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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit mindestens einem Düsenbalken zum elektrostatischen Auftragen eines Beschichtungsmittels oder verschiedener Arten von Beschichtungsmitteln auf ein mit konstanter oder variabler Geschwindigkeit am Düsenbalken vorbei bewegbares Substrat, insbesondere zum Auftragen eines Beschichtungsmittels in Form eines Korrosionsschutzmittels wie beispielsweise Öl auf ein an dem Düsenbalken vorbei befördertes Blech, Metallband oder Blechband. Als Vorrichtungen für solche Bandbeschichtungsvorgänge wurden im Stand der Technik verschiedene Anlagen und Verfahren vorgeschlagen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrostatische Beschichtungsvorgänge, bei denen über einen sogenannten Düsenbalken mit einer Mehrzahl von einzelnen Düsenöffnungen oder schlitzartigen, länglichen Öffnungen zerstäubte Beschichtungsmittel ausgesprüht werden können.
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Es ist bekannt, bei der Herstellung von Blechbändern das Metallblech vor dem Aufwickeln zu einem sogenannten Coil oder vor einem weitergehenden Herstellungsschritt und Verarbeitung zu Produkten aus dem Blechband dieses mit einer definierten Schichtdicke eines Korrosionsschutzmittels zu beschichten, um die Oberfläche bis zur Weiterverarbeitung vor Korrosion sicher zu schützen. Andere Arten von Beschichtungsmitteln werden ebenso im Rahmen solcher Metallbandverarbeitungsanlagen eingesetzt, die entsprechend mit solchen Vorrichtungen als dünne Schicht auf die Oberfläche der Blechbänder kontinuierlich aufgetragen werden können. Hierzu werden in solchen bekannten Vorrichtungen im Stand der Technik sogenannte Düsenbalken oberhalb und/oder unterhalb des zu beschichtenden Substrats bzw. Metallbands angeordnet, mit denen auf der Oberseite und gegebenenfalls gleichzeitig auf der Unterseite des Blechbands vorprogrammierte Mengen eines Korrosionsschutzmittels als Beschichtung gleichmäßig und ohne Unterbrechung aufgetragen werden können.
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Solche Vorrichtungen, wie sie im Stand der Technik bisher bekannt waren, sind beispielsweise beschrieben in
IT 1223608 B und
DE 83 19 162 U1 . Die Düsenbalken von diesen bekannten Vorrichtungen besitzen intern eine oder zwei Kammern, welche ganz oder teilweise mit Öl als Beschichtungsmittel gefüllt sind, und damit verbundene, in Längsrichtung der Düsenbalken angeordnete Löcher oder alternativ durchgehende Schlitze als Auslasseinrichtungen, aus denen aufgrund des zur elektrostatischen Ausbringung angelegten Hochspannungsfeldes fein zerstäubtes Korrosionsschutzmittel austritt, welches die Oberfläche von an dem Düsenbalken in Förderrichtung vorbeilaufenden Blechen oder Metallbändern mit einem Beschichtungsfilm benetzt.
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Bei der Vorrichtung aus
IT 1223608 B wird im Düsenbalken eine erste Kammer für ein Öl oder Korrosionsschutzmittel vorgesehen, wobei eine zweite, parallel verlaufende Kammer mit einem Wärmeträgerfluid durchströmt wird, um eine Heizeinrichtung des Düsenbalkens für ein Erwärmen des für den Beschichtungsvorgang verwendeten Beschichtungsmittels bereitzustellen. Die Vorrichtung erfordert bei einem Wechsel der Art des verwendeten Beschichtungsmittels ein aufwendiges Anhalten des Herstellungsvorgangs, da die mit Öl gefüllte Kammer zunächst vollständig durchspült oder gereinigt werden muss, um mit einem anderen, neuen Beschichtungsmittel befüllt zu werden.
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Im Falle des Standes der Technik nach
DE 83 19 162 U1 wird beschrieben, dass zur Einstellung einer gewünschten Auftragsmenge unterschiedliche Schlitzbreiten von der Auslasseinrichtung durch Verstellen eines Abstands zwischen mehreren Platten des Düsenbalkens manuell einstellbar sind. Die zwischen der inneren Platte und den äußeren Platten gebildeten beiden Ölkammern sind mit ein und demselben Korrosionsschutzmittel befüllt, und lediglich die Breite der Schlitze wird für unterschiedlich starke Ausbringungsmengen des Korrosionsschutzmittels hier variiert. Die Kammern für das Beschichtungsmittel in Düsenbalken sind bei diesen bekannten Vorrichtungen jeweils ganz oder teilweise mit einer erheblichen Menge an Beschichtungsmittel befüllt. Wenn ein Wechsel zu einem anderen Typ von Beschichtungsmittel, z. B. einer anderen Art von Öl, erfolgt, müssen diese Restmengen zunächst vollständig ausgestoßen werden, was zu Verlusten und Fehlteilen im Beschichtungsvorgang führt. Die Abnehmer solcher beschichteter Metallbänder oder Coils spezifizieren häufig für den Korrosionsschutz und die nachfolgenden Anwendungszwecke unterschiedliche Korrosionsschutzmittel als Beschichtungsmittel. Im Betrieb der Beschichtungsanlage muss daher häufig von einem ersten Beschichtungsmittel auf ein anderes, zweites Beschichtungsmittel gewechselt werden.
