DE10139923A1 - Method and device for molten coating - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung auf ein Substrats wobei das Material der Beschichtung im schmelzflüssigen Zustand aufgebracht wird, durch Abkühlen erstarrt und sich mit dem Substrat verbindet sowie eine Vorrichtung zur Realisierung dieses Verfahrens. The invention relates to a method for applying a coating to a substrate wherein the material of the coating is applied in the molten state, by Cooling solidifies and connects to the substrate and a device for Realization of this procedure.
Verfahren und Vorrichtungen zur Beschichtung mit schmelzflüssigem Material werden eingesetzt zur Oberflächenvergütung, zum Schutz gegen Umwelteinflüsse oder allgemein um Eigenschaften zweier Materialien - des Substrats und der Beschichtung - zu kombinieren. Die Beschichtung mit metallischen oder anorganischen Schmelzen stellt im Gegensatz zu Lacken oder Kunststoffbeschichtungen völlig andere Anforderungen an die Verfahrenstechnik wie auch an die verwendeten Materialien. Anwendungsbeispiele sind das Verzinken oder Verzinnen von Stahlblechen, aber auch das Beschichten von Fensterglas mit Solarsilizium. Methods and devices for coating with molten material used for surface coating, protection against environmental influences or in general To combine properties of two materials - the substrate and the coating. The Coating with metallic or inorganic melts contrasts with paints or plastic coatings completely different requirements for process engineering such as also on the materials used. Application examples are galvanizing or Tinning steel sheets, but also coating window glass with solar silicon.
Stand der TechnikState of the art
Allgemein bekannt sind Verfahren und Vorrichtungen der eingangs beschriebenen Art, bei denen bandförmige Metallbleche kontinuierlich durch ein stehendes Bad einer metallischen Schmelze geführt oder Formteile aus Stahlblechen, zum Beispiel Karosserieteile einzeln in ein solches Bad getaucht werden. Die beim Herausführen eines Bandes oder beim Herausnehmen eines Formteiles aus dem Bad anhaftende Schmelze bildet nach Abkühlung und Erstarrung die Beschichtung. Methods and devices of the type described at the outset are generally known which band-shaped metal sheets continuously through a standing bath of a metallic Melt guided or molded parts made of sheet steel, for example body parts individually in such a bath can be dipped. The one when leading out a tape or when Removing a molded part from the bath adhering melt forms after cooling and Solidification the coating.
Derartige Tauchverfahren zeichnen sich durch eine im Verhältnis zur Dicke der gewünschten Beschichtung sehr hohe Einsatzmenge des zur Beschichtung verwendeten Materials aus, da die eingetauchten Bauteile oder Bänder mindestens einmal vollständig unter die Oberfläche der Schmelze gelangen müssen. Such immersion processes are characterized by a ratio to the thickness of the desired Coating very high amount of the material used for coating, because the immersed components or tapes at least once completely below the surface the melt must reach.
Aus den großen Einsatzmengen resultierten große Abmessungen der Tauchbäder, hohe Energie- und Isolationsaufwände und - gerade bei der Verwendung hochwertiger Materialien zur Beschichtung - eine hohe Kapitalbindung. Zudem bilden sich in Tauchbädern mit metallischen Schmelzen unerwünschte Ablagerungen, die die Qualität der Beschichtung negativ beeinflussen können. Large dimensions of the immersion baths resulted from the large quantities used Energy and insulation costs and - especially when using high quality materials Coating - a high capital commitment. In addition, form in immersion baths Metallic melting unwanted deposits that negatively affect the quality of the coating can influence.
Darüber hinaus werden bei der Beschichtung von Blechen mit Tauchverfahren grundsätzlich immer beide Seiten beschichtet. Eine Beschichtung einer einzelnen Seite oder auch unterschiedliche Beschichtungen auf beiden Seiten sind nicht möglich. In addition, when coating sheet metal with immersion processes are fundamentally always coated on both sides. A coating of a single page or else different coatings on both sides are not possible.
