DE3622798A1 - Verfahren und vorrichtung zum beschichten eines substrats mit hilfe eines giessvorhangs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats mit Hilfe eines Gießvorhangs, insbesondere zum Aufbringen einer Schaummischung oder eines schäumbaren Gemisches.

Zur Herstellung von geschäumten oder ungeschäumten Phosphatkeramikmaterialien, die wasserresistent sind, ist es bereits aus der US-PS 43 75 516 bekannt, Phosphatzusammensetzungen aus einem Metalloxyd, Wollastonit und Phosphorsäure einzusetzen. Die Schaumzusammensetzungen eignen sich zur Herstellung einer Vielzahl von Produkten. In der Fertigung sind diese Materialien jedoch häufig schwierig zu handhaben, da man einen kontinuierlichen gleichförmigen Vorhang des Schaummaterials oder des Schäummaterials auf ein Substrat aufbringen möchte. Für die bekannten Schaumzusammensetzungen ist dies deshalb schwierig, da sie zu einer vertikalen und nicht zu einer seitlichen Schäumung neigen, wenn sie auf ein Substrat aufgebracht werden. Versuche, das Material auf dem Substrat abzulegen, um es dann seitlich durch mechanische Einrichtungen zu bewegen, ergeben insgesamt nicht zufriedenstellende Produkte. Das Ablegen einer Reihe von Strömen aus dem schäumenden Material auf dem Substrat führt ebenfalls nicht zu gleichförmigen Produkten, da die Ströme des abgelegten Materials dazu neigen, ihre Einzelstromstruktur aufrechtzuerhalten und sich nicht leicht miteinander zu vermischen.

Das Aufbringen eines Schaummaterials auf ein Substrat wird in der US-PS 45 00 039 beschrieben. Mit der dabei verwendeten Vorrichtung werden ein Schaum oder ein flüssiges Material auf einer sich bewegenden Bahn verteilt. Der Schaum oder die Flüssigkeit wird über eine Vielzahl von Beschickungsrohren in einen Sammler eingebracht, der eine Vielzahl von Abgabeöffnungen hat. Das Material strömt durch die Öffnungen in einen Speicher und wird dann unter dem Einfluß der Schwerkraft von dem Speicher nach unten über ein Blatt bzw. eine Klinge und auf die Bahnoberfläche gefördert. Eine solche Vorrichtung ist für das Aufbringen von Mischungen der genannten Art nicht geeignet, da diese Mischungen eine relativ hohe Viskosität haben und einer Reaktion unterliegen, die abschließend ein gehärtetes Material ergibt. Bei der bekannten Vorrichtung würden solche Materialien in dem Speicher gehalten werden, so daß die Härtungsreaktionen eintreten, ehe das Material auf dem vorgesehen Substrat abgeschieden ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen sich eine schäumende Zusammensetzung auf ein sich bewegendes Substrat aufbringen läßt, wobei durch Homogenisierung der austretenden Ströme von viskosem Fluid eine gleichförmige Schaumbeschichtung quer über eine relativ breite Bahn aufgebracht werden kann, wobei das aufgebrachte Material ein gleichförmiges Aussehen hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorhangbeschichtungsvorrichtung gelöst, mit der ein schäumbares Material oder ein schäumendes Material von einer Mischeinrichtung über einen Verteiler mit einer Vielzahl von Förderrohren zu einem Vorhangbeschichtungsschlitz gefördert wird. Die Vorrichtung hat eine Homogenisiereinrichtung zum Rühren der Mischung, so daß die austretenden Ströme des schäumbaren oder schäumenden Materials miteinander vermischt werden, um so ein im wesentlichen gleichförmiges Material zu erhalten, das aus dem Vorhangbeschichtungsschlitz austritt.