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Ein Nachteil der aus dem Stand der Technik, insbesondere
IT 1223608 B und
DE 83 19 162 U1 , bekannten Vorrichtungen mit den beschriebenen Ausführungen der Düsenbalken ist, dass beim Wechsel des Beschichtungsmittels zu einem anderen Typ von Beschichtungsmittel mit einem Beschichtungsmittel bzw. Öl ganz oder teilweise gefüllte Kammern im Düsenbalken erst durch ein Herausdrücken mit dem alten Beschichtungsmittel entleert werden müssen, um mit neuem Beschichtungsmittel gefüllt werden zu können. Dieser Vorgang sorgt für recht hohe Stillstandszeiten der Produktionslinien, weil mit dem nächsten Beschichtungsvorgang erst dann wieder begonnen werden kann, wenn der Wechsel des Beschichtungsmittels im Düsenbalken vollständig abgeschlossen ist. Alternativ muss über einen bestimmten Zeitraum eine gewisse Ölvermischung auf dem zu beschichtenden Substrat akzeptiert werden. Die Dauer der Ölvermischung auf dem Substrat variiert je nach Ölauflage und Anlagengeschwindigkeit und ist in der Regel ein erheblicher Qualitätsmangel für diesen Teil des Blechbandes bzw. Substrats.
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Zusätzlich kommt es in der relativ großen und langen Beschichtungsmittelkammer solcher Vorrichtungen im Düsenbalken bei den bekannten Vorrichtungen bei jedem Wechsel des Beschichtungsmittels zu Vermischungen zwischen dem vorherigen und dem nächsten Beschichtungsmittel, die einen aufwendigen Spülvorgang oder Reinigung erfordern, bei dem eine erhebliche Menge an als Abfall zu entsorgenden Mischöl anfällt.
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Im täglichen Produktionsbetrieb solcher Beschichtungsanlagen verursachen daher diese bekannten Vorrichtungen mit konventionellen Düsenbalken hohe Kosten durch Stillstandszeiten beim Wechseln des Beschichtungsmittels, und bei jedem Wechseln des Beschichtungsmittels entsteht eine erhebliche Menge an nicht verwendbarem Mischöl als Abfall, welcher fachgerecht entsorgt werden muss. Eine Flexibilität hinsichtlich eines Wechsels oder einer Anpassung von Sprühmengen von Öl ist daher hiermit nicht gegeben. Im Falle der manuell durch Abstandsverstellung von Platten variierbaren Schlitzbreite in
DE 83 19 162 U1 muss für eine Anpassung von größeren oder geringeren Mengen an aufgetragenem Korrosionsschutzmittel die Anlage ebenfalls gestoppt werden.
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Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass eine größere Flexibilität in der Anpassung auf unterschiedliche Mengen und verschiedene Arten von Beschichtungsmitteln gegeben ist und insbesondere ein Wechsel zwischen zwei verschiedenen Typen von Beschichtungsmitteln sehr schnell ohne Stillstandszeiten der Anlage und mit einer minimalen Menge an unerwünschtem Mischöl als Abfall durchgeführt werden kann. Auch der Wechsel zwischen mehr als zwei Beschichtungsmitteln soll mit der vorliegenden Erfindung ohne Stillstandszeiten der Gesamtanlage durchführbar sein.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum elektrostatischen Auftragen eines flüssigen, zerstäubten Beschichtungsmittels auf ein in einer Vorschubrichtung F bewegbares Substrat, insbesondere ein als Coil aufzuwickelndes Metallband oder Blechband, mit einer Fördereinrichtung oder Pumpe für das in einem Tank oder anders, insbesondere von außen her, bereitgestellte Beschichtungsmittel, mit einer Steuereinheit für den Auftragsvorgang, mit einem Träger für die Halterung einer Auslasteinrichtung in Form eines Düsenbalkens, wobei die Auslasseinrichtung mindestens oberhalb, vorzugsweise oberhalb und unterhalb des Substrats in einem Abstand von diesem angeordnet ist, und mit mindestens einer Kammer und einer Mehrzahl von Auslässen, Schlitzen oder Düsenöffnungen in Richtung auf das Substrat hin versehen ist, vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass der Düsenbalken mindestens zwei voneinander hydraulisch getrennte Kammern mit separaten Zuführleitungen für wahlweise verschiedene oder gleiche Typen von Beschichtungsmitteln in den Kammern aufweist und dass im Düsenbalken für jede der Kammern jeweils eigene und integrierte Schaltventile für ein Öffnen/Schließen der Kammern und Verbindungen zu den Düsenöffnungen oder einer Gruppe von Düsenöffnungen vorgesehen sind. Es wird somit eine effiziente und flexible Vorrichtung für ein elektrostatisches Auftragen von Beschichtungsmittel bereitgestellt, bei welcher der Düsenbalken mit mindestens zwei, vorzugsweise mit mehr als zwei Kammern für Beschichtungsmittel versehen ist, so dass auch wahlweise bei Bedarf getrennte oder unterschiedliche Beschichtungsmittel in den Kammern eingefüllt und mit der Vorrichtung über die Schaltventile ausgesprüht werden können, während ein Schnellwechsel von einem ersten Beschichtungsmittel zu einem anderen Beschichtungsmittel gewünscht ist. Auch kann mit der Vorrichtung nach der Erfindung ein gleiches Beschichtungsmittel in den beiden Kammern oder in den mehreren Kammern des Düsenbalkens vorhanden sein, um eine stärkere Beschichtung auf dem Substrat mittels zweier Förderpumpen und aus den Düsenöffnungen oder Auslasseinrichtungen der jeweiligen Kammern zu bewerkstelligen. Die Erfindung weist hierfür integrierte Schaltventile auf, die für ein Schalten der Verbindung von den mindestens zwei Kammern zu den Düsenöffnungen ausgebildet sind. Die Schaltventile können sowohl für jeweils eine einzelne Düsenöffnung als auch für bestimmte Sektionen oder Bereiche von mehreren zusammengefassten Düsenöffnungen jeweils vorgesehen sein. Mit den integrierten, direkt in Düsenbalken eingebauten Schaltventilen lassen sich so nicht nur die mindestens zwei verschiedenen Kammern für ein Auftragen unterschiedlicher Beschichtungsmittel getrennt öffnen und schließen, sondern es können auch unterschiedliche Beschichtungsmuster flexibel hiermit eingestellt werden.
