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DE19633742A1 - Verfahren und Anlage zum Auftragen eines Beschichtungsmittels, insbesondere Lack, auf ein Band aus Metall, insbesondere Stahl, im Durchlauf - Google Patents

Verfahren und Anlage zum Auftragen eines Beschichtungsmittels, insbesondere Lack, auf ein Band aus Metall, insbesondere Stahl, im Durchlauf

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DE19633742A1
DE19633742A1 DE1996133742 DE19633742A DE19633742A1 DE 19633742 A1 DE19633742 A1 DE 19633742A1 DE 1996133742 DE1996133742 DE 1996133742 DE 19633742 A DE19633742 A DE 19633742A DE 19633742 A1 DE19633742 A1 DE 19633742A1
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DE
Germany
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coating agent
coating
agent
tape
belt
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DE1996133742
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Roland Schnettler
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Schweinsberg Bernhard Dipl-Ing 44791 Bochum
Original Assignee
Sundwiger Eisenhuette Maschinenfabrik GmbH and Co
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Description

Seit langem werden in der Automobilindustrie Stahlbleche eingesetzt, die zum Zwecke des Korrosionsschutzes verzinkt sind. Sofern solche Bleche mit einem Beschichtungsmittel, z. B. Lack, ein- oder beidseitig versehen sind, können ein Kantenschutz durch Kunststoff, insbesondere an Falzen, und eine Hohlraumversiegelung entfallen. Ein weiterer Vorteil von mit Beschichtungsmittel versehenen Blechen besteht darin, daß das Beschichtungsmittel beim Umformen (Tiefziehen) als Gleitmittel wirkt. Schließlich bleibt bei den beschichteten Blechen die ursprüngliche Schweißbarkeit erhalten.
Die Herstellung solcher Bleche/Bänder erfolgte bisher in zwei voneinander getrennten Prozeßlinien. In der ersten Prozeßlinie wurde Stahlband im Durchlauf elektrolytisch verzinkt oder feuerverzinkt. In einer zweiten Prozeßlinie (Jap. Extract 1-62-477 (A) der japanischen Patentanmeldung Nr. 62-21 8478) erfolgte die Beschichtung des verzinkten Stahlbandes mit einem Lösungsmittel enthaltenden Beschichtungsmittel, insbesondere Lack. Dabei wurde auf das von einem Coil abgewickelte Stahlband ein Haftvermittler, insbesondere Chromat in wäßriger Lösung, aufgetragen. Durch Aufheizen des Bandes erfolgte anschließend das Eintrocknen des Haftvermittlers. Danach mußte das erhitzte Band auf Normaltemperatur abgekühlt werden, um es anschließend mit dem Lösungsmittel enthaltenden Beschichtungsmittel, insbesondere Lack, beschichten zu können. In einem nachgeordneten Durchlauftrockner wurde das Beschichtungsmittel mittels aufgeblasener Heißluft und/oder mittels Infrarotstrahler getrocknet. Nach einer anschließenden Kühlbehandlung wurde das Stahlband wieder aufgewickelt.
Bei dieser Art von Trocknung fand die Trocknung von außen nach innen statt. Durch eine sich dabei bildende Außenhaut wurde das Austreiben des Lösungsmittels aus der Beschichtung erschwert. Deshalb war eine verhältnismäßig lange Behandlungszeit erforderlich, die auch nur maximale Durchlaufgeschwindigkeiten bis zu 100 m/min erlaubten. Im Anschluß daran erfolgte die Kühlung durch Aufsprühen von Wasser auf die Beschichtungsseite bzw. Beschichtungsseiten, bevor das Band dann wieder aufgewickelt wurde.
Ein solches Verfahren und eine dafür geeignete Vorrichtung sind recht aufwendig.