Weiterhin bekannt ist das in der deutschen Patentschrift DE 44 28 741 vorgestellte Verfahren, bei dem die schmelzflüssige Beschichtung auf ein Substrat aufgegossen wird. Mittels einer Vorrichtung wird lokal begrenzt über der Aufgießstelle ein Fluß des Materials der Beschichtung erzeugt, der die Bildung unerwünschter Ablagerungen verhindert. Beim Abziehendes Substrates aus der Vorrichtung heraus haftet eine dünne Schicht des aufgebrachten Materials an dem Substrat und bildet nach Erstarrung eine Beschichtung. Also known is the method presented in German patent DE 44 28 741, in which the molten coating is poured onto a substrate. By means of a A flow of the material of the device is localized above the infusion point Coating that prevents the formation of unwanted deposits. When pulling off A thin layer of the applied material adheres to the substrate from the device on the substrate and forms a coating after solidification.
Dieses Verfahren bietet eine gegenüber den vorgenannten Tauchverfahren deutliche Reduzierung des Einsatzmaterials. Auch die Beschichtung einer einzelnen Seite eines bandförmigen Substrates oder unterschiedliche Beschichtungen beider Seiten sind so möglich. Als Nachteil ist jedoch anzusehen, daß eine kurzfristige Unterbrechung des Beschichtungsvorgangs oder der kurzfristige Wechsel des Beschichtungsmaterials nicht möglich sind. This process offers a clear comparison with the aforementioned immersion processes Reduction of the input material. Also coating a single side of a ribbon Substrates or different coatings on both sides are possible. As a disadvantage it can be seen, however, that a short interruption of the coating process or it is not possible to change the coating material at short notice.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein weiteres Verfahren und eine Vorrichtung zum schmelzflüssigen Beschichten vorzuschlagen, die die Einsatzmenge des Materials der Beschichtung minimiert. Darüber hinaus soll die Beschichtung einer einzelnen Seite eines Bleches sowie eine kurzfristige Unterbrechung des Beschichtungsvorgangs und einen kurzfristigen Wechsel des Beschichtungsmaterials ermöglicht werden. The object of the invention is a further method and an apparatus for propose molten coating, the amount of material used for the coating minimized. In addition, the coating of a single side of a sheet and a short interruption of the coating process and a short change of the Coating material are made possible.
Lösungsolution
Ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren wird diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Material der Beschichtung mittels einer rotierenden Walze aufgebracht wird, die zu dem Substrat eine Relativbewegung aufweist, wobei zumindest auf einem Abschnitt des Mantels der Walze ein Film des Materials der Beschichtung erzeugt wird und die Oberfläche des Substrats in einem solchen Abstand relativ zu der Walze geführt wird, daß in einem Kontaktbereich ein kontinuierlicher Fluß des Materials der Beschichtung von der Walze auf die Oberfläche des Substrats erfolgt. Based on the method described in the introduction, this task is performed according to Invention solved in that the material of the coating by means of a rotating roller is applied, which has a relative movement to the substrate, at least on a portion of the shell of the roller is formed a film of the material of the coating and the surface of the substrate is guided at such a distance relative to the roller, that in a contact area a continuous flow of the material of the coating of the roller is carried out on the surface of the substrate.
Aufgrund der relativen Beweglichkeit von Substrat und Walze zueinander läßt sich der Beschichtungsvorgang auf einfache Weise durch Zustell- und Rückzugsbewegungen unterbrechen und wieder aufnehmen. Due to the relative mobility of the substrate and roller to each other, the Coating process in a simple way through feed and retraction movements pause and resume.
Die Erfindung führt gerade dann zu besonders einfach handhabbaren Verfahren, wenn das Substrat ein bahnförmiges Gut ist, besonders wenn die Walze ortsfest montiert ist und das bahnförmige Gut in seiner Längsrichtung an dieser vorbei bewegt wird. Wird das bahnförmige Gut darüber hinaus im Kontaktbereich im wesentlichen vertikal aufwärts bewegt, so unterstützt die Erdbeschleunigung die Ausbildung eines Films des Materials der Beschichtung auf der Oberseite der Walze. The invention leads to particularly easy-to-use methods if that Substrate is a web-shaped good, especially if the roller is mounted in a fixed position and that web-like material is moved past this in its longitudinal direction. Will that web-like material also moved vertically upwards in the contact area, so gravitational acceleration supports the formation of a film of the material of the coating the top of the roller.