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Anders als bei den im Stand der Technik vorgesehenen derartigen Vorrichtungen kann so im laufenden Betrieb einer Beschichtungsanlage oder auch Metallblechverarbeitungsanlage die Auftragung von beispielsweise als Korrosionsschutzmittel dienendem Beschichtungsmittel unterbrechungslos fortgesetzt werden, selbst wenn ein Wechsel zu einem anderen Beschichtungsmittel von einem Typ A zu einem Typ B beispielsweise erfolgen muss. Dafür wird einfach eine der Kammern geschlossen, während die andere Kammer für das weiter fortgesetzte Auftragen von Korrosionsschutzmittel mit den Schaltventilen über eine Steuereinheit geöffnet wird. Mit den in dem Düsenbalken integrierten mindestens zwei hydraulisch voneinander getrennten Kammern ist es möglich, die im Düsenbalken über die Auslasseinrichtung zu versprühenden Beschichtungsmittel zu variieren, und zwar was ihre Auftragsmenge in bestimmten Bereichen, ihre Auftragsmenge insgesamt oder ihre Art und Zusammensetzung zwischen verschiedenartigen Typen von Beschichtungsmitteln betrifft. Die technischen Vorteile der neuen Vorrichtung zum Auftragen von Beschichtungsmittel sind daher beträchtlich im Vergleich zu den im Stand der Technik bisher bekannten derartigen Vorrichtungen. Als mindestens zwei getrennte Kammern für Beschichtungsmittel können direkt in ein und demselben Düsenbalken integrierte Hohlräume in den Düsenbalken vorgesehen werden. Es ist auch möglich, auf Basis eines geteilten Gehäuses eine zusammengesetzte Form eines einstückigen Düsenbalkens herzustellen, in welchem mindestens zwei getrennt voneinander ausgebildete Kammern für Beschichtungsmittel vorhanden sind. In beiden Fällen sind die Auslasseinrichtungen in Form einer Mehrzahl von in einer Reihe angeordneten Düsenöffnungen oder auch alternativ in Form von Schlitzen in länglicher Form über entsprechende interne Leitungen, Kanäle oder ähnliches mit den beiden Kammern verbunden und über die integrierten Schaltventile zu- oder abschaltbar.
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Auf diese Weise kann innerhalb des Düsenbalkens die komplette Betätigung der hydraulischen Ausbringung von Beschichtungsmittel erfolgen, welche über eine vorzugsweise extern angeordnete Steuereinheit angesteuert werden kann. Die Anzahl von Düsenöffnungen ist dabei nicht beschränkt, und mit jeder der Beschichtungskammern/Schaltventilen kann sowohl eine komplette Reihe von Düsenöffnungen der Vorrichtung geöffnet oder geschlossen werden als auch nur eine Sektion von einer bestimmten Anzahl oder Gruppe von Düsenöffnungen. Hiermit lassen sich unterschiedliche Beschichtungsmuster auf der Oberfläche von dem Substrat mit der Erfindung vorteilhafterweise erzeugen, die kein aufwendiges Anpassen und Umbauen der Düsenbalken erfordern. Erfindungsgemäß können mindestens zwei Kammern und entsprechend zugeordnete mindestens zwei Schaltventile vorgesehen sein. Alternativ können auch mehr als zwei Kammern und entsprechend mehr Schaltventile vorhanden sein.
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Es ist auch möglich, in dem Düsenbalken die verschiedenen Düsenöffnungen des Düsenbalkens der Vorrichtung mit jeweils einem einzelnen Schaltventil, das im Düsenbalken integriert ist, anzusteuern, so dass auch einzelne Düsenöffnungen über die Steuereinheit wahlweise geöffnet oder geschlossen werden können. Für die Ansteuerung der Düsenbalken und insbesondere der Schaltventile für das Öffnen und Schließen der Kammern und der Düsenöffnungen sind vorzugsweise Signalleitungen verbunden. Auch kann mit der Steuereinheit die Förderpumpe für das Bereitstellen des unter Druck stehenden Beschichtungsmittels an dem Düsenbalken mit angesteuert werden. Erfindungsgemäß wird für jede der vorgesehenen Kammern, also mindestens zwei Kammern, jeweils eine separate Zuführleitung vorgesehen, so dass die unterschiedliche Verwendung von verschiedenen Typen von Beschichtungsmitteln im laufenden Betrieb ermöglicht wird.
