CH713747B1

CH713747B1 - Method for simulating a heating phase with a heat source in drying systems.

Info

Publication number: CH713747B1
Application number: CH00573/17A
Authority: CH
Inventors: Umbricht Ruedi
Original assignee: Can Man Ag
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2021-12-30
Also published as: CH713747A2

Abstract

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Simulation einer Heizphase mit einer Wärmequelle in Trocknungsanlagen und Trocknungsöfen ermöglicht es, durch stationär durchgeführte Versuchsreihen die Produktionsparameter beim Trocknen von Nass- und Pulverlacken in den Dosen-Schweissanlagen nachgelagerten Induktionsheizungen tabellarisch zu erfassen, um bei einem Produktewechsel der Lackrezeptur sowie der Schweissgeschwindigkeit für die Zargen die Parameter des Ofens einstellen zu können. Zur Bestimmung der Parameter bezüglich des Temperaturverlaufs auf der Weg-Zeit-Achse wird eine Induktionsspule (11) als Wärmequelle während einer Zeitspanne t1 eingeschaltet, wobei sich die Temperatur des in unmittelbarer Nähe angeordneten Körpers, der entlang einer Schweissnaht mit einer Lackschicht aus Flüssig- oder aus Pulverlack beschichtet ist, auf T1 erhöht wird. Anschliessend fällt durch Ausschalten der Induktionsspule die Temperatur des Körpers bis zum Zeitpunkt t2 auf T2. Danach wird der Zustand der Trocknung des Nasslacks bzw. der Vernetzung des Pulvers analysiert.The inventive method for simulating a heating phase with a heat source in drying systems and drying ovens makes it possible to use stationary test series to record the production parameters when drying wet and powder paints in the induction heaters downstream of the can welding systems in tabular form in order to determine the paint recipe and the welding speed when changing products to be able to set the parameters of the stove for the frames. To determine the parameters relating to the temperature curve on the displacement-time axis, an induction coil (11) is switched on as a heat source for a period of time t1, whereby the temperature of the body in the immediate vicinity, which is coated with a layer of paint made of liquid or paint along a weld seam, increases coated with powder paint is increased to T1. Then, by switching off the induction coil, the temperature of the body falls to T2 by time t2. Then the state of drying of the wet paint or the cross-linking of the powder is analyzed.

Description

[0001] Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Simulation von einer Heizphase mit einer Wärmequelle in Trocknungsanlagen gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a method for simulating a heating phase with a heat source in drying systems according to the preamble of patent claim 1.

[0002] Nach der Herstellung von Dosenzargen durch rohrförmiges Verschweissen von Blechzuschnitten auf einer Längsnaht-Schweissmaschine muss die Schweissnaht insbesondere auf der Zargeninnenseite gegen Korrosion geschützt werden, um die Kontamination und/oder Verfärbungen von Füllgütern zu vermeiden. Das Schweissen der sich überlappenden Kanten der Blechzuschnitte kann mit einer Widerstandsschweissmaschine zwischen zwei Elektroden-Rollen erfolgen oder durch eine Laserschweissung. Bei der Herstellung von solchen Dosenzargen folgt nach dem Schweissen eine Dose der andern in geringem gegenseitigem Abstand und mit einer Fördergeschwindigkeit von bis zu 100 Metern pro Minute. Die Beschichtung der innenliegenden Dosennaht erfolgt unmittelbar nach dem Schweissen durch Nass- oder Pulverlack, welcher z.B. innen über einen in die fertig geschweisste Dose hineinragenden Arm aufgetragen wird. After the production of can bodies by tubular welding of sheet metal blanks on a longitudinal seam welding machine, the weld seam must be protected against corrosion, especially on the inside of the body, in order to avoid contamination and/or discoloration of the contents. The welding of the overlapping edges of the sheet metal blanks can be done with a resistance welding machine between two electrode rollers or by laser welding. In the production of such can bodies, after welding, one can follows the other at a small mutual distance and at a conveying speed of up to 100 meters per minute. The inside seam of the can is coated immediately after welding with wet or powder paint, which is applied e.g. on the inside via an arm protruding into the finished welded can.

