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Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von geformtem Material Eines
der Probleme, die bei Verfahren unter Verwendung von Geweben, Fäden oder Folien
auftreten, ist die wirksame Reinigung von deren Oberflächen. Die damit verbundenen
Schwierigkeiten treten insbesondere bei der Herstellung von Überzügen und bei Druckverfahren
auf, weil das Fertigprodukt Mängel aufweist infolge von Staub, Schmutz, Linters
oder Fusseln u. dgl. an der Oberfläche. Außerdem nehmen manche Gegenstände wie Filme,
Film- und Magnetbänder schnell Staub, Schmutz und Fusseln auf. Diese Teilchen sammeln
sich auf der Oberfläche an oder werden eingebettet. Werden diese Teilchen nicht
entfernt, so kann es zu einer Beschädigung beim Gebrauch kommen.
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Es sind verschiedene Versuche zur Lösung dieser Probleme bekannt.
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Einer besteht in der Verwendung von Bürsten oder klebrigen Walzen.
Die zu reinigende Oberfläche und die Bürsten oder Walzen werden so aneinander vorbeibewegt,
daß die Fremdstoffteilchen entfernt werden. Diese Methode ist in vielen Fällen ausreichend;
jedoch können hierdurch besonders kleine Teilchen nicht entfernt werden. Sie kann
auch nicht bei solchem Material angewandt werden, bei dem eine direkte Berührung
mit den Oberflächen während der Reinigung vermieden werden soll. Nach anderen bekannten
Verfahren läßt man das Material durch einen Behälter laufen, der ein beschalltes
Reinigungsmittel enthält. Da bei diesen Methoden das Material in ein flüssiges Reinigungsmittel
eingetaucht wird, ist ein zusätzlicher Trocknungsvorgang und bei manchen Anwendungsgebieten
eine Rückgewinnung des Reinigungsmittels erforderlich, bevor weitere Arbeitsgänge
stattfinden können. Bei anderen Versuchen wird Druckluft und/oder eine Saugvorrichtung
angewandt. Diese Verfahren sind dann angebracht, wenn feine Teilchen entfernt werden
sollen, die auf der Oberfläche des Materials nur durch eine schwache Bindung festgehalten
werden; aber sie sind nicht ausreichend, wenn die Teilchen sehr klein sind und/oder
auf dem Material stark haften, z. B. durch eine starke elektrostatische Anziehung.
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Das Verfahren nach der Erfindung und die hierfür geeignete Vorrichtung
wird nun z. B. an der Entfernung von Fremdstoff von der Oberfläche eines laufenden
Filmträgers vor Beschichtung mit der photographischen Emulsion beschrieben.
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Bei der üblichen Herstellung photographischer Filme und Papiere wird
ein Filmträger mit einer lichtempfindlichen Emulsion überzogen. Der Filmträger hat
gewöhnlich Bandform und kann aus Papier oder Folien aus Celluloseestern, z. B. Cellulosetriacetat,
Celluloseacetatbutyrat, verschiedenen Superpolymeren, Polyvinylacetalen und Polyestern,
wie Polyäthylenterephthalat, bestehen. Befinden sich beim Emulsionsauftrag auf der
Oberfläche des Trägers feinteilige Fremdkörper, so können entweder kleine Flächen
nicht überzogen werden; diese sind in der Technik als »Abstoßstellen« bekannt und
sind für den Ausschuß verantwortlich; oder es werden die Fremdteilchen auch überzogen,
so daß sensitivierte oder desensitivierte Stellen in der Emulsion entstehen; ein
solcher Film ist unbrauchbar.
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Bei der Herstellung verschiedener Filmträger ist es schwierig, die
Oberfläche der Träger vollkommen frei von Fremdkörpern zu halten. Es ist daher eine
wirksame Methode zum Entfernen dieser Fremdteilchen erforderlich. Verschiedene bekannte
Verfahren haben sich als nicht besonders wirksam erwiesen. Einer der Gründe hierfür
scheint die starke Bindung zwischen manchen Fremdstoffteilchen und dem Filmträger
zu sein. Eine andere Ursache liegt wohl darin, daß viele Teilchen, die eine Abstoßung
verursachen, sehr klein sind und in der Grenzschicht zwischen Bandoberfläche und
Luft liegen. Diese Grenzschicht wird durch Reinigungsmethoden, wie Druckluft oder
Saugvorrichtungen, nicht gestört; daher werden solche Teilchen im allgemeinen nicht
entfernt.