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Für einen Wechsel zwischen einem ersten Beschichtungsmittel und einem alternativ dazu anderen, zweiten Beschichtungsmittel innerhalb einer Kammer kann die zweite, ebenfalls vorhandene Kammer weiter für die Beschichtung betrieben werden. Die erste Kammer muss nur vollständig gespült werden, was den Weiterbetrieb der zweiten Kammer nicht beeinflusst. Dadurch kann ein Wechsel ohne Unterbrechung des laufenden Betriebs von verschiedenen Typen von Beschichtungsmitteln mit der Erfindung erfolgen. Alternativ kann auch ein und dasselbe Beschichtungsmittel in beiden Kammern eingefüllt sein und über die jeweils separaten Zuführleitungen mit entsprechenden Förderpumpen für das feine Zerstäuben mittels elektrostatischem Auftragverfahren ausgebracht werden. Die Förderpumpen können dabei auch mit unterschiedlicher Drehzahl betrieben werden, indem die Steuereinheit diese entsprechend ansteuert. Oder eine der Förderpumpen wird angehalten, so dass nur ein Öl aus einer der Kammern appliziert wird. Dadurch lassen sich variable Sprühmengen durch Änderung von den jeweiligen Beschichtungsmengen bei vorgegebener Fördergeschwindigkeit des zu beschichtenden Substrats einfach bewerkstelligen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine zentrale Stichleitung zwischen den mindestens zwei Kammern des Düsenbalkens und den Düsenöffnungen im Düsenbalken vorgesehen. Die zentrale Stichleitung wird über interne Kanäle oder Leitungen im Düsenbalken jeweils wahlweise mit der ersten Kammer oder der zweiten Kammer oder einer weiteren Kammer über die Schaltventile verbunden, um das in der gewünschten Kammer vorhandene Beschichtungsmittel momentan auf das Substrat oder Blechband auszubringen und auf dem Substrat als dünne Beschichtung aufzutragen. Die Stichleitung ist integriert in dem Düsenbalken vorhanden und weist entsprechend eine relativ kurze Länge auf. Dadurch muss bei einem Wechsel zwischen der ersten Kammer, der zweiten Kammer oder einer weiteren Kammer, um ein anderes Beschichtungsmittel auf das Substrat zu beschichten, nur diese geringe Restmenge in der Stichleitung herausgebracht werden. Dies erfordert kein Anhalten des laufenden Betriebs in der Beschichtungsanlage oder in der Produktionsanlage für die Blechbänder. Somit entstehen keine Stillstandszeiten, und die Vorrichtung nach der Erfindung ist aufgrund des kompakten Düsenbalkens auch wartungsarm realisiert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinheit zum einzelnen Ansteuern der Steuerventile eingerichtet. Die vorzugsweise extern von dem Düsenbalken und außerhalb von dem elektrostatischen Hochspannungsfeld angeordnete Steuereinheit ist somit speziell angepasst für die Ansteuerung der einzelnen Steuerventile, um in jedem der Düsenbalken der Vorrichtung einzelne Kammern, Gruppen von Düsenöffnungen oder auch einzelne Düsenöffnungen selbst separat ansteuern zu können. Hiermit lassen sich flexibel vielfältige Anwendungsfälle an der erfindungsgemäßen Vorrichtung einstellen, um beispielsweise auch unterschiedliche Beschichtungsmuster oder Beschichtungsdicken je nach Bedarf variabel vorzusehen oder zu ändern. Dafür muss nur die entsprechende Betätigung von Schaltventilen mittels der zentralen Steuereinheit erfolgen. Es sind keine Umbauten an den Düsenöffnungen, den Schaltventilen oder am Düsenbalken selbst hierfür erforderlich.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind pneumatisch ansteuerbare Wegeventile als Schaltventile integriert in dem Düsenbalken jeweils für mindestens die zwei Kammern oder für jede der Düsenöffnungen vorgesehen, welche über elektrische, isolierte Pneumatikschläuche von extern des Düsenbalkens mittels der Steuereinheit ansteuerbar sind. Die Schaltventile sind damit vor einer Beeinflussung durch das Anlegen der elektrischen Hochspannung geschützt, die für das elektrostatische Beschichten gemäß der Vorrichtung nach der Erfindung erforderlich ist. Die Schaltventile sind so außerdem als wartungsarme und sicher funktionierende Wegeventile realisiert, so dass über einen längeren Zeitraum keine Störungen auftreten und keine Wartungsarbeiten anfallen. Die Ansteuerung der Steuerventile erfolgt über die Steuereinheit, mit welcher jeweils separat einzelne Schaltventile angesteuert werden können oder eine Gruppe von Schaltventilen gemeinsam, beispielsweise für ein Öffnen oder Schließen einer gesamten Kammer des Düsenbalkens, betätigt werden können.