[0003] Das Trocknen von Nasslack bzw. das Vernetzen von Pulverlack, wird durch Zuführen von Wärme von der Aussenseite der Dose her erreicht. Als Wärmequelle kann ein Infrarot-Elektro- oder Gasofen eingesetzt werden, der sich in Abhängigkeit der Schweiss- bzw. Auftragsgeschwindigkeit über einebestimmte Länge, z.B. 5m, 10m bis 30m erstreckt, auf welcher Strecke die Dosen durch geeignete Transportmittel getragen werden. In neuerer Zeit treten oft an die Stelle von herkömmlichen Heizquellen Induktionsspulen, mit welchen gezielt der Nahtbereich der aus Stahl bestehenden Dosenzargen beim Vorbeiführen erhitzt wird. The drying of wet paint or the cross-linking of powder paint is achieved by supplying heat from the outside of the can. An infrared electric or gas furnace can be used as a heat source, which extends over a certain length, e.g. 5 m, 10 m to 30 m, depending on the welding or application speed, over which distance the cans are carried by suitable transport means. Recently, conventional heating sources have often been replaced by induction coils, with which the seam area of the steel can body is heated as it is passed.

[0004] Um ein optimales Ergebnis beim Trocknen von Nasslack bzw. beim Vernetzen von Pulverlack zu erreichen, müssen an die Auftragsmenge und Rezeptur des Nasslacks bzw. des Pulverlacks angepasste Temperaturen und die Dauer der Wärmebehandlung eingestellt werden. Die Überwachung des Temperaturverlaufs auf der Naht entlang der Heizstrecke, das heisst im Nasslack oder im Pulver, ist sehr schwierig, da im Innern der Dosenzargen keine entsprechenden Sensoren eingesetzt werden können, insbesondere wenn die Trocknung bzw. Vernetzung durch Induktionsspulen erfolgt, welche die Messwerte von solchen Sensoren stören. Im Weiteren ist es kaum möglich, von aussen zwischen den sich folgenden Dosenzargen hindurch, solche Messwerte zu erfassen. Auf modernen Dosenproduktionslinien folgen sich die Dosen in Abständen von weniger als einer Zehntelsekunde und die gegenseitigen Abstände der einzelnen Dosenzargen liegen im Bereich von wenigen Millimetern. In order to achieve an optimal result when drying wet paint or when crosslinking powder paint, temperatures and the duration of the heat treatment must be adjusted to the application quantity and recipe of the wet paint or powder paint. Monitoring the temperature profile on the seam along the heating section, i.e. in the wet paint or in the powder, is very difficult because no corresponding sensors can be used inside the can bodies, especially if drying or crosslinking is carried out by induction coils, which take the measured values from interfere with such sensors. Furthermore, it is hardly possible to record such measured values from the outside between the following can bodies. On modern can production lines, the cans follow each other at intervals of less than a tenth of a second and the mutual distances between the individual can bodies are in the range of a few millimeters.

[0005] Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem ein optimaler Temperaturverlauf während der Verweilzeit im Trocknungsofen ermöglicht wird. An object of the present invention is to create a method with which an optimal temperature profile is made possible during the residence time in the drying oven.

[0006] Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäss den Merkmalen des Patentanspruchs 1. [0006] This object is achieved by a method according to the features of patent claim 1.

[0007] Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es, das Trocknen von Nasslacken bzw. Vernetzen von Pulverlacken auf der Naht von rohrförmigen Dosenzargen auch stationär und in Abhängigkeit der Rezeptur des Lacks sowie dessen Auftragsmenge pro mm<2>, der Transportgeschwindigkeit der Zarge im Trocknungsofen und weiterer z.B. atmosphärischer Parameter zu simulieren. Es können auch die jeweiligen Heiz- und Abkühlphasen an die Rezeptur der Lacke angepasst werden. Anhand von z.B. tabellarisch gesammelten Messwerten kann die Schweissmaschine bzw. die an die Schweissmaschine angedockte Trocknungsanlage bei einem Produktewechsel neu eingestellt und angepasst werden. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren wird verhindert, dass zum Beispiel Nasslack zu schnell erhitzt wird, wodurch Blasen und dadurch Poren in der Lackschicht entstehen. Bei Pulverlacken kann durch entsprechende zeitliche und temperaturmässige Veränderung der Intensität der Induktionsspulen eine optimale Vernetzung ohne Gefahr einer Verhärtung oder mangelnden Aushärtung der Lackschicht erlangt werden. The method according to the invention makes it possible to dry wet paints or crosslink powder paints on the seam of tubular can bodies also in a stationary manner and depending on the formulation of the paint and its application quantity per mm 2 , the transport speed of the body in the drying oven and others eg to simulate atmospheric parameters. The respective heating and cooling phases can also be adapted to the formulation of the paint. Based on measured values collected in a table, for example, the welding machine or the drying system docked to the welding machine can be reset and adjusted when changing products. The method according to the invention prevents, for example, wet paint from being heated too quickly, as a result of which bubbles and thus pores form in the paint layer. In the case of powder coatings, by changing the intensity of the induction coils in terms of time and temperature, optimal crosslinking can be achieved without the risk of hardening or insufficient hardening of the coating layer.

