UMFORMtechnik (Blech)

 
 
   

Wie man gewalzte Bänder reinigt und entfettet

Dicken- und Breitentoleranz, Planheits- und Profilabweichungen werden bei gewalzten Bändern immer wichtiger. Diese Anforderungen sind gestiegen und steigen weiter. Zunehmend streng werden jedoch auch die Vorgaben zum Restölgehalt und metallischer Abrieb der Oberflächen.

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How to clean and degrease rolled strips

Thickness and width tolerance, flatness and profile deviations become more and more important for rolled strips. Requirements like these have increased and are continuing to rise. Independently of this, also the allowances for residual oil content and metallic abrasion of the surfaces are becoming increasingly strict.

Der „HIP-Cleaning Master“ reinigt und entfettet Bandoberflächen. HIP steht für „High Impact“ und meint: hoher Strahldruck. Mit dem Verfahren ist es möglich, Entfettungs- und Reinigungsaufgaben mit geringem Platzbedarf, geringem Energiebedarf und geringen Medien-Volumenströmen zu lösen. Kernstück ist eine rotierende Düsenwalze, an deren Oberfläche Düsen entlang einer Schraubenlinie angebracht sind. Die Düsenwalze wird über eine Hochdruckpumpe mit Wasser als Reinigungsmedium versorgt und ein integriertes Steuersystem sorgt dafür, dass nur die Düsen, die nahezu senkrecht zum Band stehen, mit dem Medium versorgt werden. Wird diese Düsenwalze in Drehbewegung versetzt so „wandert“ ein Reinigungsstrahl von der einen zur anderen Bandkante. Bei Arbeitsdrehzahlen von rund 1000 min-1 wird die Oberfläche in einer Minute 1000 Mal abgezeilt.

Untersuchungen haben gezeigt, dass drei aus der Strömungsmechanik bekannte Prinzipien gemeinsam zur Anwendung kommen und damit ein besseres Reinigungsergebnis im Vergleich zu einem stationären Strahl ermöglichen. Darüber hinaus liegt der erforderliche Volumenstrom des Reinigungsmediums bei etwa einem Zehntel des Volumenstroms einer klassischen alkalischen Entfettung auf der Basis Spritzreinigung – Bürstreinigung – Kaskadenspülung. Die kompakte Bauweise reduziert den Platzbedarf auf rund 2 m bis 3 m. Damit sind die Voraussetzungen geschaffen, eine effektive Reinigung in schon vorhandene Bandanlagen zu integrieren und somit einen eventuell notwendigen zusätzlichen Prozessschritt einzusparen.

Die Medienkreisläufe sind so gestaltet, dass der Wasserverbrauch durch Einsatz erprobter Feststoffseparations-Technik in Kombination mit einer Öl/Wasser-Phasentrennung gering gehalten wird. Der Medienkreislauf ist nahezu geschlossen. Auf den Einsatz von Chemie in Form von alkalischen Reinigern oder Tensiden wird bewusst verzichtet.

Keine alkalischen Reiniger oder Tenside

Es wurde zunächst ein Prototyp des Cleaning Master entwickelt und als Laboranlage zur Bearbeitung von Blechstreifen gebaut. In Kooperation mit dem Institut für Strömungsmechanik der Bergischen Universität Wuppertal wurden Untersuchungen praktischer und theoretischer Art durchgeführt. Ergänzend wurden Simulationsrechnungen eingesetzt, die es ermöglichen, die Messwerte in einem semiphysikalischen Modell zu beschreiben und somit auch zu Ergebnissen außerhalb des Messbereichs zu gelangen.

Diese Parameter wurden untersucht und variiert:
- Düsengeometrie
- Pumpendruck
- Abstand Düse zu Probe
- Auftreffwinkel
- Bandgeschwindigkeit
- Drehzahl Düsenwalze
- Viskosität des Öls

Als Maß für den Reinigungseffekt wurde sowohl der Restölgehalt in mg/m² als auch die Oberflächenenergie durch Anwendung des Tintentests gemessen. Die nachfolgenden Diagramme zeigen die wesentlichen Parameter und deren Auswirkung auf das Reinigungsergebnis. Mit zunehmendem Düsendruck verbessert es sich. Als optimal hat sich ein Düsendruck im Bereich von 100 bar herausgestellt. Drücke von 150 oder 200 bar sind zwar prinzipiell möglich, bringen aber andere Nachteile mit sich.