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Düsenbalken der Vorrichtung eine Heizeinheit für ein Erwärmen des Beschichtungsmittels auf, insbesondere in Form von Kammern und/oder Kanälen für ein Wärmeträgerfluid, welches mit erwärmtem Wärmeträgerfluid versehen oder durchströmt wird. Die Heizeinheit kann beispielsweise in Form von ebenfalls im Düsenbalken integrierten zusätzlichen Kammern parallel zu den Kammern für das Beschichtungsmittel, also in Längsrichtung zu dem Düsenbalken, jeweils vorgesehen werden. Die Kammern für das Wärmeträgerfluid können von außen mit einem erwärmten Wärmeträgerfluid über entsprechende Kanäle oder Leitungen und Förderpumpen befüllt und durchflossen werden. Auf diese Weise ist eine ausreichende Erwärmung für die notwendige Viskosität des Beschichtungsmittels gewährleistet, die für den elektrostatischen Beschichtungsvorgang und das feine Zerstäuben des Öls oder eines anderen Korrosionsschutzmittels notwendig ist. Die Heizeinheit kann auch von außen an den Düsenbalken als separates Bauteil vorgesehen und daran angebracht werden. Alternativ kann die Heizeinheit auch in Form eines anderen Heizelements vorhanden sein, das nicht mit einem flüssigen Wärmeträgerfluid durchströmt wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist für jede der Kammern, also mindestens für zwei Kammern, mindestens ein Spülventil jeweils vorgesehen, mit welchem bei einem Wechsel des Beschichtungsmittels von einem Typ A zu einem anderen Typ B von Beschichtungsmitteln eine Spülung der jeweiligen Kammern auch im laufenden Betrieb des Beschichtungsvorgangs ausgeführt werden kann. Beispielsweise an einem Ende in Längsrichtung eines Düsenbalkens der Vorrichtung sind jeweils Spülventile hierfür angebracht, mit entsprechenden Leitungen für das Durchspülen und Reinigen des Innenraums der Kammern. Die Innenräume der Beschichtungsmittelkammern sind mit den Spülventilen jeweils so verbunden, dass ein automatisches Spülen für die Zwecke der Reinigung der Kammern bei einem Wechsel der Arten von Beschichtungsmittel, beispielsweise von Ölsorten im Falle von Korrosionsschutzmitteln, oder zu einer Reinigung insgesamt der Vorrichtung durchgeführt werden kann. Hiermit ist auch im laufenden Betrieb eine Reinigung, Spülung und effektiver Wechsel zu einem anderen Beschichtungsmittel möglich. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit flexibler auf verschiedene Arten von Beschichtungsmitteln angepasst und erfordert keine kostenintensiven langen Stillstandszeiten der Anlagen wie im Stand der Technik bei einer Anpassung auf jeweilige Anforderungen seitens der Substrate, die zu beschichten sind.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zu jeder der Kammern des Düsenbalkens eine Mehrzahl von N Düsenöffnungen und jeweils zwei zugordnete Schaltventile für jede der Düsenöffnungen vorgesehen. Mit dieser Vorkehrung hat jede Düsenöffnung die Möglichkeit, entweder von der ersten der beiden Kammern oder der zweiten der beiden Kammern mit Beschichtungsmittel versehen zu werden. Die doppelte Anzahl der Schaltventile in dem Düsenbalken für jede der Düsenöffnungen bietet somit die Möglichkeit, entweder von der ersten Kammer oder von der zweiten Kammer oder gegebenenfalls auch von weiteren Kammern mit entsprechender größerer Anzahl von Schaltventilen hier das Beschichtungsmittel an die Düsenöffnungen für das Versprühen auf das Substrat zu liefern.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Schaltventile im Düsenbalken und die Öffnungen jeweils in Segmenten als definierte Gruppen zum Ein- und Ausschalten vorgesehen. Mit solch einer Maßnahme lassen sich einzelne Bereiche zu- oder abschalten. Die Variabilität in der Erzeugung von Sprühmustern für das Beschichtungsmittel ist damit weiter erhöht.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der oder die Düsenbalken im Abstand zu dem Substrat verstellbar montiert. Mit einer Höhenverstellung in Richtung senkrecht auf die Oberfläche des zu besprühenden Substrats lassen sich größere oder kleinere seitliche Sprühbereiche erzeugen. Die Höhenverstellung hat auch den Vorteil, dass auf unterschiedliche Viskositäten der Beschichtungsmittel entsprechend eingegangen werden kann, beispielsweise wenn eine bestimmte Form eines Öls eine nähere Anordnung an der Oberfläche des Substrats erfordert als ein anderes, leichter zu versprühendes Beschichtungsmittel.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Spülventile des Düsenbalkens, welche mindestens in der Anzahl der jeweiligen Kammern am Düsenbalken extra vorgesehen sind, als pneumatisch steuerbare Wegeventile oder Schaltventile realisiert, welche über elektrisch isolierte Schläuche oder Leitungen ansteuerbar sind. Eine Beeinflussung durch das elektrische Hochspannungsfeld ist damit vermieden, und die Vorrichtung ist nicht anfällig für Einflüsse aufgrund der Zerstäubungsmethode für das aufzutragende Beschichtungsmittel.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden mehr im Detail und anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in welchen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt sind. In den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht im Querschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Düsenbalken oberhalb und unterhalb des Blechbandes;
- 2 eine detaillierte Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit in den Düsenbalken integrierten Kammern und Schaltventilen; und
- 3 eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Spülventilen für die zwei getrennten Kammern.