Ferner ist ein Beschichtungsverfahren für ein verzinktes Band bekannt (EP 0 613 931 A2), bei dem auf das verzinkte Band eine Emulsion aufgetragen wird, die unter anderem Chrom und Epoxidharz enthält. Diese Emulsion wird dadurch getrocknet und ausgehärtet, daß das Band induktiv erwärmt wird. Ein solches Verfahren ist aber nicht vergleichbar mit dem gattungsgemäßen Verfahren, bei dem in zwei Stufen zunächst Chromat in wäßriger Lösung als Haftvermittler und anschließend das Lösungsmittel enthaltende Beschichtungsmittel aufgetragen wird. Wegen der Zweistufigkeit muß bei diesem Verfahren eine Trocknung in jedem Fall zwischengeschaltet sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auftragen eines Lösungsmittel enthaltenden Beschichtungsmittels auf ein Band aus Metall, insbesondere verzinktes Stahlband zu schaffen, mit dem sich die Beschichtung effektiv und mit vergleichsweise geringem Aufwand durchführen läßt.
Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig mit folgenden Verfahrensschritten gelöst:
  • a) Auf jeder zu beschichtenden Seite des Bandes wird ein Haftvermittler für das Beschichtungsmittel oder ein Korrosionsschutzmittel in wäßriger Lösung aufgetragen.
  • b) Der Haftvermittler bzw. das Korrosionsschutz­ mittel wird ohne wesentliche Erwärmung des Bandes getrocknet.
  • c) Ohne Zwischenkühlung wird auf das Band das Beschichtungsmittel aufgetragen.
  • d) Das Band wird zum Trocknen und Aushärten des Beschichtungsmittels induktiv erwärmt.
  • e) Das Band wird abgekühlt.
Anlagetechnisch wird die Erfindung durch folgende in Bandlaufrichtung hintereinander angeordnete Anlagenkomponenten gelöst:
  • a) Coater für Haftvermittler oder Korrosionsschutzmittel,
  • b) Durchlauftrockner,
  • c) Coater für Beschichtungsmittel,
  • d) Durchlauftrockner mit induktiver Beheizung und Luftspülung,
  • e) Kühlstrecke.
Bei der Erfindung wird inline unter Verzicht auf eine Zwischenkühlung das Beschichtungsmittel auf das verhältnismäßig kühle Band (ca. 60°) aufgetragen. Der Verzicht auf eine Zwischenkühlung ist möglich, weil das Band beim Auftragen des Haftvermittlers bzw. Korrosionsschutzmittels allenfalls geringfügig, d. h. um 30K bis 40K, erwärmt wird. Diese geringen Temperaturen ermöglichen zwar eine vollständige Trocknung, aber noch keine optimale Reaktion des Haftvermittlers mit dem Band, insbesondere einem verzinkten Stahlband. Mit der vollständigen Trocknung sind aber bereits optimale Voraussetzungen für den Auftrag des Beschichtungsmittels, insbesondere des Lackes, gegeben, da es bei den niedrigen Temperaturen praktisch nicht erwärmt wird. Die nicht vollständige Reaktion des Haftvermittlers bzw. des Korrosionsschutzmittels erfolgt dann bei der induktiven Erwärmung, und zwar wie es für einen optimalen Verbund des Beschichtungsmittels mit dem Band gewünscht wird, vor dem Trocknen und Aushärten des Beschichtungsmittels, weil die Erwärmung von innen nach außen wandert. Die Reaktion ist auch besser, weil bei der induktiven Erwärmung das Band stärker als bei einer Heißlufttrocknung erwärmt wird. Die induktive Erwärmung hat auch für die Aushärtung des Beschichtungsmittels Vorteile, weil sich wegen der Erwärmung von innen nach außen keine das Austreiben des Lösungsmittels behindernde Haut auf der Außenseite des Beschichtungsmittels bilden kann. Das führt zu einer verhältnismäßig kurzen Behandlungszeit. Deshalb lassen sich das Verfahren und die Anlage problemlos mit Banddurchlaufgeschwindigkeiten von 200-300 m/min fahren. Der Wegfall der Zwischenkühlung führt auch zu einer günstigeren Energiebilanz und zu einem geringeren apparativen Aufwand, ohne daß dies zu Lasten der Qualität des beschichteten Bandes geht.
