DE10106890B4 - Method and arrangement for producing a quasi-endless coated, windable sheet - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines quasi-endlosen beschichteten, wickelfähigen Bleches, insbesondere von Karosserieblech für die Automobilindustrie oder von Gehäuseblech für Haushaltsgeräte, mit den Schritten des Aufbringens eines Beschichtungs-Ausgangsmaterials und des Trocknens bzw. Vernetzens des Beschichtungs-Ausgangsmaterials zu einer festen dünnen Schicht, die jeweils am schnell durchlaufenden Blech ausgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Trocknungs- bzw. Vernetzungsschritt durch Bestrahlung der beschichteten Oberfläche des Bleches mit elektromagnetischer Strahlung hoher Leistungsdichte im Bereich des nahen Infrarot, die ihren wesentlichen Wirkanteil im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 μm und 1,5 μm hat, ausgeführt wird, wobei das Blech mit einer Geschwindigkeit im Bereich zwischen 50 m/min und 200 m/min gefördert wird und die Leistungsdichte der Strahlung auf der Oberfläche des Beschichtungs-Ausgangsmaterials mehr als 500 kW/m2 beträgt.A process for producing a quasi-endless coated, windable sheet, in particular automotive body panel or housing sheet for household appliances, comprising the steps of applying a coating raw material and drying the coating raw material to a solid thin layer each carried out on rapidly passing sheet metal, characterized in that the drying or crosslinking step by irradiation of the coated surface of the sheet with electromagnetic radiation of high power density in the near infrared region, their essential active component in the wavelength range between 0.8 microns and 1, 5 μm, the sheet is conveyed at a speed in the range between 50 m / min and 200 m / min and the power density of the radiation on the surface of the coating raw material is more than 500 kW / m 2 .
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2 sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 13 bzw. 14. The The invention relates to a method according to the preamble of the claim 1 or 2 and a device according to the preamble of the claim 13 and 14 respectively.
Quasi-endlose beschichtete Bleche, insbesondere Stahl- und Aluminiumbleche, werden in riesigen Mengen in der Automobilindustrie und auch zur Herstellung von Haushaltsgeräten (der sogenannten weißen Ware) und des Weiteren auch zur Herstellung von Luft- und Wasserfahrzeugen und von Verkleidungen für das Bauwesen verarbeitet. Bei den Stahlblechen handelt es sich um primär blanke, verzinkte oder auch vernickelte Bleche mit Stärken im Bereich zwischen einigen Zehntel Millimetern und über einem Millimeter. Als Vorbehandlung für eine spätere Lackierung bzw. Kunststoffbeschichtung erhalten derartige Bleche bereits auf der Rolle (dem "Coil") eine Korrosionsschutzbeschichtung und/oder eine Grundierung bzw. einen Primerauftrag.Quasi-endless coated sheets, in particular steel and aluminum sheets are in huge quantities in the automotive industry and also for manufacturing of household appliances (the so-called white Goods) and also for the production of air and water vehicles and of disguises for the construction industry is processed. The steel sheets are primary bright, galvanized or nickel - plated sheets with thicknesses in Range between a few tenths of a millimeter and over a millimeter. As a pretreatment for a later one Paint or plastic coating obtained such sheets already on the roll (the "coil") a corrosion protection coating and / or a primer or a primer order.
Derartige Beschichtungen werden zumeist im flüssigen Zustand, gelegentlich aber auch als Pulverbeschichtung, aufgebracht und müssen nach dem Auftrag in rationeller Weise zu einer festen Beschichtung getrocknet bzw. vernetzt werden. Hierzu werden die Bleche bekanntermaßen induktiv auf eine Temperatur um oder über 250°C erhitzt, wodurch auch die Beschichtung auf über 200°C erwärmt und hierdurch getrocknet bzw. vernetzt wird.such Coatings are mostly in the liquid state, occasionally but also as a powder coating, applied and must after the order dried in a rational manner to a solid coating or networked. For this purpose, the sheets are known to be inductive heated to a temperature around or above 250 ° C, whereby the coating is heated to over 200 ° C and thereby dried or networked.