Das Verfahren gemäß der Erfindung zum Reinigen von geformtem
Material durch Entfernen von Fremdteilchen von den Oberflächen besteht nun darin,
daß man das geformte Material in eine Reinigungszone bringt in der Schockwellen
erzeugt werden, indem man Luft von einem Druck P1 auf einen Druck Po entspannt,
wobei das Verhältnis Po : P1 nicht größer als 0.528 ist, und daß man die Schockwellen
gegen die Oberflächen des geformten Materials richtet. Durch die Schockwellen werden
die - kurz gesagt -Schmutzteilchen von der Materialoberfläche abgehoben und gegebenenfalls
aus der Reinigungszone abgesaugt. Der Begriff »geformtes Material« umfaßt hier Bahnen,
Bänder, Fäden, Drähte, Folien, Platten u. dgl., die stückweise oder auch in endlosen
Bahnen behandelt werden können.
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Eine vorzugsweise angewandte Vorrichtung zur Durchführung dieses Reinigungsverfahrens
umfaßt Tragvorrichtungen für die Auflage der Bahn oder des Bandes und Düsen zur
Erzeugung von Schockwellen durch einen Luftstrom, der wenigstens Schallgeschwindigkeit
hat, wobei die Luftdüsen zu der Tragvorrichtung so angeordnet sind, daß die Schockwellen
direkt auf die Oberfläche der Bahn treffen.
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Mit Hilfe der Vorrichtung sollen aerodynamische Schockwellen erzeugt
und auf die zu reinigende Oberfläche gelenkt werden. Sie können entweder durch Expansion
oder Kompression eines Luftstromes erzeugt werden, wenn dieser mit Schall- oder
überschallgeschwindigkeit eine Düse verläßt.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen eingehend erläutert. Die
F i g. 1, 2 und 3 sind Seitenrisse von drei verschiedenen Ausführungsformen der
Vorrichtung.
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In F i g. 1 wird eine Bahn 10 aus einem photographischen Trägermaterial
in Bewegung gesetzt (nicht gezeigt) und läuft über eine Tragwalze 11, wobei die
zu reinigende Oberfläche außen liegt. Die Tragwalze kann eine einfache Leitwalze
oder gegebenenfalls Eine Vakumtrommel sein. Die Hauptfunktion der Walze besteht
darin, die Bahn an der Stelle 12 zu stützen, an der die Luft aufprallt.
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Gegenüber der Tragwalze befindet sich ein Düsengehäuse 13; das Gehäuse
besteht aus einer Kammer 14, die mit einem Druckluftkompressor (nicht gezeigt) und
einer Düse 15 verbunden ist. Die Düse erstreckt sich wenigstens über die Breite
der zu reinigenden Bahnoberfläche; sie kann verschiedene Formen haben. Die einzige
Bedingung ist, daß die Luft beim Ausströmen aus der Düse Schall- oder überschallgeschwindigkeit
(d. h. über 335,5 m/sec) erreicht. Um einen Luftstrom von Schall- oder überschallgeschwindigkeit
zu erhalten, muß das Verhältnis zwischen dem Druck nach der Düse Po und vor der
Düse P1 gleich oder geringer als das kritische Druckverhältnis bei Luft (0,528)
sein. Bei der Konstruktion der Düse ist demnach deren Länge, der Hals, Mund und
ob ein erweiterter Teil vorhanden ist, nicht kritisch. Die einzige Bedingung ist
Po: P, G 0,528. Es wurde jedoch festgestellt, daß bei einem Abstand zwischen Eintritt
und Austritt des Halses der Düse von <^# 0,13 mm wegen der Reibung der Grenzschicht
in der Düse nur schwer Schallgeschwindigkeit erreicht wird.
