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Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Beschichten von endlosen Metallbändern mit einer Kunststoffschicht
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf eine Vorrichtung zum blasenfreien Auftragen von dünnen Kunststoffschichten in flüssigem oder breiigem Zustand in einem stetigen Arbeitsgang auf kon- tinuierlich durchlaufende endlose Bänder, insbesondere Metallbänder und zum schnellen Aushärten der so aufgebrachten Kunststoffschicht.
Die Erfindung bezweckt die Beschichtung und Aushärtung auf geringem Raum mit einfachen Vorrichtungen, kleinem Betriebsaufwand in möglichst kurzer Zeit durchzuführen. Insbesondere sollen die Trock- nungs-bzw. Gelier-und Aushärtezeiten klein sein und es soll eine rasche Umstellung auf unterschiedli- che Materialien und Grössenordnungen bei staubfreiem Arbeiten ermöglicht werden.
Die Erfindung besteht darin, dass der Kunststoff, der mittels eines Lösungsmittels in einen breiigen bis flüssigen Zustand gebracht ist, auf das zu beschichtende Band im Vakuum aufgebracht wird, dass das Lösungsmittel verdampft wird, und dass das Aushärten bzw. die Polymerisation der Auftragsschicht im Vakuum oder zumindest in einem unter Unterdruck stehenden Behandlungsraum erfolgt. (Wenn im folgenden von Vakuum gesprochen wird, so ist damit ein Unterdruck, d. h. ein Druck gemeint, der kleiner als At- mosphärendruck ist.) Dadurch, dass im Vakuum die fraktionierte Lösungsmitteldestillation durch Herabsetzung der Siedepunkte der beteiligten Lösungsmittel herabgesetzt werden kann, lässt sich der Gelier-, Trocknungs-bzw. Polymerisationsvorgang, der durch die Lösungsmittel gesteuert wird, erheblich abkürzen.
Die gebräuchlichen Lösungsmittel, z. B. Methyläthylketon, verdampfen in normaler Atmosphäre bei etwa BOOC. Schon bei Anwendung eines geringen Unterdruckes, beispielsweise zwischen 100 und 40 Torr, kann der Siedepunkt auf Raumtemperatur oder tiefer verschoben werden. Dies hat den Vorteil, dass eine nach dem Ausdampfen der Lösungsmittel anschliessende Kühlung des beschichteten Bandes im konventionellen Sinne nicht mehr erforderlich ist. Die gesamte Trocknungsstrecke zum Aushärten der Beschichtung wird daher erheblich verkürzt, so dass eine weitgehende Erhöhung der Banddurchlaufgeschwindigkeit möglich wird. Neben den Vorteilen einer grösseren Beschichtungsleistung werden die Beschichtungsstoffe im Vakuum blasenfrei und staubfrei aufgetragen.
Darüber hinaus ergeben sich bei der Vakuumbehandlung Vorteile in der Weise, dass die bei der Verdampfung der Lösungsmittel entstehenden Lösungsmitteldämpfe durch entsprechende Kühleinrichtungen kondensiert und wieder aufgefangen werden können. Der Lösungsmittelverbrauch kann dadurch erheblich reduziert werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Vakuumbeschichtung ist der, dass die Materialporen in und auf der Bandoberfläche durch die Evakuierung luftfrei werden, wodurch sich beim Auftragen der Beschichtungsstoffe eine Saugwirkung einstellt, die zu einer besseren Haftfähigkeit der aufgetragenen Schicht führt. Es kann daher in verschiedenen Fällen auf eine Vorbehandlung des Beschichtungsgutes mit einem Haftvermittler verzichtet werden.
Ferner ergibt sich bei der Beschichtung von Leichtmetallen, beispielsweise von Aluminiumbändern, ein Vorteil in der Weise, dass keine Veränderung der technologischen Eigenschaften des Aluminiumbandes herbeigeführt wird, weil die Trocknung im Vakuum unterhalb der Rekristallisationstemperatur erfolgt.