Das Trocknen des Haftvermittlers bzw. Korrosionsschutzmittels ohne wesentliche Erwärmung des Bandes erfolgt vorzugsweise durch aufgeblasene Luft.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Verfahren zum Auftragen des Beschichtungsmittels mit einem anderen Bandbehandlungsverfahren, insbesondere mit dem Bandverzinken, inline erfolgt. So werden bisher wegen ihrer unterschiedlichen Prozeßbedingungen nicht für den Inline-Betrieb geeignete Verfahren erfindungsgemäß inline betrieben. Dies ist möglich geworden, weil das erfindungsgemäße Verfahren mit seinen möglichen hohen Durchlaufgeschwindigkeiten den Durchlaufgeschwindigkeiten beim Verzinken entspricht. Die damit verbundene Produktivitätssteigerung und die anlagetechnischen Vorteile sind gegenüber dem Stand der Technik groß.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Band beim induktiven Erwärmen zum Abführen des freigesetzten Lösungsmittels des Beschichtungsmittels mit erwärmter Luft umspült wird. Dadurch wird eine Kondensation der Lösemittel vermieden. Die dabei mit Lösungsmittel beladene Luft kann einer Nachverbrennung zugeführt werden.
Bei einseitig beschichtetem Band wird das Band vorzugsweise an seiner beschichteten, unten liegenden Seite durch Aufsprühen von Kühlflüssigkeit, insbesondere Kühlwasser, gekühlt, wobei an beiden Rändern ober- und unterseitig zu den Rändern hin Luft und Kühlflüssigkeit abgesaugt werden. Durch diese Maßnahme wird verhindert, daß auf die nicht beschichtete Oberseite korrodierende Kühlflüssigkeit gelangt.
Die optimale Frequenz beim induktiven Aufheizen hängt von der Materialstärke des Bandes ab. Bei üblichen Bändern mit einer Dicke von 0,3 bis 2 mm Dicke liegt sie zwischen 30 kHz und 100 kHz, insbesondere über 50 kHz. Bei solchen Frequenzen kann die Aufheizzeit des Beschichtungsmittels bis auf mindestens 2 bis 3 s gesenkt werden.
Bei der Anlage ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Coater für das Beschichtungsmittel für jede zu beschichtende Seite eine gekühlte Auftragswalze aufweist. Darüber hinaus kann der Coater für das Beschichtungsmittel ein geschlossenes Kreislaufsystem mit Kühlung aufweisen. Durch diese beiden Maßnahmen wird zusätzlich zu der niedrigen Temperatur des Bandes sichergestellt, daß es an der Auftragswalze nicht zum Festbacken von Beschichtungspartikeln kommen kann und/oder daß das Beschichtungsmittel unzulässig stark erwärmt wird, sondern auf optimaler Temperatur gehalten wird.
Wie an sich bekannt, kann auch bei der Erfindung vorgesehen sein, daß an dem Durchlauftrockner eine Absaugung mit Nachverbrennung angeschlossen ist, um die umweltschädlichen Lösungsmittel nicht in die Atmosphäre gelangen zu lassen.
Die Kühlstrecke sollte, insbesondere bei einseitig beschichtetem Band, vorzugsweise horizontal verlaufen, wobei unterhalb der Bandlaufebene gegen das Band gerichtete und verteilt angeordnete Sprühdüsen für eine Kühlflüssigkeit vorgesehen sind. Vorzugsweise sollten die Sprühdüsen einzeln oder gruppenweise in Abhängigkeit von den örtlichen Bandtemperaturen zu- und abschaltbar sein. Damit kann erreicht werden, daß das Band über seine gesamte Breite gleichmäßig gekühlt wird.
Damit keine korrodierende Kühlflüssigkeit auf die nicht beschichtete Bandseite gelangt, ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die beiden Bandränder mit Höhenspiel durch in Bandlaufrichtung geschlitzte Absaugkammern verlaufen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zum Auftragen eines Beschichtungsmittels darstellenden Schemazeichnung (Fig. 1), sowie einem Coater für ein Beschichtungsmittel in Seitenansicht (Fig. 2) näher erläutert.