Gemäß einer ersten Ausführungsform hat die Homogenisiervorrichtung eine Sammeleinrichtung für die Aufnahme einer Vielzahl von viskosen Fluidströmen, in der Sammeleinrichtung angeordnete Verbindungszonen, um benachbarte Ströme in innigen Kontakt zu bringen, einen im Boden der Sammeleinrichtung vorgesehenen Austrittschlitz, der sich im wesentlichen über der gesamten Länge der Sammeleinrichtung erstreckt, und eine Rühreinrichtung, die in Längsrichtung der Sammeleinrichtung zwischen den Verbindungszonen und dem Schlitz angeordnet ist und die eine Rotation und Oszillation ausführen kann, so daß eine Homogenisierung der Ströme erreicht wird.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform hat die Vorhangbeschichtungsvorrichtung eine Mischeinrichtung zur Herstellung einer schäumbaren Zusammensetzung. Die Mischeinrichtung hat eine Ausstoßeinrichtung, um die Zusammensetzung aus der Mischeinrichtung auszutreiben. Weiterhin ist ein Verteiler vorgesehen, der eine Vielzahl von Förderrohren hat. Der Verteiler nimmt die schäumbare Zusammensetzung aus der Mischeinrichtung auf und fördert sie zu der Sammeleinrichtung über die Förderrohre. Die Sammeleinrichtung ist ihrerseits mit den Förderrohren verbunden. Die Sammeleinrichtung hat dabei Verbindungszonen, die in der Lage sind, die austretenden benachbarten Ströme der Zusammensetzung in innigen Kontakt zu bringen, einen Austrittsschlitz im Boden der Sammeleinrichtung, der sich im wesentlichen über der Länge der Sammeleinrichtung erstreckt, und eine drehbare und in Längsrichtung in Schwingung versetzbare Rühreinrichtung, die in Längsrichtung der Sammeleinrichtung zwischen den Verbindungszonen und dem Schlitz angeordnet ist. Die Ausstoßeinrichtung ist in der Lage, die schäumbare Zusammensetzung durch die Vorrichtung zu drücken. Die Rühreinrichtung sorgt dafür, daß die benachbarten Ströme der schäumbaren Zusammensetzung sich so zu verbinden beginnen, daß ein im wesentlichen homogener Gießvorhang einer schäumbaren Zusammensetzung aus dem Schlitz abgegeben wird.

Bei dem Verfahren für die Gießvorhangbeschichtung einer schäumbaren Zusamensetzung werden Komponenten ausgewählt, die sich für die Herstellung eines geschäumten Phosphatkeramikmaterials eignen. Zu diesen Komponenten gehören Kalziumsilikat, ein Metalloxyd, Phosphorsäure und ein Schäummittel. Diese Komponenten werden durch einen Gießvorhangbeschichter geführt, der eine Mischeinrichtung mit einer Ausstoßeinrichtung zum Austreiben der schäumbaren Zusammensetzung aus der Mischeinrichtung, wobei die Komponenten zur Bildung der schäumbaren Zusammensetzung gemischt werden, einen Verteiler mit einer Vielzahl von Förderrohren für die Aufnahme der Zusammensetzung aus der Mischeinrichtung und eine Homogenisiereinrichtung ausweist, die mit den Förderrohren verbunden ist und eine Sammeleinrichtung aufweist, die Verbindungszonen, einen in Längsrichtung verlaufenden Auslaßschlitz am Boden der Sammeleinrichtung und eine sich drehende und in Längsrichtung oszillierende Rühreinrichtung aufweist, die in Längsrichtung in der Sammeleinrichtung zwischen den Zonen und dem Schlitz angeordnet ist. Die schäumbare Zusammensetzung wird dann auf einem ausgewählten Substrat abgelegt.

Wie erwähnt, verbinden sich die Ströme der viskosen Fluide miteinander nicht leicht. Sie neigen dazu, als halbzusammengeflossene Ströme zu verbleiben, die leicht erkennbar sind, wenn die einander angepassten Ströme auf einer Trägerfläche abgelegt sind. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein homogenes Material erzeugt, so daß mit der Gießvorhangbeschichtungsvorrichtung eine Schaummasse oder schäumbare Masse gleichförmig abgelegt werden kann.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats mit Hilfe eines Gießvorhangs in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht;

Fig. 2 den Schnitt II-II von Fig. 1 und

Fig. 3 in einer Einzelheit im Schnitt die Sammeleinrichtung der Vorrichtung von Fig. 1.

Mit der in Fig. 1 gezeigten Gießvorhangbeschichtungsvorrichtung werden die jeweiligen Anteile der verschiedenen Komponenten einer Schaummischung in eine Mischeinrichtung 10 eingebracht, die eine im wesentlichen gleichförmige Masse erzeugt. Es ist bekannt, daß die Schaumbildungsgeschwindigkeit solcher Massen mit verschiedenen Mitteln gesteuert werden kann. In den meisten Fällen beginnt ein merkbares Schäumen bereits beim Mischen. In manchen Fällen ist es auch möglich, das Schäumen solange zu verzögern, bis die Mischung die Vorrichtung verlassen hat. Hinter dem verwendeten Ausdruck "schäumbar" sollen also schäumende Zusammensetzungen oder auch darauffolgend schäumbare Zusammensetzungen verstanden werden.