Schliesslich ist gegenüber konventionellen Beschichtungsanlagen auch ein wesentlich geringerer Ener-
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gieverbrauch von Vorteil, denn es braucht lediglich die bei der Verdampfung der Lösungsmittel abgeführ- te Verdampfungswärme wieder zugeführt werden. Diese allerdings notwendige Wärmezufuhr zur Aufrecht- erhaltung der Verdampfungstemperatur ist aber verhältnismässig gering.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, die einen zur Vakuumbehand- lung dienenden Vakuumraum aufweist, der sowohl an der Bandeinlauf- als auch an der Bandauslaufseite in bekannter Weise durch Flüssigkeitsbehälter luftdicht abgeschlossen wird, kennzeichnet sich dadurch, dass in der gleichen Ebene wie die Flüssigkeitsabschlussbehälter und zwischen diesen weitere Behandlungs- behälter vorgesehen sind und dass die Flüssigkeitsabschlussbehälter jeweils über ein Verbindungsrohr, die
Behandlungsbehälter dagegen jeweils über zwei Verbindungsrohre mit einem in einer zweiten Ebene ober- halb angeordneten Vakuumkessel derart verbunden sind, dass das zu beschichtende Band in mehreren senk- rechten Schlingen durch die Vorrichtung hindurchführbar ist,
wobei sowohl die das Band führenden Um- lenkwalzen als auch die eigentlichen Beschichtungsvorrichtungen teils in den Behältern und teils in dem
Vakuumkessel angeordnet sind.
Die Anlagekosten dieser Vorrichtung sind gegenüber konventionellen Anlagen äusserst niedrig. Der
Vakuumraum wird durch diese Anordnung im Verhältnis zu seinem Verwendungszweck sehr klein gehal- ten und es ist durch die senkrechte Rohrverbindung der Flüssigkeitsabflussbehälter mit dem oberen Vaku- umkessel die Einrichtung eines beliebig hohen Vakuums möglich, da die vom Vakuum angesaugte Flüs- sigkeitssäule in diesen Verbindungsrohren beliebig weit hochsteigen kann. Unabhängig von der Höhe des
Vakuums ist daher ein stets kontinuierlicher Banddurchlauf durch die Vorrichtung gegeben.
Die Flüssig- keitsabflussbäder können gleichzeitig als Behandlungsbäder dienen, beispielsweise in der Art, dass der
Flüssigkeitsabschluss an der Bandeinlaufseite der Vorrichtung gleichzeitig die letzte Reinigungsstufe einer
Bandvorbehandlung darstellt, während durch den Flüssigkeitsabschluss an der Bandauslaufseite gleichzeitig eine Nachbehandlung des fertigen Bandes stattfinden kann, z. B. in der Weise, dass das beschichtete Band hier mit einem dünnen Schutzfilm überzogen wird, um eine elektrostatische Aufladung und damit eine
Staubanziehung zu verhindern.
Diese und weitere Einzelheiten des erfindungsgemässen Verfahrens sowie der erfindungsgemässen Vor- richtung werden an Hand eines Ausführungsbeispieles, das in den beigefügten Zeichnungen wiedergege- ben ist, näher erläutert.
Im einzelnen zeigen : Fig. l einevorderansicht der erfindungsgemässen Einrichtung, Fig. 2 eine sche- matische Darstellung einer an sich bekannten Beschichtungsvorrichtung, Fig. 3 einen Schnitt gemäss II- II der Fig. 1 und Fig. 4 einen Schnitt gemäss der Linie III-III der Fig. 2.
Die dargestellte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus vier in einer Ebene nebeneinander aufge- stellten Behältern 1, 2, 3,4, sowie aus einem in einer zweiten Ebene darüber angeordneten Vakuumkessel 5 und sechs senkrecht verlaufenden Verbindungsrohren 6, 7, 8, 9, 10, 11, durch die die unteren Behälter 1, 2,3, 4 mit dem Vakuumkessel 5 verbunden werden. Um einen einwandfreien, d. h. vakuumdichten Anschluss der Verbindungsrohre 6,7, 8, 9, 10, 11 zu gewährleisten, sind an jedem der unteren Behälter 1, 2,3, 4 jeweils zwei nach oben gerichtete Rohrstutzen a und b angebracht, wogegen der obere Vakuumkessel 5 sechs nach unten gerichtete Rohrstutzen c, d, e, f, g und h besitzt.