Die in Fig. 1 dargestellte Anlage zum Auftragen eines Beschichtungsmittels wird vorzugsweise inline mit einer in der Zeichnung nur angedeuteten, teilweise dargestellten Anlage zum Verzinken VZ betrieben. Das von dieser Verzinkungsanlage VZ kommende verzinkte Stahlband 1 wird in vertikaler Richtung einem Coater 2 zugeführt. Der Coater 2 weist an jeder zu beschichtenden Seite eine Auftragswalze 2a, 2b und eine Rasterwalze 2c, 2d mit dicht anliegender Lackkammer 2e, 2f auf. Mit diesem Coater 2 wird eine wäßrige Chromatlösung oder ein anderes Beschichtungs- oder Grundierungsmittel aufgetragen. Die Zuführung des Chromates erfolgt im geschlossenen Kreislauf über die Lackkammer 2e, 2f.
Das an einer oder beiden Seiten mit der .Chromatlösung benetzte Band 1 gelangt in einen Vertikaltrockner 3, in dem die zu trocknende Seite bzw. die zu trocknenden Seiten durch über Leitungen 4 zugeführte, aufgeblasene, leicht erwärmte Luft vollständig getrocknet werden. Wegen der verhältnismäßig niedrigen Bandtemperatur (ca. 60°) erfolgt noch keine vollständige Reaktion des Chromates mit dem Band 1.
Das so für die Lack-Beschichtung vorbereitete Band 1 gelangt in einen Coater 5 für das Beschichtungsmittel, das wie der Coater 2 für die Chromatlösung aus einer Auftragswalze und einer Rasterwalze mit Lackkammer für die zu beschichtende Seite besteht. Auch in diesem Fall wird das Beschichtungsmittel im Kreislauf geführt. Zusätzlich ist in diesem Fall noch vorgesehen, daß die Auftragswalze gekühlt wird und auch das geschlossene Kreislaufsystem mit einer Kühlung versehen ist, so daß das Beschichtungsmittel trotz des leicht erwärmten Bandes bei optimaler Temperatur gehalten werden kann.
Das beschichtete Band 1 gelangt dann in einen Vertikaltrockner 6, dessen unterer Teil zu einer den Coater 5 aufnehmenden Kammer 6a erweitert ist, der mit einer in der Zeichnung nur angedeuteten, induktiven Heizeinrichtung 7 versehen ist. Diese induktive Heizeinrichtung 7 arbeitet mit Frequenzen zwischen 30 kHz und 100 kHz, insbesondere mit über 50 kHz. Die Wahl der optimalen Frequenz hängt von der Dicke des Bandes 1 ab. Durch diese induktive Aufheizung erfolgt ein Erwärmen des Bandes 1 von innen nach außen. Das heißt, daß zunächst der Chromatauftrag vollständig mit dem Band 1 reagiert und anschließend von innen nach außen das Beschichtungsmittel getrocknet wird. Für das Abführen des Trocknungsmittels wird dem Trockner 6 über eine Leitung 8 vorerwärmte Spülluft zugeführt. Die mit den freigesetzten Lösungsmitteln beladende Spülluft wird über eine Leitung 9 abgesaugt und einer Nachverbrennung 10 zugeführt. Weiter erfolgt über eine Leitung 11 eine Absaugung der Kammer 6a um den Coater 5. Die abgesaugte Luft wird dann an einem Injektor 12 mit Frischluft vermischt, einem Filter 12 zugeführt und über einen Wärmeaustauscher 13 zusammen mit der nachverbrannten Spülluft dem Trockner 6 über die Leitung 8 wieder dem Trockner 6 zugeführt.
Das auf diese Art und Weise bis auf annähernd 300°C erwärmte Band 1 gelangt dann in eine horizontale Kühlstrecke 14, in der gegen die Unterseite, insbesondere gegen die beschichtete Unterseite aus einer Vielzahl von verteilt angeordneten Düsen Kühlflüssigkeit gesprüht wird. In dieser Kühlstrecke 14 sind den beiden Rändern des Bandes 1 in Längsrichtung geschlitzte, in der Zeichnung nicht dargestellte Absaugkammern zugeordnet, durch die die Bandränder mit Höhenspiel verlaufen. Diese Absaugkammern bewirken, daß die Kühlflüssigkeit von der Unterseite abgesaugt und gesammelt abgeführt wird und ein oberseitiger Luftstrom erzeugt wird, der verhindert, daß Kühlflüssigkeit von der Unterseite über die Ränder auf die Oberseite des Bandes 1 klettert und hier eine Korrosion verursacht.