Nach dem Mischen tritt die schäumbare Masse aus der Einrichtung 10 aus und gelangt in einen Verteiler 11, der die Mischung in Verteilerrohre 12 verteilt. Die Rohre 12 fördern die Mischung zu einer Sammeleinrichtung 13, welche Verbindungszonen 18 aufweist (Fig. 3), von denen jede es ermöglicht, daß die austretenden benachbarten Ströme des ankommenden Materials miteinander gekoppelt werden. Um eine gleichförmige Masse zu erhalten, ist es jedoch erforderlich, die Mischung zu rühren, um so eine vollständige Integration in einem gleichförmigen Gießvorhang zu gewährleisten. Dies wird dadurch erreicht, daß ein Rührer 15 mit Hilfe eines Motors 16 gedreht wird, während er gleichzeitig in Längsrichtung mit einer Hydraulikeinrichtung 17 in eine Oszillationsbewegung versetzt wird. Für das Drehen und Oszillieren der Rühreinrichtung 15 können auch andere Einrichtungen anstelle des Motors 16 und der hydraulischen Einrichtung 17 verwendet werden. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist der Durchmesser des Rührers 15 vorzugsweise so bemessen, daß ein minimales Spiel zwischen dem Rührer 15 und den Wänden der Sammeleinrichtung 13 vorhanden ist.

Wenn das Material einmal miteinander vermischt ist, wird es zum Austreten aus einem Vorhangbeschichtungsschlitz 19 (Fig. 2) gezwungen, so daß es auf einem unter dem Schlitz ruhenden Substrat abgelegt werden kann. Für die Produktion wird eine sich kontinuierlich bewegende Bahn 20 unter dem Schlitz 19 angeordnet, die ihrerseits die schäumbare Mischung aufnimmt oder alternativ ein anderes Substrat trägt, beispielsweise eine Form oder Platte, welche das schäumbare Material aufnehmen soll. Bei der Durchführung des Verfahrens wird eine schäumbare Mischung hergestellt, wofür gewöhnlich Wollastonit, Metalloxyde, wie Aluminiumoxyde und Magnesiumoxyd, ein Schäummittel sowie Magnesiumkaborat, und Phosphorsäure verwendet werden. Die Komponenten werden in der Einrichtung 10 miteinander gemischt. Im Normalfall beginnt die Schäumreaktion nahezu sofort. Es ist deshalb wichtig, das Material in vernünftig schneller Weise von der Mischeinrichtung in Verteiler 11 und über die Rohre 12 zu der Sammeleinrichtung 13 für die Vorhangbeschichtung zu befördern. Um zu gewährleisten, daß diese Beförderungsfolge eingehalten wird, ist die Mischeinrichtung 10 mit einer Einrichtung zum Austreiben der Mischung in den Verteiler 11 versehen. Dafür ist gewöhnlich eine nicht sehr große Kraft erforderlich. Bevorzugt wird nur eine ausreichend große Kraft aufgewendet, um zu gewährleisten, daß sich das Material kontinuierlich durch den Verteiler 11 und die Rohre 12 in die Sammeleinrichtung 13 bewegt. Das Austreiben kann aufgrund des normalen Arbeitens der Mischeinrichtung 10 oder durch eine Zusatzeinrichtung erreicht werden, beispielsweise einen Schneckenextruder, der zwischen der Mischeinrichtung 10 und dem Verteiler 11 angeordnet wird.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Materialien, die eine relativ hohe und relativ niedrige Viskosität haben, zweckmäßigerweise auf ein Substrat aufgebracht werden. Übliche Viskositäten für schäumende oder schäumbare Phosphatzusammensetzungen reichen von etwa 30 bis etwa 80 Pa s. Vorzugsweise werden jedoch die Viskositäten so eingestellt, daß sie zwischen etwa 40 und etwa 60 Pa s liegen.

Anhand von Beispielen wird die Erfindung weiter erläutert.

Beispiel 1

Aus den folgenden Trockenmischungs- und Säurezusammensetzungen werden schäumbare Massen hergestellt:

Die Trockenmischung, Säurelösung und Wasser werden anteilsmäßig in eine kontinuierliche Bearbeitungsmaschine eingebracht, die Extrusionsschneckensegmente aufweist, welche die gemischte Zusammensetzung in den Verteiler ausstoßen. Für diese Mischungen werden die mittleren Viskositäten, wie sie nachstehend angegeben sind, gemessen. Es zeigt sich, daß die Viskositäten relativ konstant bleiben, wenn die Mischung von dem Mischer durch die Verteilungseinrichtung geführt und durch den Gießvorhangbeschichtungsschlitz nach außen abgegeben wird.

Wenn die Viskosität über 80 Pa s liegt, sind die durch die Vorrichtung gehenden Ströme nicht mehr gleichförmig. Die Mischungen neigen manchmal in der Vorrichtung zu einem zu schnellen Erhärten. Wenn die Viskosität der Materialien unter etwa 35 Pa s liegt, erhält man Produkte mit ungünstigen Eigenschaften.