[0008] Anhand eines illustrierten Ausführungsbeispiels werden das Verfahren und die Vorrichtung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung einer Zargen-Schweiss-, einer Nahtbeschichtungs- und Trocknungsanlage, Figur 2 einen Querschnitt längs Linie A-A in Fig. 1, Figur 3 eine schematische Darstellung der Anordnung von Dosenzarge, Induktionsspule und einen Temperatursensor und Figur 4 einen schematischen Verlauf der Temperatur während des Durchlaufs einer Dosenzarge durch eine Nahtbeschichtungsanlage.Using an illustrated embodiment, the method and the device are explained in more detail. 1 shows a schematic representation of a body welding, seam coating and drying system, FIG. 2 shows a cross section along line AA in FIG. 1, FIG. 3 shows a schematic representation of the arrangement of can body, induction coil and a temperature sensor and Schematic diagram of the temperature as a can body passes through a seam coating system.

[0009] In der schematischen Darstellung einer Dosenzargen-Schweissanlage ist mit Bezugszeichen 1 eine Schweissmaschine dargestellt, in welcher aus einem rechteckigen Blechzuschnitt zu einem rohrförmigen Körper gerundete Zargen erzeugt und zwischen zwei Elektroden-Rollen geschweisst und durch die beiden Schweiss-Elektroden-Rollen 3, 5 in x-Richtung transportiert werden. Unmittelbar nach dem Längsnahtschweissen wird die Zarge 7 bzw. deren im Beispiel obenliegende Schweissnaht auf der Innen- und teilweise auf der Aussenseite in einer Beschichtungsanlage 10 mit Pulver- und/oder Nasslack beschichtet. Nach der Beschichtung der Längsnaht in der Zarge 7 erfolgt der axiale Transport in x-Richtung, beispielsweise durch Transportbänder 9 unterhalb einer Heizung, zum Beispiel einer Induktionsheizung 11 (vgl. auch Fig. 2). Durch die Wärmezufuhr bzw. durch die induktive Erwärmung des Bereichs 13 der Naht der Zarge 7 wird der aufgetragene Lack erwärmt und dadurch getrocknet bzw. vernetzt. Je nach Rezeptur des Nasslacks oder des Pulverlacks benötigt das Erhärten des Lacks eine höhere oder weniger hohe Temperatur und/oder längere oder kürzere Verweilzeit im Ofenbereich. Die optimale Anpassung der Temperatur T kann durch entsprechende Einstellung der Heizmittel (Brenner oder Intensität der Induktionsspule) eingestellt und verstellt werden. Die Verweilzeit t wird bestimmt durch die Transportgeschwindigkeit der Zargen 7 durch den Ofen 15. Diese Variable kann nicht verstellt werden, da sie von der Leistung der Schweissmaschine abhängig ist. Wird eine lange Verweilzeit benötigt, so muss der Ofen 15 eine entsprechend grosse Länge aufweisen. Bei hoher Transportgeschwindigkeit müssen dadurch Öfen von 10, 15 oder mehr Metern bereitgestellt werden, was eine entsprechende teure Infrastruktur bedingt. In the schematic representation of a can body welding system, a welding machine is shown with reference numeral 1, in which rounded bodies are produced from a rectangular sheet metal blank to form a tubular body and welded between two electrode rollers and welded by the two welding electrode rollers 3, 5 are transported in the x-direction. Immediately after the longitudinal seam welding, the frame 7 or, in the example, its top weld seam, is coated on the inside and partially on the outside in a coating system 10 with powder and/or wet paint. After the longitudinal seam in the frame 7 has been coated, it is transported axially in the x-direction, for example by conveyor belts 9 below a heater, for example an induction heater 11 (cf. also FIG. 2). The application of paint is heated by the supply of heat or by the inductive heating of the region 13 of the seam of the frame 7 and is thereby dried or crosslinked. Depending on the formulation of the wet paint or the powder paint, hardening of the paint requires a higher or lower temperature and/or longer or shorter dwell time in the oven area. The optimal adaptation of the temperature T can be set and adjusted by appropriately setting the heating means (burner or intensity of the induction coil). The dwell time t is determined by the transport speed of the frames 7 through the furnace 15. This variable cannot be adjusted since it depends on the performance of the welding machine. If a long dwell time is required, the furnace 15 must have a correspondingly large length. At high transport speeds, this means that ovens of 10, 15 or more meters must be provided, which requires a correspondingly expensive infrastructure.