Obgleich das erfindungsgemäße Verfahren für die Kombination von Verzinken und Beschichten eines Bandes optimal ist, läßt es sich auch in anderen Kombinationen verwirklichen. Auch ist es nicht notwendig, daß vor dem Auftragen des Beschichtungsmittels ein Haftvermittler aufgetragen wird. Es könnte auch ein anderes Beschichtungsmittel, insbesondere ein zusätzliches Korrosionsschutzmittel sein. Entscheidend ist, daß nach dem Auftrag des ersten Mittels in wäßriger Lösung und vor dem Auftrag des eigentlichen Beschichtungsmittels das Trocknen des ersten Beschichtungsmittels ohne wesentliche Erwärmung des Bandes und unter Wegfall einer Zwischenkühlung erfolgt.

Claims (15)

1. Verfahren zum Auftragen eines Beschichtungsmittels, insbesondere Lacke auf ein Band aus Metall, insbesondere Stahl im Durchlauf mit folgenden Verfahrensschritten:
  • a) Auf jede zu beschichtende Seite des Bandes wird ein Haftvermittler für das Beschichtungsmittel oder ein Korrosionsschutzmittel in wäßriger Lösung aufgetragen.
  • b) Der Haftvermittler bzw. das Korrosionsschutzmittel wird mit aufgeblasener Luft ohne wesentliche Erwärmung des Bandes getrocknet.
  • c) Ohne Zwischenkühlung wird auf das Band das Beschichtungsmittel aufgetragen.
  • d) Das Band wird zum Trocknen und Aushärten des Beschichtungsmittels induktiv erwärmt.
  • e) Das Band wird abgekühlt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Beschichten das Band inline verzinkt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trocknen des Haftvermittlers bzw. des Korrosionsschutzmittels mit Blasluft erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Band beim induktiven Erwärmen zum Abführen des freigesetzten Lösungsmittels des Beschichtungsmittels mit erwärmter Umluft umspült wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das einseitig beschichtete Band an seiner beschichteten, unten liegenden Seite durch Aufsprühen von Kühlflüssigkeit, insbesondere Kühlwasser, gekühlt wird, wobei an beiden Rändern ober- und unterseitig zu den Rändern hin Luft und Kühlflüssigkeit abgesaugt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das induktive Aufheizen des eine Materialstärke von 0,3 bis 2 mm aufweisenden Bandes bei einer Frequenz zwischen 30 kHz und 100 kHz, insbesondere mindestens 50 kHz, erfolgt.
7. Anlage zum Auftragen eines Beschichtungsmittels mit folgenden in Bandlaufrichtung hintereinander angeordneten Anlagekomponenten:
  • a) Coater (2) für einen Haftvermittler oder ein Korrosionsschutzmittel,
  • b) Durchlauftrockner (3),
  • c) Coater (5) für Beschichtungsmittel,
  • d) Durchlauftrockner (6) mit induktiver Beheizung (7) und Luftspülung,
  • e) Kühlstrecke (14).
8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ihr inline eine Verzinkungsanlage (VZ) vorgeordnet ist.
9. Anlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlauftrockner mit Blasluft betrieben ist.
10. Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Coater (5) für das Beschichtungsmittel für jede zu beschichtende Seite eine gekühlte Auftragswalze (2a, 2b) aufweist.
11. Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Coater (5) für das Beschichtungsmittel ein geschlossenes Kreislaufsystem mit Kühlung umfaßt.
12. Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Durchlauftrockner (6) für das beschichtete Band (1) eine Absaugung (9) mit Nachverbrennung (10) angeschlossen ist.
13. Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlstrecke (14) insbesondere horizontal verläuft, wobei unterhalb der Bandlaufebene gegen das Band (1) gerichtete, verteilt angeordnete Sprühdüsen für eine Kühlflüssigkeit vorgesehen sind.
14. Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühdüsen einzeln oder gruppenweise in Abhängigkeit von der örtlichen Bandtemperatur zu- und abschaltbar sind.
15. Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bandränder mit Höhenspiel durch in Bandlaufrichtung geschlitzte Absaugkammern verlaufen.
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