Die Erfindung wird besonders vorteilhaft eingesetzt bei der Beschichtung metallischer Bänder oder bei der Beschichtung mit Metallen, insbesondere wenn der Schmelzpunkt der Beschichtung kleiner ist als der Schmelzpunkt des Substrats. The invention is used particularly advantageously in the coating of metallic strips or when coating with metals, especially if the melting point of the Coating is less than the melting point of the substrate.
Die Erfindung weiter ausgestaltend ist vorgesehen, daß flüssiges Material der Beschichtung aus einem inneren Hohlraum der Walze durch Durchbrüche auf deren Mantel gefördert wird. So kann das Material der Beschichtung zugleich zum Beheizen der Walze genutzt werden. Darüber hinaus können sowohl der Mantel der Walze, als auch das Substrat vor dem Eintreten in den Kontaktbereich aktiv erhitzt werden. Erforderlichenfalls kann eine Zuführung von Schutzgas auf das vorgeheizte Substrat vorgesehen werden. Developing the invention further, it is provided that liquid material of the coating is conveyed from an inner cavity of the roller through openings on the jacket. In this way, the material of the coating can also be used to heat the roller. In addition, both the shell of the roller and the substrate before entering be actively heated in the contact area. If necessary, an addition of Protective gas can be provided on the preheated substrate.
Der Materialstrom vom Mantel der Walze auf die Oberfläche des Substrats ist dann besonders gut einzustellen, wenn im Kontaktbereich die Bewegungsrichtungen der zu beschichtenden Oberfläche und des Mantels der Walze einander entgegengesetzt sind. The flow of material from the jacket of the roller to the surface of the substrate is then special easy to set if the directions of movement of those to be coated are in the contact area Surface and the shell of the roller are opposite to each other.
Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ausgehend von der eingangs beschriebenen Vorrichtung mittels einer rotierbaren Walze, auf deren Mantel ein Film des Materials der Beschichtung erzeugbar ist, wobei eine Relativbewegung der Walze zu der Oberfläche des Substrats einstellbar und wobei das Substrat in einem solchen Abstand zu der Walze führbar ist, daß in einem Kontaktbereich ein kontinuierlicher Fluß des Materials der Beschichtung von dem Mantel der Walze auf die Oberfläche des Substrats erfolgt. The method according to the invention is carried out starting from the beginning described device by means of a rotatable roller, on the jacket of a film of Material of the coating can be generated, with a relative movement of the roller to the Surface of the substrate adjustable and wherein the substrate is at such a distance from the Roll is feasible that a continuous flow of the material of the Coating is carried out from the jacket of the roller onto the surface of the substrate.
Gerade wenn das Substrat ein bahnförmiges Gut ist führt die Erfindung zu konstruktiv überraschend einfachen Lösungen und kompakten Bauformen. Auch unterschiedliche Beschichtungen beider Seiten sind so möglich. Especially when the substrate is a sheet-like good, the invention leads to constructive Surprisingly simple solutions and compact designs. Different too Coatings on both sides are possible.
Durch die Einstellung des Abstandes zwischen Walze und Substrat können unterschiedliche Fließeigenschaften des Materials der Beschichtung berücksichtigt werden. Darüber hinaus kann die Beschichtung durch Entfernen der Walze vom Substrat sehr einfach unterbrochen und an einer späteren Stelle durch erneutes Zustellen wieder aufgenommen werden. By adjusting the distance between the roller and the substrate, different ones can be created Flow properties of the material of the coating are taken into account. Furthermore the coating can easily be interrupted by removing the roller from the substrate and can be resumed at a later point by resubmitting.