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Nach den in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispielen umfasst die Vorrichtung 100 zum elektrostatischen Auftragen eines flüssigen, zerstäubten Beschichtungsmittels 1 auf ein bewegbares Substrat 110, wie z. B. ein Blechband, eine Auslasseinrichtung 2 in Form eines Düsenbalkens 50 oder mehrerer nebeneinander angeordneter oder gegenüberliegend von dem Substrat 110 angeordneter Düsenbalken 50. Die Düsenbalken 50 sind mit Zuführleitungen 41, 42 (vgl. 3) für ein Beschichtungsmittel 1 vorgesehen, wobei bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ein Beschichtungsmittel 1 von einem ersten Typ A und ein davon verschiedenes Beschichtungsmittel von einem Typ B in die beiden getrennten hydraulischen Kammern 51, 52 durch eine jeweilige Pumpe oder Fördereinrichtung (nicht dargestellt) bereitgestellt wird. Die Düsenbalken 50 weisen also im Inneren mindestens zwei voneinander getrennte Kammern 51, 52 auf, die mit integrierten Schaltventilen 60 jeweils zum Öffnen oder Schließen von Düsenöffnungen 54 für ein Ausbringen von Beschichtungsmittel 1 auf das Substrat 110 über eine Ansteuerung mit Signalen von der Steuereinheit 3 angesteuert werden können. Die Auslasseinrichtungen 2 in Form der Düsenbalken 50 sind über einen Träger 5 oder eine Aufhängung jeweils oberhalb und unterhalb bei dem Ausführungsbeispiel der 1 angeordnet. Der Träger 5 kann beispielsweise in Form eines Kunststoffbalkens oder eines anderen elektrisch nichtleitenden Bauteils an den stirnseitigen Enden des Düsenbalkens 50 jeweils vorgesehen sein. Dadurch kann sich das elektrostatische Feld zwischen dem Düsenbalken 50 und dem Substrat 110 ungestört aufbauen und konstant bleiben.
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Bei dem ersten Ausführungsbeispiel der 1 ist sowohl oberhalb des Substrats 110 oder Blechbandes als auch unterhalb des Substrats 110 jeweils ein Düsenbalken 50 als Auslasseinrichtung 2 für das Beschichtungsmittel 1 vorgesehen, um eine beidseitige Beschichtung des Blechbandes als Substrat 110 beispielsweise mit Öl als Korrosionsschutzmittel zu bewerkstelligen. Dabei kommt es auf eine genaue Dicke der Beschichtung und kontinuierliche Form der Beschichtung an, damit keine Fehlstellen oder nicht beschichtete Stellen entstehen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 weist dazu mindestens einen erfindungsgemäßen Düsenbalken 50 auf, welcher für einen Auslass von verschiedenen Beschichtungsmitteln 1 vom Typ A, B oder C speziell eingerichtet ist mittels der mindestens zwei getrennten Kammern 51, 52 in dem Düsenbalken 50 und den vorgesehenen separaten Schaltventilen 60, die in diesem Beispiel als pneumatische Schaltventile realisiert sind, die über Pneumatikleitungen 61 durch die Steuereinheit 3 jeweils angesteuert werden können zum Öffnen oder Schließen einer Verbindung zwischen den Kammern 51, 52 und einem Auslass in Form von Düsenöffnungen 54 oder einem schlitzförmigen Auslass des Düsenbalkens 50. Andere Arten von Schaltventilen 60 sind ebenfalls für die Erfindung einsetzbar.
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In der 1 bis 3 sind Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zum Auftragen von zwei Beschichtungsmitteln 1 über Zuführleitungen 41 und 42 auf ein Substrat 110, beispielsweise ein Metallband oder ein Metallblech, in schematischen Darstellungen zur Veranschaulichung des grundsätzlichen Aufbaus und der Komponenten der Vorrichtung 100 nach der Erfindung gezeigt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel, das in der 1 in einer schematischen Querschnittsansicht gezeigt ist, umfasst die Vorrichtung 100 nach der Erfindung mindestens einen an einem Träger 5 oder anderem nichtleitenden Bauteil montierten Düsenbalken 50, mindestens zwei darin integrierte Schaltventile 60, mindestens zwei voneinander getrennte Kammern 51 und 52 für die Bereitstellung von Beschichtungsmittel(n) 1 und eine zentrale Stichleitung 53, welche zu einer Düsenöffnung 54 der Auslasseinrichtung 2 an einem konisch verjüngten Ende des Düsenbalkens 50 führt. Die Vorrichtung 100 dient vorzugsweise zum wechselweisen Auftragen von mindestens zwei Beschichtungsmitteln 1 von verschiedenen Typen A, B oder C, welche permanent in zwei Kammern 51 und 52 eines Düsenbalkens 50 über eine Pumpe (nicht dargestellt) und Zuführleitungen 41, 42 (vgl. 3) anstehen, auf ein Substrat 110. Die zentrale Stichleitung 53, welche zu Düsenöffnungen 54 des Düsenbalkens 50 führt, kann durch Öffnen und Schließen der integrierten Schaltventile 60 wechselweise mit den Kammern 51 oder 52 verbunden werden, die mit zwei unterschiedliche Beschichtungsmitteln 1 gefüllt sein können.