Die Verbindung der unteren Behälter 1, 2, 3, 4 mit dem oberen Vakuumkessel 5 ist dabei mittels der Verbindungsrohre 6,7, 8, 9, 10, 11 so getroffen. dass das zu beschichtende Band 12 über die innerhalb der Behälter 1, 2,3, 4 angeordneten unteren Umlenkwalzen 13, 14, 15, 16 bzw. über die im Vakuumkessel 5 gelagerten oberen Umlenkwalzen 17, 18, 19 in mehreren senkrechten Schleifen durch die Vorrichtung hindurchgeführt werden kann. Der offene Rohrstutzen la des Behälters 1 dient dabei als Einlauf in die Vorrichtung und der Rohrstutzen 4b des Behälters 4 als Auslauf aus der Vorrichtung. Die Bandeinlaufwalze 20 sowie die Bandauslaufwalze 21 liegen etwa in gleicher Höhe ausserhalb der eigentlichen Vorrichtung.
Alle Teile der Vorrichtung, d. h. die Behälter der Vakuumkessel und die Verbindungsrohre können grundsätzlich von beliebigem Querschnitt, also auch quadratisch oder rechteckig gefertigt werden. Bevorzugt wird eine runde oder zumindest ovale Querschnittsform. Die Erzeugung des Vakuums geschieht durch in den Zeichnungen nicht wiedergegebene Vakuumerzeuger, wie z. B. Pumpen, Dampfstrahler, Kondensatoren od. dgl., die über die Kesselanschlüsse 22 an den oberen Vakuumkessel 5 angeschlossen sind.
Die Behälter 1 und 4 dienen beide als Flüssigkeitsbehälter zur Aufnahme des Flüssigkeitsabschlusses und sind somit gleichzeitig Schleusen für den luftfreien Bandeintritt bzw. Bandaustritt. Das abdichtende Medium ist in beiden Fällen eine wässerige Lösung. Die Lösung im Behälter 1, also an der Bandeinlaufseite, kann noch zur letzten Reinigungsstufe der Bandvorbehandlung gehören. Dagegen kann die Lösung im Behälter 4 eine Speziallösung sein, die beim Durchlaufen des beschichteten Bandes auf der Bandober-
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fläche einen Schutzfilm hinterlässt, durch den eine elektrostatische Aufladung und damit eine Stauban- ziehung verhindert wird.
Während des Betriebes werden in Abhängigkeit von der Höhe des in der Vorrichtung befindlichen Va- kuums die in den Behältern 1 und 4 befindlichen Lösungen in den Vakuumraum, d. h. in die Verbindungs- rohre 6 und 11 hochgezogen. In den Verbindungsrohren 6 und 11 stellt sich somit eine dem Vakuum ent- sprechende Flüssigkeitssäule ein. An den Behältern 1 und 4 sind ferner Überlaufstutzen vorgesehen, durch die die in den Behältern befindlichen Lösungen in einem in der Zeichnung nicht wiedergegebenen tiefer liegenden Sammelbehälter abläuft, um von dort wieder über die zur Luftatmosphäre hin offenen Rohrstut- zen la bzw. 4b in die Behälter zurückgepumpt zu werden.
Das hat den Vorteil, dass der Flüssigkeitsspie- gel in den Behältern 1 und 4immer eine konstante Höhe behält, auch dann, wenn unbeabsichtigte Schwan- kungen im Vakuum eintreten sollten. Ausserdem kann auf diese Weise die Zusammensetzung der Lösung stets kontrolliert und gegebenenfalls ergänzt bzw. erneuert werden.
Die Behälter 2 und 3 dienen als Behandlungsbehälter und stehen unter Vakuum. Sie enthalten neben den unteren Bandumlenkwalzen 14 bzw. 15 die eigentlichen Beschichtungseinrichtungen 25 bzw. 26 zum
Auftragen eines Haftvermittlers bzw. der Kunststoffschicht. Die gleichen Beschichtungseinrichtungen sind ausserdem nochmals im Vakuumkessel 5 vorgesehen, wobei die Beschichtungseinrichtung 27 zum Auftra- gen eines Haftvermittlers und die Beschichtungseinrichtung 28 zum Auftragen der Kunststoffschicht gedacht sind.
Eine Beschichtungseinrichtung (vgl. Fig. 2) besteht jeweils aus einer den flüssigen Kunststoff bzw.