Wird die Walze in ihrer Achsrichtung beweglich gelagert, so kann die Aufbringstelle der Beschichtung auf das Substrat ohne nennenswerten Aufwand variiert werden. Bei einem Band lassen sich somit Beschichtungen mit beispielsweise der halben Breite des Bandes herstellen. If the roller is movably mounted in its axial direction, the application point of the Coating on the substrate can be varied without any significant effort. With a band coatings with, for example, half the width of the strip can thus be produced.
Die Erfindung weiter ausgestaltend ist vorgesehen, die Walze beheizbar zu gestalten. So kann einem vorzeitigen Erstarren des Materials der Beschichtung vorgebeugt werden. The invention is further designed to make the roller heatable. So can prevent premature solidification of the coating material.
Weiterhin ist vorgesehen, unterhalb der Walze eine Auffangeinrichtung anzuordnen, der das auf der Walze verbliebene Material der Beschichtung auffängt und über eine Aufbereitung die Rückführung in einen Kreislauf ermöglicht. Durch die Kombination einer Walze mit einer Auffangeinrichtung innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses können Verunreinigungen des eingesetzten Materials der Beschichtung wie auch Energieverluste durch abstrahlende Wärme deutlich reduziert werden. Furthermore, it is provided to arrange a collecting device below the roller, which material of the coating remaining on the roller is collected and the Allows recycling into a cycle. By combining a roller with a Collecting device within a common housing can contaminate the used material of the coating as well as energy losses due to radiating heat be significantly reduced.
Bei der Beschichtung eines bahnförmigen Gutes kann die Führung des Substrates durch zwei schlitzförmige Öffnungen leicht in ein solches Gehäuse integriert werden, wodurch störende Einflüsse wiederum leichter kontrollierbar werden. When coating a web-like material, the substrate can be guided by two slot-shaped openings can be easily integrated into such a housing, making annoying In turn, influences become easier to control.
Die Erfindung weiter ausgestaltend ist vorgesehen, die Walze mit einem inneren Hohlraum und an die Oberfläche führenden Durchbrüchen zu versehen, durch die das flüssige Material auf den Mantel austreten kann. So können zum einen Energieverluste durch abstrahlende Wärme wirksam reduziert werden. Zum andern wird die Wärme des Materials der Beschichtung zur Aufheizung der Walze ausgenutzt. Developing the invention further, the roller is provided with an internal cavity and to provide breakthroughs leading to the surface through which the liquid material can leak on the coat. On the one hand, energy losses through radiating Heat can be effectively reduced. On the other hand, the warmth of the material Coating used to heat the roller.
Vorteilhaft ist es, wenn die an die Oberfläche der Walze führenden Durchbrüche in Nuten im Mantel angeordnet sind, die wendelförmig mit konstanter Steigung oder senkrecht zur Längsachse der Walze umlaufend und äquidistant verlaufen. So wird eine gleichmäßige Verteilung des Materials der Beschichtung auf der Oberfläche der Walze erreicht. It is advantageous if the openings in the grooves leading to the surface of the roller Sheath are arranged that are helical with a constant slope or perpendicular to Run longitudinally and equidistantly around the longitudinal axis of the roller. So there will be an even distribution of the material of the coating on the surface of the roller.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels, das in einer schematischen Skizze und zwei Detailansichten dargestellt ist, erläutert. Es zeigt The invention is illustrated below with the aid of an exemplary embodiment schematic sketch and two detailed views is explained. It shows
Fig. 1 einen axialen Schnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei gegenläufigen Walzen zur beidseitigen Beschichtung eines bandförmigen Substrats, Fig. 1 is an axial section of a device according to the invention with two counter-rotating rolls for two-sided coating of a strip-shaped substrate,
Fig. 2 eine Walze mit umlaufenden Nuten, einer zugeordneten Versorgungseinrichtung und einem Auffangbehälter in einer Ansicht auf die Längsachse der Walze und Fig. 2 shows a roller with circumferential grooves, an associated supply device and a collecting container in a view of the longitudinal axis of the roller and
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Walze mit dem zugeordneten Auffangbehälter. Fig. 3 is a perspective view of a roller with the associated collecting container.