[0010] Wie einleitend erklärt, kann eine Verkürzung der Verweilzeit durch Erhöhung der Temperatur T nicht in jedem Fall zum Ziel führen, da zu hohe Temperaturen T bei Nasslack Blasen und bei Pulverlack Verbrennungen bewirken können. As explained in the introduction, shortening the residence time by increasing the temperature T may not always lead to the desired result, since temperatures T that are too high can cause blisters in wet paint and burns in powder paint.

[0011] Erfindungsgemäss wird nun ein Verfahren vorgeschlagen, mit dem die jeweils optimale Trocknung bzw. Vernetzung an einer stationären Anlage oder bei temporär stillgelegter Zargenproduktion direkt an der Schweissanlage simuliert wird. According to the invention, a method is now proposed with which the respective optimal drying or crosslinking is simulated on a stationary system or in the case of temporarily shut down frame production directly on the welding system.

Erstes AusführungsbeispielFirst embodiment

[0012] Eine in der Schweissmaschine 1 geschweisste Zarge 7 wird unterhalb einem Induktionsheizelement 11 in einem Abstand a zu diesem angeordnet. Der Abstand a entspricht dem Abstand, wie er in der Produktion vorliegt. Ein Temperatursensor 17 ist beabstandet zum Induktionselement 11 und seitlich beabstandet zur Zarge 7 angeordnet in einem Abstand, in welchem das Induktionselement 11 die Elektronik des Sensors 17 nicht mehr beeinflussen kann. Während einer Zeitspanne t1wird das Induktionselement eingeschaltet und erhöht die Temperatur der Zarge auf T1. Anschliessend fällt durch Ausschalten des Induktionselements bis zum Zeitpunkt t2die Temperatur der Zarge auf T2. Sowohl die Temperatur T1, als auch die Zeitdauer t1sind Annahmen, die aus bisherigen Trocknungsanlagen bekannt sind. Anschliessend kann die Zarge 7 der Prüfvorrichtung oder Simulationsvorrichtung entnommen werden und der Zustand der Trocknung des Nasslacks bzw. der Vernetzung des Pulvers analysiert werden. Ist die Trocknung bzw. Vernetzung der Nahtbeschichtung noch nicht optimal, wird der Vorgang mit einer neuen noch nicht wärmebehandelten Zarge 1 wiederholt, wobei entweder die Verweilzeit t verlängert oder die Temperatur T erhöht wird. Danach erfolgt die Prüfung der Beschichtung des Nahtbereichs. A frame 7 welded in the welding machine 1 is arranged below an induction heating element 11 at a distance a therefrom. The distance a corresponds to the distance as it is in production. A temperature sensor 17 is arranged at a distance from the induction element 11 and at a lateral distance from the frame 7 at a distance at which the induction element 11 can no longer influence the electronics of the sensor 17 . During a period of time t1, the induction element is switched on and increases the temperature of the body to T1. The temperature of the frame then drops to T2 by switching off the induction element by time t2. Both the temperature T1 and the time t1 are assumptions that are known from previous drying systems. The frame 7 can then be removed from the test device or simulation device and the state of drying of the wet paint or of the crosslinking of the powder can be analyzed. If the drying or crosslinking of the seam coating is not yet optimal, the process is repeated with a new frame 1 that has not yet been heat-treated, with either the residence time t being extended or the temperature T being increased. The coating of the seam area is then checked.

Zweites AusführungsbeispielSecond embodiment

[0013] Alternativ werden an die erste Erwärmung und Abkühlung eine oder mehrere Erhitzungs- und Abkühlphasen angeschlossen und entsprechend die Prüfung des Vernetzungsprozesses vorgenommen. Auch bei diesem Beispiel können die Temperaturen (T1... Tx) und die Verweildauern (t1... tx) in weiteren Versuchen untersucht werden. Alternatively, one or more heating and cooling phases are connected to the first heating and cooling and the crosslinking process is tested accordingly. In this example, too, the temperatures (T1... Tx) and the residence times (t1... tx) can be examined in further experiments.