Haftvermittler enthaltenden Wanne 40 einer in die Wanne eintauchenden Tauchwalze 41 und einer mit der Tauchwalze zusammenarbeitenden Auftragswalze 42. Die ganze Einheit einschliesslich ihres Antriebes ist im Vakuumraum gelagert und jeweils im Bereich einer das Band 12 führenden Umlenkwalze 14, 25 bzw. 17, 18 angeordnet, so dass beim Auftragen der Kunststoffschicht die Umlenkwalze jeweils als Gegendruckwalze dient. Um die Auftragsstärke bei der Beschichtung genau einstellen zu können, ist die gesamte Beschichtungseinrichtung zum Band hin, d. h. zum Mittelpunkt der Umlenkwalze verschiebbar. Die den flüssigen Kunststoff enthaltenden Wannen 40 besitzen jeweils einen Überlauf-sowie einen Zulaufanschluss.
Diese Anschlüsse sind mit einem Vorratsbehälter verbunden, der ausser- und unterhalb der Vakuumanlage angeordnet ist. Damit die Beschichtungsstoffe nicht eintrocknen und ihre Viskosität erhalten bleibt, werden sie laufend umgepumpt. Zur Aufrechterhaltung des Vakuums ist es jedoch erforderlich, dass die Anschlussleitungen eine der Vakuumhöhe entsprechende senkrecht nach unten verlaufende U-förmige Schleife bilden, um den durch das Vakuum erzeugten Sog aufzuheben.
Die Behälterböden der Behandlungsbehälter 2 und 3 sind so ausgebildet, dass bei einer Arbeitsweise mit grösserem Vakuum von beispielsweise über 100 Torr das an den kühleren Rohrwandungen der Rohre 7, 8,9 und 10 sind kondensierende und zurücklaufende Lösungsmittel unten aufgefangen werden kann. Durch besondere Ablaufleitungen 29 und 30 wird das Kondensat abgeleitet und der Kondensatspiegel in den Behältern 2 und 3 konstant gehalten. Die Ablaufleitungen 29 und 30 sind ähnlich wie die Anschlussleitungen der Beschichtungseinrichtungen senkrecht nach unten U-förmig ausgebildet, wobei die Länge der U-för- migen Schleife der Vakuumhöhe angepasst sein muss.
Zur einwandfreien Kondensation des verdampften Lösungsmittels können in den Behandlungsbehältern 2 und 3 gegebenenfalls Kühleinrichtungen, beispielsweise Kühlschlangen 31, vorgesehen werden. Ebenso ist aber auch eine Aussenkühlung der Behälter 2, 3 bzw. der Verbindungsrohre 7, 8, 9, 10 möglich.
Die Behandlung bzw. Beschichtung des Bandes 12 erfolgt in den Behandlungsbehältern 2,3 bzw. im Vakuumkessel 5. Die Verbindungsrohre 6 - 11 dienen als Trocknungsraum zum Trocknen und Aushärten des Beschichtungsstoffes, so dass durch die Länge der Verbindungsrohre die Länge der Trocknungsstrecke zu bestimmen ist. Durch Verlängerung der Verbindungsrohre kann also die Länge der Trocknungsstrecke auf relativ einfache Weise verlängert werden, ohne dass die übrigen Bauteile der Vorrichtung ver- ändert zu werden brauchen bzw. nur geringfügige Veränderungen vorgenommen werden müssen. Die mit den Flüssigkeitsbehältern 1 und 4 in Verbindung stehenden Verbindungsrohre 6 und 11 dienen gleichzeitig als Steigrohre für die vom Vakuum angesaugten Flüssigkeitssäulen des Abdichtmediums.
Um die Trocknung bzw. Aushärtung bzw. Polymerisation der frisch aufgetragenen Beschichtung zu beschleunigen und um gleichzeitig die durch Verdampfung der Lösungsmittel abgeführte Wärme zu ersetzen, sind in den Verbindungsrohren Heizeinrichtungen 32 installiert. Da die Wärmezufuhr im Vakuum nur durch Strahlung erfolgen kann, sind vorzugsweise Ultrarotstrahler oder ähnliche Wärmestrahler vorgesehen. Die Heizeinrichtungen befinden sich jeweils nahe der gerade beschichteten Bandoberfläche und sind o eingerichtet, dass eine intensive Bestrahlung der Beschichtungsstoffe möglich ist.