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Alternativ kann in beiden Kammern 51, 52 auch ein gleiches Beschichtungsmittel 1 nur vom Typ A vorhanden sein. Aus der Düsenöffnung 54 der Auslasseinrichtung 2 wird das ausgewählte Beschichtungsmittel 1 aufgrund eines mit Hochspannungskabeln 72 angelegten Hochspannungsfelds 70 feinzerstäubt und durch die Düsenöffnungen 54 zur Oberfläche des Substrats 110 transportiert. Durch Umschalten der Stichleitung 53 mittels der Schaltventile 60 über die Steuereinheit 3 auf von einer der Kammern 51 und 52 auf die jeweils andere Kammer 51, 52 kann eine schnelle Umschaltung von einem ersten Typ A von Beschichtungsmittel 1 auf ein anderes Beschichtungsmittel eines Typs B erreicht werden, ohne dass die Kammern 51 und 52 vollständig gespült werden müssen. Im wechselweisen Betrieb von zwei Beschichtungsmitteln 1 werden dadurch lange Stillstandzeiten der Vorrichtung 100 und damit einer Anlage zur Blechverarbeitung insgesamt mit entsprechenden Kosten vermieden und es minimiert sich die Menge an entstehendem Mischöl, das in der kurzen und dünnen Stichleitung 53 in viel geringeren Mengen anfällt als bei einer kompletten Spülung der großen und langen Kammern 51 oder 52, wie sie im Stand der Technik erforderlich war.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel, das in der 2 im Querschnitt schematisch dargestellt ist, umfasst die Vorrichtung 100 nach der Erfindung mindestens einen Düsenbalken 50 und mindestens zwei darin integrierte Schaltventile 60, mindestens zwei Kammern 51, 52 für die Zuführung von Beschichtungsmitteln 1 und eine zentrale Stichleitung 53, welche zu einer Düsenöffnung 54 der Auslasseinrichtung 2 führt. Die Vorrichtung 100 dient vorzugsweise zum wechselweisen Auftragen von zwei Beschichtungsmitteln 1, welche permanent an zwei Kammern 51 und 52 eines Düsenbalken 50 durch Pumpen und Zuführleitungen 41, 42 anstehen, auf ein Substrat 110. Die zentrale Stichleitung 53, welche zu einer Düsenöffnung 54 des Düsenbalkens 50 führt, kann über eine zentrale Steuereinheit 3 durch Öffnen und Schließen der integrierten Schaltventile 60 wechselweise mit den Kammern 51 oder 52 verbunden werden, die mit zwei unterschiedlichen Beschichtungsmitteln 1 vom Typ A oder B gefüllt sein können. Aus den Düsenöffnungen 54 wird das ausgewählte Beschichtungsmittel 1 aufgrund des angelegten Hochspannungsfelds 70 feinzerstäubt und zur Oberfläche des Substrats 110 transportiert. Durch Umschalten der Stichleitung 53 mittels der Schaltventile 60 auf von einer der Kammern 51 und 52 auf die jeweils andere Kammer 51, 52, kann eine schnelle Umschaltung von einem Beschichtungsmittel 1 auf ein anderes Beschichtungsmittel 1 erreicht werden, ohne dass die Kammern 51 und 52 vollständig gespült werden müssen.
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Die Schaltventile 60 werden über elektrisch isolierende Schläuche 61 pneumatisch durch Signale von der Steuereinheit 3 betätigt, damit das über das Hochspannungskabel 72 anliegende Hochspannungsfeld 70 die Betätigung der Schaltventile 60 nicht stört und die Betätigung der Schaltventile 60 über extern angeordnete kostengünstige handelsübliche Magnetventile und Steuereinrichtungen automatisiert werden kann, ohne teure hochspannungsgeeignete Komponenten im Bereich des Düsenbalkens 50 verwenden zu müssen.
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In den beiden zusätzlichen Kammern 55 zirkuliert bei diesem Ausführungsbeispiel der 2 auf beiden Seiten des Düsenbalkens 50 ein erwärmtes Wärmeträgerfluid. Durch die beidseitige symmetrische Erwärmung des Düsenbalkens 50 wird der gesamte Düsenbalken 50 auf eine gleichmäßige Betriebstemperatur eingestellt. Dadurch werden die Beschichtungsmittel 1 in den Kammern 51 und 52 über die gesamte Balkenlänge schonend und zuverlässig auf die für eine optimale Zerstäubung an den Düsenöffnungen 54 vorteilhafte definierte Viskosität erwärmt. Die Kammern 51, 52, 55 sind bei den dargestellten Ausführungsbeispielen seitlich am Düsenbalken 50 durch Deckel 6 mit Dichtungen verschlossen. Sie können ebenso wie die Kanäle für das Öl in einem zweigeteilten Aluminiumgehäuse für den Düsenbalken 50 eingearbeitet sein.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel, das in der 3 in einer schematischen Draufsicht dargestellt ist, umfasst die Vorrichtung 100 nach der Erfindung mindestens einen Düsenbalken 50 mit Kammern 51, 52 und mindestens zwei darin integrierte Schaltventile 60. Die Schaltventile 60 sind am Düsenbalken 50 quer zur Vorschubrichtung F des zu beschichtenden Substrats 110 paarweise in N Segmenten als Schaltventile 60 mit den Nr. 1 bis 40 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind im ersten Segment das Schaltventil Nummer 1 und das Schaltventil Nummer 21 über eine gemeinsame Stichleitung 53 mit einer Düsenöffnung 54 verbunden. Das Schaltventil Nr. 1 ist in diesem Beispiel geöffnet und das Schaltventil Nr. 21 ist geschlossen. Über das geöffnete Schaltventil Nr. 1 gelangt Beschichtungsmittel 1 vom Typ A aus der Kammer 51 in die Stichleitung 53 und von dort über die Düsenöffnung 54 und das elektrische Hochspannungsfeld 70 auf das Substrat 110.
