Dichtlippe 7 angeordnet sein. In der Ausführungsform der Fig. 10 und 11 werden zwei Luftströme 4 aufeinander zugeführt und zwischen zwei Gruppen von Schallköpfen 3 abgesaugt. Dabei können die Schallköpfe 3a eine Anregungsschwingung mit höherer Frequenz erzeugen als die Schallköpfe 3b der Fig. 11 oder umgekehrt.
Die Fig. 12 und 13 zeigen Ausführungsformen, bei denen die erfindungsgemäße Vorrichtung mit herkömmlichen Quetschwalzen 8 zusammenwirkt. Die Quetschwalzen 8 sind in Bandlaufrichtung A vor der Luftstromführung 4 der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet. Auf diese Weise kann durch die Quetschrollen 8 bereits ein erster Teil der zu entfernenden Flüssigkeit von dem Band entfernt werden, während durch die erfindungsgemäße Vorrichtung der verbleibende Flüssigkeitsrest vom Band entfernt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Entfernen von Flüssigkeiten von der Oberfläche eines Bandes, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit derart angeregt wird, dass sie schwingt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit derart angeregt wird, dass sie mit einer ihrer Resonanzfrequenzen schwingt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit durch eine von einem über die Flüssigkeit strömenden Fluidstrom als Trägermedium übertragene Anregungsschwingung angeregt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidstrom laminar über die Flüssigkeit strömt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit durch eine Schwingungsbewegung des Bandes angeregt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingung der Flüssigkeit direkt oder indirekt durch berührungslose Anregungsverfahren erzeugt wird.
7. Verfahren zum Entfernen von Flüssigkeiten von der Oberfläche eines Bandes, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit unter Ausnutzung des Sonoluminis- zens-Effekts verdampft wird.
8. Verfahren zum Entfernen von Flüssigkeiten von der Oberfläche eines Bandes, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge- kennzeichnet, dass ein laminarer Fluidstrom über die Flüssigkeit geführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen der Flüssigkeit bei einem bewegten Band erfolgt.
10. Vorrichtung zum Entfernen von Flüssigkeiten von der Oberfläche eines Bandes, gekennzeichnet durch einen Schwingungserzeuger, der in der Flüssigkeit oder in einem die Flüssigkeit kontaktierenden Fluid oder Körper Schwingungen anregen kann.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Biasdüse und einen Schallwellenerzeuger, der Schallwellen in das von der Blasdüse ausgebrachte Fluid einbringt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 , gekennzeichnet durch einen Schallwellenerzeuger, der Schallwellen in das Band einbringt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch einen Lautsprecher, einen piezoelektrischen Schallwandler, einen magnetischen Ultraschallgeber, einen EMAT oder einen Laser für laserinduzierten Ultraschall.
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