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Während die Luft durch die Düse ausströmt, nimmt sie durch .die Ausdehnung
überschallgeschwindigkeit an. Es bildet sich ein Luftstrahl 16 mit Schall-oder Überschallgeschwindigkeit,
der eine Reihe von
| Schockwellen erzeugt; er trifft noch mit Schall- |
| geschwindigkeit auf die Oberfläche der Bahn. Auf |
| diese Weise wird eine einzige Schockwellenfront oder |
| eine komplizierte Wellenfigur im Strahl aufrecht- |
| erhalten. Beim Auftreffen der Sehockwcllea auf die |
| Bahn werden durch die Kombination der mit er |
| Geschwindigkeit strömenden Luft und der Erschütte- |
| rungen durch die Schockwellen, die auf der Bahn |
| haftenden Teilchen entfernt. Die Schockwellen: in |
| dem aufprallenden Luftstrahl zerstören bei ihrer Be- |
| wegung über die Filmoberfläche die an diese angren- |
| zende Luftschicht und entfernen alle innerhalb dieser |
| Schicht liegenden Teilchen, auch sehr feine, die |
| durch starke elektrostatische Kräfte festgehalten wer- |
| den. Die Schärfe dieser Wellenfigur wird erhöht, in- |
| dem man das Druckverhältnis verringert, d. h. indem |
| man den Druck in dem Gehäuse P1 erhöht. Dias ,er- |
| reicht man leicht durch Regulieren des DnacCluft |
| stromes. |
| Der Abstand X zwischen denn Düsenmund umd |
| denn Punkt 12, an welchem die Luft auf die Bahn |
| prallt, wird so eingestellt, da? der Luftstrahl noch mit |
| Schallgeschwindigkeit auf die Bahn auftrifft. Wird |
| nach F i g. 1 der Luftstrom auf die Baha gericbtt, |
| dann wird er aufgespalten und folgt der Bahnober- |
| fläche. Da die entlang der Bahnoberfläche strömen& |
| Luft noch Schallgeschwindigkeit hat, erzeugt awh |
| dieser Teil des Luftstrahls eine Reihe von Scböck- |
| wellen .oder Unterbrechungen beim F'luß; auch hier- |
| durch werden Fremdkörperteilchen von der Baln |
| entfernt. |
| Der Abstand X kann variieren; jedoch ist |
| grundsätzlich eine Funktion der zu reinigenden |
| Fläche, der gewünschten Wirksamkeit bei der R- |
| gung und des Druckes P1 vor der Düse. Der Abstand |
| läßt sich verstellen, indem die Führungsrolle 11.
und |
| das Düsengehäuse 13 gegeneinander beyvegt warde. |
| In Anwendungsgebieten, bei welchen eine Wiedex- |
| verschmutzung der Bahn vermieden werden , |
| werden die von der Oberfläche entfernten Festsä- |
| teilchen aus der näheren Umgebung mit Hilfeeines |
| Vakuumsystems abgesaugt. Für diesen Zweck. >aua |
| schließt nach F i g. 2 ein Vakuumgehäuse 17 ".# |
| einen Bereich der über die Führungsrolle laufe. |
| Bahn; man kann auch die zu reinigende B |
| durch eine Labynuthdichtung von der Atmogpbllm |
| abschließen. Die Passang läßt einen sr.4vaoba La- |
| strom von außerhalb des Gehäuser, in die Vakuum- |
| kammer 18 einströmen. Die Vakuumkammer ist mit |
| einer Pumpe (nicht gezeigt) verbunden, die innb |
| der Kammer einen Unterdruck aufrechterhält. |
| rend des Betriebes strömt das Gemisch vors Luft und |
| entfernten Feststoffteikhen sowie ein schwacher Laadi- |
| strom von außerüalb des Vakuumgehäuses von der |
| Bahn zur Absangung. Diese Luft kann man ae |
| schließend filtrieren und die Feststofteilcllen. auf- |
| fangen. Die Bahn kann nun mit der pbotoe |
| lichen Schicht überzogen werden. |
| Das Verfahren gemäß der Erfindung fügt zu |
| einem hohen Geräuschpegel. Gegebenenfalls kam |
| daher ein System zur Schalldämpfung eingebaut s; |
| z. B. wirrt die Reinigungsanlage von einem C@ ä |
| aus Lochblech umgeben. Das Gehäuze ist mit s.- |
| schluckendem Material ausgekleidet, das nicht ab- |
| blättert oder zusätzliche Reinigmigsprobleme r- |
| ursacht, z. B. reit Urethanschaum hoher Dichte. |
| Die Arbeitsweise der Vorrichtung nach F i g. 2 igt |
| ganz ähnlich wie die nach F i g. 1. Die grund- |
liehen Unterschiede liegen in der Konstruktion und der Lage der
Düse und der Strömungsrichtung des Luftstrahls. Bei dieser Ausführungsform enthält
das Düsengehäuse
13 die Kammer
14 und nur eine Seite 19 der Düse
15. Die Bahn 10 auf der Stützrolle 11 bildet die andere Seite
20 der
Düse. Während des Betriebes strömt Druckluft aus der Kammer in die Düse und wird
zu Schall- oder Überschallgeschwindigkeit expandiert, während sie an zwei Stellen
ausströmt; d. h., es sind in Wirklichkeit zwei Düsen vorhanden. Die Luft strömt
aus den Düsen parallel zur Bahnoberfläche, und diese Luftströme 16 rufen Schockwellen
und Wellenfiguren hervor, welche die Fremdstoffteilchen von der Bahnoberfläche entfernen.
Gegebenenfalls kann bei dieser Anordnung ebenfalls ein Vakuumsystem vorhanden sein,
um eine Wiederverschmutzung zu verhindern.