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Zum Wechseln auf das Beschichtungsmittel 1 vom Typ B, das sich in der anderen Kammer 52 des Düsenbalkens 50 befindet, wird das Schaltventil Nr. 1 geschlossen und anschließend das Schaltventil Nr. 21 geöffnet. Nach einigen Sekunden hat das neue Beschichtungsmittel vom Typ B die Reste von Beschichtungsmittel Typ A aus der kurzen, dünnen Stichleitung 53 gedrückt und aus der Düsenöffnung 54 fließt jetzt lediglich das Beschichtungsmittel 1 vom Typ B.
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Am Ende des Düsenbalkens 50 befinden sich bei diesem Ausführungsbeispiel der 3 zwei Spülventile 71, mit denen die Kammern 51 oder 52 bei einem Wechsel von einem Beschichtungsmittel 1 vom Typ A oder B auf ein drittes Beschichtungsmittel 1 vom Typ C schnell gespült werden können, damit auch der Wechsel von Beschichtungsmittel 1 vom Typ B auf ein drittes Beschichtungsmittel 1 vom Typ C schnell durchgeführt werden kann. Vorzugsweise wird noch während der Beschichtung des Substrats 110 mit Beschichtungsmittel vom Typ A aus der Kammer 51 das Spülventil 71 am Ende der Kammer 52 geöffnet und das noch in der Kammer 52 verbliebene Beschichtungsmittel 1 vom Typ B mit dem neuen Beschichtungsmittel 1 vom Typ C ausgespült. Zum Wechseln auf das neue Beschichtungsmittel 1 vom Typ C, das sich dann bereits in der Kammer 52 des Düsenbalkens 50 befindet, wird das Schaltventil Nr. 1 geschlossen und anschließend das Schaltventil Nr. 21 geöffnet.
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Nach einigen Sekunden hat das neue Beschichtungsmittel 1 vom Typ C die Reste von Beschichtungsmittel Typ A aus der kurzen, dünnen Stichleitung 53 gedrückt und aus der Düsenöffnung 54 fließt jetzt das neue Beschichtungsmittel 1 vom Typ C.
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Das während des Wechselns in der Stichleitung 53 entstehende Mischöl möchten die Abnehmer des beschichteten Blechbands nicht auf dem Substrat 110 haben. Deshalb wird der Wechsel zwischen zwei im Düsenbalken 50 befindlichen Beschichtungsmitteln 1 vom Typ A und B vorzugsweise dann durchgeführt, wenn eine Coillänge des zu beschichtenden Substrats 110 endet und ein neuer Coil mit einer Schweißnaht zum Ende des ersten Coils durchgeführt wird. Mittels der vorliegenden Erfindung kann in der Zeit, in der sich das Ende des letzten bereits beschichteten Coils und der Anfang des neuen, noch nicht beschichteten Coils, verbunden mit einer unbrauchbaren Schweißnaht, in der Beschichtungskammer der Vorrichtung 100 befinden, das Mischöl aus der kurzen, dünnen Stichleitung 53 gedrückt und aus der oder den Düsenöffnung(en) 54 ausgebracht werden, ohne eine Stillstandzeit der Gesamtanlage zu verursachen. Das funktioniert aufgrund der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 und insbesondere der Spülventile 71 auch beim Wechsel von Beschichtungsmittel 1 vom Typ B auf Beschichtungsmittel 1 vom Typ C, weil man die gerade aktuell nicht zur Beschichtung genutzte Kammer 52 im laufenden Beschichtungsbetrieb mit dem neuem Beschichtungsmittel 1 vom Typ C durch Spülen vorrüsten kann, ohne die Anlage, die gerade Beschichtungsmittel 1 vom Typ A aus Kammer 51 auf das Substrat 110 appliziert, anzuhalten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Beschichtungsmittel
- 2
- Auslasseinrichtung
- 3
- Steuereinheit
- 4
- Heizeinheit
- 5
- Träger
- 6
- Deckel
- 41, 42
- Zuführleitungen
- 50
- Düsenbalken
- 51, 52
- Kammer
- 53
- Stichleitung
- 54
- Düsenöffnung bzw. Auslassschlitz der Auslasseinrichtung 2
- 55
- Kammer für Wärmeträgerfluid Heizeinheit 4
- 60
- Schaltventil
- 61
- elektrisch isolierte Pneumatikschläuche Schaltventile
- 70
- Hochspannungsfeld
- 71
- Spülventil
- 72
- Hochspannungskabel
- 100
- Vorrichtung
- 110
- Substrat bzw. Blechband
- F
- Vorschubrichtung Substrat bzw. Blechband
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- IT 1223608 [0003, 0004, 0006]
- DE 83 19 162 U1 [0003, 0005, 0006, 0008]