[0014] Die erhaltenen Resultate der einzelnen Versuche werden protokolliert und miteinander verglichen. Die sich daraus ergebenden Verweilzeiten während den Erhitzungsphasen und den Abkühlphasen können entsprechenden Schweissgeschwindigkeiten, mit welchen die Schweissmaschine 1 arbeitet, zugeordnet werden. Eine Schweissmaschine mit hoher Kadenz, beispielsweise 70 oder mehr Metern pro Minute, benötigt eine höhere Leistung und/oder Anzahl der Induktionselemente 11, um pro Wegstrecke gleiche Temperaturerhöhung im Nahtbereich 13 zu erlangen. The results obtained from the individual tests are recorded and compared with one another. The resulting dwell times during the heating phases and the cooling phases can be assigned to corresponding welding speeds at which the welding machine 1 works. A welding machine with a high cadence, for example 70 or more meters per minute, requires a higher output and/or number of induction elements 11 in order to achieve the same temperature increase in the seam area 13 per distance.

[0015] Würde die Temperatur auf Txerhöht, so besteht im Bereich A die Gefahr von Blasenbildung oder Versprödung der Nahtabdeckung. If the temperature were increased to Tx, there is a risk of blistering or embrittlement of the seam cover in area A.

[0016] Wie werden die Resultate auf einen Ofen 15 in der Praxis übertragen? How are the results transferred to an oven 15 in practice?

[0017] Bekannt ist die Transportgeschwindigkeit der Zargen 7 durch den Ofen 15. Daraus kann anhand der tabellarischen Aufzeichnungen der Versuche entweder die Auslegung der Induktionselemente bestimmt werden oder die Länge des Ofens, d.h. die Verweilzeit der Dosen innerhalb des Ofens, in welchem eine Mehrzahl von Induktionselementen 11 hintereinander angeordnet sind. Known is the transport speed of the frames 7 through the furnace 15. From this, either the design of the induction elements can be determined using the tabular records of the experiments or the length of the furnace, ie the residence time of the cans inside the furnace, in which a plurality of Induction elements 11 are arranged one behind the other.

[0018] Als weiterer Parameter bei der Einstellung des Ofens 15 bei einem Wechsel der Rezeptur des Lacks, um diese Unterschiede einfliessen lassen zu können, müssen die Versuche, wie oben erwähnt, mit verschiedenen Lackrezepturen und Auftragsmengen durchgeführt und entsprechende Tabellen erstellt werden. As a further parameter in the setting of the oven 15 when changing the formulation of the paint, in order to incorporate these differences, the experiments, as mentioned above, must be carried out with different paint formulations and application quantities and corresponding tables are created.

[0019] In vielen Fällen dürfte dies nicht von Anfang an möglich sein, da stets durch die Lackhersteller neue Rezepturen eingeführt und verkauft werden, deren Verhalten jeweils vor der Aufnahme der Produktion durch Versuchsreihen tabellarisch erfasst werden müssen. In many cases, this may not be possible from the start, since new formulations are constantly being introduced and sold by the paint manufacturer, the behavior of which must be recorded in tabular form by means of test series in each case before the start of production.

Claims

1. Method for simulating a heating phase with a heat source in drying systems and drying ovens for tubular bodies guided through the drying system in order to determine a temperature profile that is optimal for drying or crosslinking a coating of a weld seam on the tubular body with necessary drying or melting parameters, such as temperature and duration of the Heat treatment, along the path-time axis within the drying system, characterized in that the parameters relating to the temperature curve on the path-time axis are determined on a tubular body that is stationary in relation to a heat source or, if the production of the tubular body is temporarily shut down, in a drying system suitable for production, and an induction coil (11) is switched on as a heat source during a period of time t1 , whereby the temperature of the body in the immediate vicinity, which is coated with a layer of liquid or powder paint along a weld seam, increases to T1, and then by switching off the induction coil (11) the temperature of the body falls to T2 by time t2 and then the state of drying of the wet paint or cross-linking of the powder is analyzed.

2. The method according to claim 1, characterized in that at least one further heating and cooling with adjustable temperature and adjustable duration is connected to a first heating and cooling.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the temperature of the body is measured and/or recorded on the coated part of the body by a sensor (17) arranged at a distance from the body.