Mit zunehmendem Düsenabstand vergrößert sich die Strahlfläche, so dass der Strahldruck und damit einhergehend das Reinigungsergebnis abnehmen. Der Düsenabstand muss so gewählt werden, dass eine leichte Überlappung erreicht wird. Im vorliegenden Fall ist das bei etwa 30 mm gegeben. Ein geringerer Düsenabstand verringert die Überlappung und wirkt sich nachteilig aus.

Theoretische Untersuchungen haben gezeigt, dass die Kontaktzeit unabhängig von der Drehzahl ist. Die Tatsache, dass das Reinigungsergebnis mit zunehmender Walzendrehzahl bei gleicher Kontaktzeit besser wird, resultiert aus der zunehmenden Zahl der Auftreffimpulse. Je schneller die Walze dreht, desto öfter trifft ein Strahl auf eine Stelle auf. Ein analoges Verhalten beobachtet man, wenn ein stationärer Strahl unterbrochen wird. In der Literatur ist dieses Phänomen des unterbrochenen Strahls beziehungsweise des pulsierenden Strahls eingehend untersucht und bestätigt worden.

Die Bandgeschwindigkeit beeinflusst die Kontaktzeit des Reinigungsstrahls und damit auch das Reinigungsergebnis maßgeblich. Allerdings liegt hier eine logarithmische Abhängigkeit vor. Das bedeutet, dass bei höheren Bandgeschwindigkeiten der Einfluss der Geschwindigkeit geringer ist als bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten. Sowohl die theoretischen Betrachtungen als auch die praktischen Versuche mit Ölen unterschiedlicher Viskosität haben gezeigt, dass sich dünnflüssige Öle wie Walzöl hervorragend entfernen lassen. Zähflüssige Öle mit Viskositäten größer 60 cSt hingegen lassen sich schwerer entfernen. In solchen Fällen wäre eine Doppeldüsen-Walze sicherlich von Vorteil.

Dünnflüssige Öle bestens entfernbar

Neben dem Restölgehalt auf der Bandoberfläche ist auch die Oberflächenspannung der gereinigten Oberfläche ein Maß für den erzielten Reinigungseffekt. Bei der Bandreinigung mit dem Cleaning Master wurden bereits bei dem relativ geringen Düsendruck von 50 bar Oberflächenspannungen von 44 mN/m erzielt. Diese Werte lassen sehr gute Haftungsergebnisse erwarten, zum Beispiel beim Kleben oder Beschichten.

Eine Komplettanlage des Reinigungs- und Entfettungssystem besteht aus dem Walzenpaar als Einzel- oder Doppelpaar, einem Abquetschwalzen-Paar und einer nachgeschalteten Bandtrocknung. In der einfachsten Ausführung ist die Anlage rund 3 m lang. Der Medienteil besteht aus einem Sammelbehälter, dem ein Bandfilter vorgeschaltet ist. Im Nebenstrom werden je nach Aufgabenstellung unterschiedliche Filter und Separationskomponenten integriert. Hierzu zählen Tellerseparatoren, Mikro- beziehungsweise Ultrafilter und Skimmer. Die Medienbefüllung erfolgt üblicherweise mit vollentsalztem (VE) Wasser. Die Nachdosierung kann über eine externe VE-Wasserleitung oder über eine kleine Umkehrosmose-Anlage realisiert werden.

Das von den im Nebenstrom arbeitenden Komponenten erzeugte Filtrat wird in einem Reintank gesammelt. Von dort wird es entweder in den Sammelbehälter gepumpt oder es wird nach der Düsenwalze auf das Band gesprüht und läuft von dort in den Sammelbehälter. Die Hochdruckpumpe zur Versorgung der Düsenwalze saugt über eine Vordruckpumpe aus dem Vorlagebehälter ab und liefert konstanten Volumenstrom mit einem vorgewählten Druck. Zum Schutz der Hochdruckpumpe ist dieser ein Beutelfilter vorgeschaltet.

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