Eine beispielsweise Ausführungsform einer als Wärmestrahler ausgebildeten Heizvorrichtung zeigen
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die Fig. 3 und 4. Die Wärmestrahler 33 sind jeweils zu Gruppen zusammengefasst, wobei eine Strahlergruppe aus mehreren quer zur Banddurchlaufrichtung angeordneten Rohren 34 besteht, die mit dem Verbindungsrohr, beispielsweise dem Rohr 7, vakuumdicht verschweisst sind. Die Wärmestrahlrohre 34 haben innen zu beiden Seiten freien Durchgang, so dass jede beliebige Wärmequelle eingebaut oder angeschlossen werden kann. Zur Verstärkung und Intensivierung der Strahlwirkung sind auf der dem Band 12 abgewandten Seite der Wärmestrahlrohre 34 Reflektoren 35 vorgesehen.
Wenn die Verbindungsrohre 7-10 in ihrer ganzen Länge mit derartigen Strahlrohren 34 versehen sind, lassen sie sich wahlweise für eine Beheizung oder Kühlung benutzen. Auf diese Weise kann die gesamte Vorrichtung weitgehend allen Beschichtungsbedürfnissen angepasst werden.
Der Arbeitsablauf bzw. der Beschichtungsvorgang in der erfindungsgemässen Einrichtung ist folgender : Das zu beschichtende Band 12 wird über die Bandeinlaufwalze 20 durch den offenen Rohrstutzen la in den
EMI4.1
dungsrohr 6 hochgeleitet. Im oberen Teil des Verbindungsrohres 6 ist eine Heizeinrichtung 32 eingebaut, die die durch Adhäsion auf der Bandoberfläche haftengebliebenen Wassertröpfchen verdampft. Beim Um- lenken des Bandes 12 um die obere Umlenkwalze 17 wird durch die Beschichtungseinrichtung 25 einHaft- vermittler auf die eine Bandseite aufgetragen. Beim Weiterlauf des Bandes wird diese Auftragsschicht durch die im Verbindungsrohr 7 befindliche Heizeinrichtung 32 bestrahlt, wobei das Lösungsmittel verdampft und die Schicht selbst austrocknet.
Im Behandlungsbehälter 2 wird alsdann mittels der Beschichtungsein- richtung 26 die andere Bandseite mit einem Haftvermittler versehen, der beimWiederhochlaufen des Ban- des im Verbindungsrohr 8 getrocknet wird. Beim Umlauf des Bandes um die obere Umlenkwalze 18 wird nun die erste Bandseite mit einem Kunststoff beschichtet, der im Weiterlauf durch das Verbindungsrohr 9 unter Zuhilfenahme der dortigen Heizeinrichtung 32 aushärtet bzw. polymerisiert. Im Behandlungsbehäl- ter 3 erfolgt dann beim Umlauf um die Umlenkwalze 15 die Kunststoffbeschichtung der zweiten Bandseite und im anschliessendenVerbil1dungsrohr 10 die Aushärtung oder Polymerisation. Durch die obere Umlenk- walze 19 wird das Band 12 wieder nach unten umgelenkt und taucht im Verbindungsrohr 11 in den Flüssigkeitsabschluss der Flüssigkeitsbehälter 4 ein.
Nach Umlenken des Bandes durch die im Flüssigkeitsbehälter 4 gelagerte untere Umlenkwalze 16 verlässt das Band alsdann durch den offenen Rohrstutzen4b die
Vorrichtung, um über die Bandauslaufwalze 21 abgeführt zu werden.
Unmittelbar vor den die Kunststoffschicht auftragenden Beschichtungsvorrichtungen 27, 28 können wei- tere Wärmestrahleinrichtungen vorgesehen werden, um die jeweilige bereits aufgetragene Haftvermittlerschicht durch Erwärmung geringfügig zu erweichen. Je nach Konsistenz der Beschichtungsstoffe kann hie- . durch eine bessere Haftung der Kunststoffschicht erzielt werden.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum blasenfreien Auftragen von dünnen Kunststoffschichten in flüssigem oder breiigem Zustand in einem stetigen Arbeitsgang aufkontinuierlich durchlaufende endlose Bänder, insbesondere Metallbänder und zum schnellen Aushärten der aufgebrachten Schichten, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff, der mittels eines Lösungsmittels in einen breiigen bis flüssigen Zustand gebracht ist, auf das zu beschichtende Band im Vakuum aufgebracht wird, dass das Lösungsmittel verdampft wird und dass das Aushärten bzw. die Polymerisation der Auftragsschicht im Vakuum oder zumindest in einem unter Unterdruck stehenden Behandlungsraum erfolgt.