Eine Vorrichtung 1 nach Fig. 1 zur beidseitigen Beschichtung eines bahnförmigen Substrats 2 in Form eines Stahlbandes mit einem metallischen Material, zum Beispiel einer Zinklegierung, umfasst zwei einander gegenüberliegend angeordnete Vorrichtungen 3a und 3b zur jeweils einseitigen Beschichtung, zwischen denen das Substrat 2 kontinuierlich in einer Richtung 4 vertikal nach oben geführt wird. Vor dem Eintritt in die Vorrichtung 1 durchläuft das Substrat 2 eine induktive Heizung 5. A device 1 according to FIG. 1 for coating a web-shaped substrate 2 on both sides in the form of a steel strip with a metallic material, for example a zinc alloy, comprises two devices 3 a and 3 b arranged opposite one another for coating on one side, between which the substrate 2 continuously is guided vertically upwards in a direction 4 . Before entering the device 1 , the substrate 2 passes through an inductive heater 5 .
Die Vorrichtungen 3a und 3b umfassen jeweils eine Walze 6, eine darunter angeordnete Auffangeinrichtung 7 und ein beide umfassendes Gehäuse 8. Im Auffangbehälter 7 taucht die Walze 6 in ein durch das flüssige Material der Beschichtung gebildetes Bad 9. The devices 3 a and 3 b each comprise a roller 6 , a collecting device 7 arranged underneath and a housing 8 encompassing both. In the collecting container 7 , the roller 6 is immersed in a bath 9 formed by the liquid material of the coating.
Zusätzlich fördert eine in axialer Richtung der Walze 6 seitlich an der Auffangeinrichtung 7 angeordnete Pumpe 10 nach Fig. 2 das Material der Beschichtung aus dem Bad 9 in einen (nicht dargestellten) inneren Hohlraum der Walze 6. Von hier dringt das Material der Beschichtung durch in umlaufenden Nuten 11a oder 11b angeordnete Durchbrüche 12 auf die Oberfläche 13 der Walze 6. In addition, 2, the material of the coating from the bath 9 promotes arranged in the axial direction of the roller 6 on the side of the collecting device 7 pump 10 of FIG. In a (not shown) internal cavity of the roller 6. From here, the material of the coating penetrates the surface 13 of the roller 6 through openings 12 arranged in circumferential grooves 11 a or 11 b.
Durch die Rotation 14 der Walze 6 entgegen der Bewegungsrichtung 4 des Substrats 2 bildet sich oberhalb der Achsebene 15 der Walzen 6 ein Kontaktbereich 16, in dem das Material der Beschichtung von der Oberfläche 13 der Walze 6 auf das Substrat 2 übertritt. Due to the rotation 14 of the roller 6 against the direction of movement 4 of the substrate 2 , a contact area 16 is formed above the axis plane 15 of the rollers 6 , in which the material of the coating passes from the surface 13 of the roller 6 to the substrate 2 .
Durch eine Verstellung der Walze 6 nach Fig. 3 in der Achsebene 15 sowohl in axialer Richtung 17 als auch in radialer Richtung 18 können die Vorrichtungen 3a und 3b leicht an unterschiedliche Eigenschaften des Substrats 2, der metallischen Flüssigkeit und an die gewünschte Dicke der Beschichtung angepaßt werden. Durch Vergrößern des Abstandes zwischen Substrat 2 und Walze 6 in radialer Richtung 18 können außerdem Unterbrechungen der Beschichtung ausgeführt werden. By an adjustment of the roller 6 in Fig. 3 in the axial plane 15 in both axial direction 17 and in the radial direction 18 of the devices 3 may be a and 3 b slightly different properties of the substrate 2, the metallic liquid and desired to the thickness of Coating can be adjusted. By increasing the distance between substrate 2 and roller 6 in the radial direction 18 , interruptions in the coating can also be carried out.
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