Beispiel 2

Anhand dieses Beispiels soll die Wirkung des drehenden und in Längsrichtung oszillierenden Rührers 15 erläutert werden. Der Rührer besteht aus einem säurebeständigen Stab mit einem Durchmesser von 5 mm, der mit einem säurebeständigen Draht umwickelt ist. Es können auch Stangen mit Flügeln und Flanschen eingesetzt werden.

Die Zusammensetzung nach Beispiel 1 mit einer Viskosität von 48,8 Pa s wird von der Mischeinrichtung zu dem Gießbeschichtungvorhangschlitz geführt. Am Anfang dreht sich der Rührer 15 mit 1700 rpm und oszilliert in Längsrichtung zweimal pro Sekunde. Dies ergibt ein Produkt ohne erkennbare Grenzlinien. Der restliche Versuch wird unter folgenden Bedingungen durchgeführt. Für einen Teil des Versuchs wird der Rührer 15 vollständig desaktiviert. Beim anderen Teil des Versuchs dreht sich der Rührer 15, oszilliert jedoch nicht. Bei einem dritten Teil des Versuchs oszilliert der Rührer 15 nur, dreht sich aber nicht. In jedem dieser Fälle hat das mit Gießvorhang beschichtete Produkt Grenzlinien bzw. Trennlinien zwischen den beschiedenen Materialströmen, was darauf hindeutet, daß ohne Dreh- und Längsrührung keine ausreichende Mischung der benachbarten Ströme erreicht wird.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats mit Hilfe eines Gießvorhangs, insbesondere zum Aufbringen einer Schaummischung oder eines schäumbaren Gemisches, gekennzeichnet durch eine Homogenisiereinrichtung mit einer Sammeleinrichtung (13) für die Aufnahme einer Vielzahl von viskosen Fluidströmen, mit Verbindungszonen (18) in der Sammeleinrichtung (13), durch die benachbarte Ströme in innigen Kontakt gebracht werden, mit einem Auslaßschlitz (19) am Boden der Sammeleinrichtung (13), der sich im wesentlichen über die ganze Länge der Sammeleinrichtung (13) erstreckt, und mit einer Rühreinrichtung (15), die in Längsrichtung der Sammeleinrichtung (13) zwischen den Verbindungszonen (18) und dem Schlitz (19) angeordnet und sowohl in Drehung als auch in Oszillation durch die Homogenisierung der Ströme versetzbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine für die Bildung einer schäumbaren Zusammensetzung geeigneten Mischeinrichtung (10), die eine Ausstoßeinrichtung zum zwangsweisen Führen der schäumbaren Zusammensetzung durch die Vorrichtung aufweist, und durch einen Verteiler (11) mit einer Vielzahl von Förderrohren (12), der die schäumbare Zusammensetzung aus der Mischeinrichtung (10) aufnimmt und zu der Sammeleinrichtung (13) über die damit verbundenen Förderrohre (12) transportiert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rühreinrichtung (15) drehbar und in Längsrichtung in Schwingbewegungen versetzbar ist, wodurch die benachbarten Ströme der schäumbaren Zusammensetzung ineinander übergehen, so daß aus dem Auslaßschlitz (19) ein im wesentlichen homogener Vorhang der schäumbaren Zusammensetzung abgegeben wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die schäumbare Zusammensetzung eine Viskosität von etwa 30 bis 80 Pa s hat.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die schäumbare Zusammensetzung eine Viskosität von etwa 40 bis etwa 60 Pa s hat.

6. Verfahren zum Beschichten eines Substrats mit Hilfe eines Gießvorhangs, insbesonders mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines geschäumten Phosphatkeramikmaterials geeigneten Komponenten ausgewählt werden, die Kalziumsilikat, ein Metalloxyd, Phosphorsäure und ein Schäummittel umfassen, daß diese Komponenten durch einen Vorhangbeschichter geführt werden, der eine Mischeinrichtung mit einer Ausstoßeinrichtung für die schäumbare Zusammensetzung aus der Mischeinrichtung, wobei die Komponenten zur Bildung der schäumbaren Zusammensetzung gemischt werden, einen Verteiler mit einer Vielzahl von Förderrohren für die Aufnahme der Zusammensetzung aus der Mischeinrichtung und eine mit den Förderrohren verbundene Homogenisiereinrichtung aufweist die ihrerseits einen Sammler mit Übergangszonen, einen sich in Längsrichtung erstreckenden Auslaßschlitz am Boden und eine sich drehende und in Längsrichtung schwingende Rühreinrichtung hat, welche in Längsrichtung in der Sammeleinrichtung zwischen den Verbindungszonen und dem Schlitz angeordnet ist, und daß die schäumbare Zusammensetzung auf einem ausgewählten Substrat abgelegt wird.