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F i g. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Anwendung
von Druckluft nicht erforderlich ist. Bei dieser Vorrichtung ist eine Fläche der
Bahn 10
auf der Führungsrolle 11 von einem an die Walze anschließenden Gehäuse
22 umgeben. Das Gehäuse umschließt eine Vakuumkammer 23 und schließt nicht dicht
an die Bahn an. Die Kanten 24 des Gehäuses in unmittelbarer Nähe der Bahn haben
die Form einer Düsenhälfte. Sie bilden zusammen mit der Bahn 10 vollständige
Düsen 15, durch welche eine Verbindung zwischen Atmosphärendruck und dem
Vakuum in der Kammer 23 besteht. Diese Düsen können beliebige Formen haben; doch
muß stets Atmosphärendruck P, zu Unterdruck P,<0,528 sein.
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Bei dieser Ausführungsform wird durch die Vakuumpumpe atmosphärische
Luft durch die Düsen in die Kammer 23 eingesaugt, und zwar in Form eines Luftstrahls
mit Schall- oder überschallgeschwindigkeit mit einer Strömungsrichtung parallel
zur Bahnoberfläche. Die sich in den Luftströmen ausbildenden Schockwellen reinigen
die Bahn, wie oben beschrieben.
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Es ist auch eine Vorrichtung zum Wegziehen und Zurückführen von Düse
und Gehäuse aus der Nähe der Filmoberfläche vorhanden, um ein Spleißen oder Kleben
der Bahn zu vermeiden.
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Bei den obigen Ausführungsformen wurde die Erfindung im Hinblick auf
das Reinigen von laufenden Bahnen erläutert. Es kann aber auch Plattenmaterial nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren gesäubert werden. Beim Reinigen von Plattenmaterial
werden an Stelle einer Walze z. B. Vakuumrahmen oder Spannrahmen zur Abstützung
verwendet. Die Platte und ihre Abstützung werden an der Düse vorbeigeführt, oder
umgekehrt.
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Man kann schließlich auch an Stelle einer Düse und einer Stützvorrichtung
gegeneinandergerichtete Düsen verwenden; in diesem Fall werden beide Seiten, z.
B. einer Bahn, gleichzeitig gereinigt. Drähte und Fäden können gereinigt werden,
indem man sie durch einen Raum mit konzentrisch angeordneten Düsen führt.
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Die Teile der Vorrichtung können aus üblichem Material hergestellt
sein. Gehäuse, Abstützungen und Düsen können aus metallischem Werkstoff wie Stahl,
Aluminium, Aluminiumlegierungen, Kupfer oder Messing oder auch aus Kunststoffen
bestehen. Sie können mit einem Anstrich oder mit nicht absplitternden Schutzüberzügen
versehen sein.
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Ein Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung ist die allgemeine
Anwendbarkeit. Es ist verwendbar bei Bahnen oder Folien aus Papier, Filmen aus Cellulosederivaten
oder synthetischen Polymeren, Metallfolien und selbst bei Stoffen, und zwar sowohl
bei überzogenen als auch bei nicht überzogenen Bahnen oder Folien. Die Erfindung
ist billig im Betrieb, weil nur geringe Luftmengen erforderlich sind und der Energieinhalt
dieser Luft optimal genutzt wird.
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Das Verfahren kann bei vielen bekannten Industrieverfahren angewendet
werden, z. B. beim Gießen, Überziehen, Fertigbearbeiten oder beim Drucken.
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Die Erfindung wird an Hand des folgenden Beispiels erläutert.
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Beispiel 22,9 cm einer Filmträgerfolie aus Polyäthylenterephthalat
- 0,175 mm Dicke, Laufgeschwindigkeit 6,1 bis 15,24 m/min - wurde mit einer Vorrichtung
ähnlich der in F i g. 1 gezeigten gereinigt, nachdem Staub, Schmutz und Fusseln
durch Ausschütteln von schmutzigen Tüchern über die Folie aufgebracht worden waren.
Die Bahn war nicht antistatisch vorbehandelt. Es wurde eine Düse mit langen, scharfen
Rändern verwendet; der Abstand betrug 0,20 mm, P1 =1,1 bis 2,2 atü, P,=0,05 atü,
Po : P1=0,5 bis 0,33.
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Wurde das Druckverhältnis G 0,528 gehalten und betrug der Abstand
X zwischen Düse und Bahn 0,79 bis 2,36 cm, so zeigten Schlierenaufnahmen des Luftstroms
Schockfronten; auf der Bahnoberfläche wurden komplizierte Wellenfiguren erzeugt.
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Die Führungsrolle hatte einen Durchmesser von 20,3 cm; Druck der Vakuumkammer
25,4 bis 76 mm Hg. Eine Prüfung der Bahn ergab, daß alle auf der Trägerfolie haftenden
Schmutzteilchen entfernt waren.