Dieses Verfahren ist sehr energieaufwendig, denn es wird nicht primär der eigentliche Bearbeitungsgegenstand, nämlich die aufgebrachte Schicht, sondern das Blech selbst erwärmt, welches überhaupt keiner Erwärmung bedarf. Im Gegenteil ist dessen Erwärmung in bestimmten Fällen sogar nachteilig, weil sie bestimmte, in vorhergehenden Schritten mittels sorgfältig aufeinander abgestimmter thermischer Bearbeitungsverfahren eingestellte physikalische Eigenschaften des Bleches wieder verändern kann. Die durch die unnötige Erwärmung des Bleches verlorengehende Energie summiert sich im übrigen angesichts der sehr großen Tonnagen von auf diese Weise getrocknetem beschichteten Blech auf volkswirtschaftlich erhebliche Beträge.This Procedure is very energy consuming, because it is not primarily the actual Machining object, namely the applied layer, but the sheet itself heats up, which at all no warming requirement. On the contrary, its warming is even in certain cases disadvantageous, because it means, in previous steps by means of careful tuned thermal processing method set can change the physical properties of the sheet again. Which by the unnecessary warming By the way, the energy lost from the sheet adds up the very big one Tonnages of dried in this way coated sheet on economic substantial sums.
Ein weiterer wesentlichen Nachteil des bekannten Verfahrens besteht in den hohen Gestehungskosten von induktiven Erwärmungsstrecken. Die erwähnten Nachteile führen insgesamt zu einem heute noch relativ hohen Preis von mit dem sogenannten "Coilcoating" bearbeiteten Blechen, was sich angesichts des zunehmenden Kostendrucks bei den Zulieferern der Automobil- und Konsumgüterindustrie zunehmend nachteilig bemerkbar macht.One Another major disadvantage of the known method in the high production costs of inductive heating sections. The mentioned disadvantages to lead altogether at a still relatively high price of sheet metal processed with the so-called "coil coating", what to do in the face of increasing cost pressure on suppliers the automotive and consumer goods industries makes increasingly disadvantageous noticeable.
Die bekannten Coilcoating-Verfahren liefern mit großem Durchsatz pro Zeiteinheit qualitativ hochwertige Produkte. Es hat sich jedoch gezeigt, daß beim Wiederaufwickeln des beschichteten Blechs mit der verfestigten Beschichtung bestimmte Oberflächendefekte, wie etwa feine Risse und kleine Fehlstellen, auftreten können, die die Gebrauchswerteigenschaften beim späteren Einsatz u. U. gravierend verschlechtern können. Bandabschnitte mit derartigen Fehlstellen können bei der Weiterverarbeitung Produkte mit verschlechterter Qualität ergeben, die u. U. sogar als Ausschuß verworfen werden müssen.The known Coilcoating process provide high throughput per unit time high quality products. However, it has been shown that when rewinding of the coated sheet with the solidified coating Surface defects, such as fine cracks and small imperfections that may occur the utility value properties during later use u. U. seriously deteriorate can. Band sections with such imperfections can be used in finishing products with deteriorated quality result, the u. U. even as a committee must be discarded.
Auf anderen Gebieten der Technik – beispielsweise in der Halbleitertechnologie – hat sich zur Ausheilung von Oberflächendefekten empfindlicher Beschichtungen die Bestrahlung mit Blitzlampen zur Erzeugung eines kurzzeitigen Energieeintrages in die Oberfläche bewährt. Durch diesen Energieeintrag werden kleine Fehlstellen bzw. Risse in einer Oberflächenschicht oder Beschichtung des Trägers gewissermaßen "zugeschmolzen". Dieses Verfahren ist jedoch bei beschichteten Blechen für die Großserienproduktion von Kraftfahrzeugen oder Haushaltsgeräten bei weitem nicht produktiv genug.On other areas of technology - for example in semiconductor technology - has to heal surface defects sensitive coatings irradiation with flash lamps to produce proven a short-term energy input into the surface. By this energy input will be small imperfections or cracks in one surface layer or coating of the carrier in a sense "melted down". This method However, it is in coated sheets for mass production of motor vehicles or household appliances far from productive enough.
Ein
den Gegenstand der vorliegenden Anmeldung tangierendes Verfahren
und eine entsprechende Vorrichtung sind aus der älteren Anmeldung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe der Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens sowie einer verbesserten Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zugrunde, welche sich insbesondere durch eine verbesserte Energieökonomie sowie relativ niedrige Gestehungskosten auszeichnen.Of the The invention therefore has the object of providing an improved Method and an improved device of the generic type underlying, in particular, by an improved energy economy and relatively low production costs.
Desweiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Reparatur von Oberflächendefekten auf Coilcoating-Material sowie eine entsprechende Vorrichtung bereitzustellen.Furthermore It is an object of the invention, a simple and inexpensive Method of repairing surface defects on coil coating material and to provide a corresponding device.
Diese – miteinander eng verknüpften – Aufgaben werden hinsichtlich ihres Verfahrensaspektes durch ein Verfahren mit den Merk malen des Anspruchs 1 bzw. 2 sowie hinsichtlich ihres Vorrichtungsaspektes durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 bzw. 14 gelöst.These - together closely linked - tasks be in terms of their procedural aspect by a process with the features of claim 1 or 2 and in terms of their Device aspect by a device with the features of Claim 13 or 14 solved.
Ein besonders wichtiger Anwendungsfall des vorgeschlagenen Verfahrens ist (in der ersten Ausprägung des Erfindungsgedankens) die Trocknung bzw. Vernetzung eines Korrosionsschutzmittels oder einer Grundierung bzw. eines Primers auf der Oberfläche eines blanken, verzinkten oder vernickelten Stahlblechs, insbesondere für die Automobil- oder Haushaltsgeräteproduktion bzw. (in der zweiten Ausprägung des Erfindungsgedankens) die Aushei lung einer bereits getrockneten bzw. vernetzten Rostschutz- bzw. Grundierungsschicht mit kleinen bis mikroskopischen Defekten.One particularly important application of the proposed method is (in the first degree of the inventive concept) the drying or crosslinking of a corrosion inhibitor or a primer or primer on the surface of a bright, galvanized or nickel-plated steel sheet, in particular for the Automotive or household appliance production or (in the second form of the inventive concept) the Aushei ment of an already dried or crosslinked rust protection or Primer layer with small to microscopic defects.
In einer weiteren wichtigen Anwendung handelt es sich bei der Beschichtung (im Ausgangszustand) um eine Pulver- oder Flüssiglackschicht, die zu einer Zwischen- oder Endlackierung getrocknet bzw. vernetzt wird. Falls es sich um eine Zwischenlackierung handelt, sind auch in diesem Anwendungsgebiet das vorgeschlagene Verfahren und die vorgeschlagene Vorrichtung zur Ausheilung zweckmäßig einsetzbar. Je nach konkreter Anwendung variiert die Dicke der Beschichtung insbesondere zwischen etwa 1 μm und 100 μm, speziell zwischen 2 μm und 20 μm.In Another important application is the coating (in the initial state) to a powder or liquid paint layer, which leads to a Intermediate or final coating is dried or crosslinked. If it is an intermediate coating, are also in this Field of application, the proposed method and the proposed Device for healing useful. Depending on the specific Application varies the thickness of the coating in particular between about 1 μm and 100 μm, especially between 2 μm and 20 μm.
Das Blech wird typischerweise mit einer Geschwindigkeit im Bereich zwischen 50 und 200 m/min, insbesondere zwischen 75 und 150 m/min, durch die Trocknungsvorrichtung gefördert. Zur Erreichung von vorteilhaft kurzen Bestrahlungszeiten unterhalb von 10 s, insbesondere unterhalb von 5 s, ist dann eine Bestrahlungseinrichtung mit 2 bis 5 Metern Länge und mehr als einem Megawatt, bevorzugt 2 bis 5 MW, Leistungsaufnahme einzusetzen, die auf der Oberfläche der zu trocknenden bzw. vernetzenden Beschichtung eine Strahlungsleistungsdichte von mehr als 500 kW/m2, insbesondere mehr als 750 kW/m2, erzeugt.The sheet is typically conveyed through the drying apparatus at a speed in the range between 50 and 200 m / min, in particular between 75 and 150 m / min. In order to achieve advantageously short irradiation times of less than 10 s, in particular less than 5 s, an irradiation device with a length of 2 to 5 meters and more than one megawatt, preferably 2 to 5 MW, is then to be used to record power consumption on the surface of the surface to be dried crosslinking coating a radiation power density of more than 500 kW / m 2 , in particular more than 750 kW / m 2 , produced.
Während diese Werte für die Primärtrocknung bzw. -vernetzung einer als Flüssigkeit oder in Pulverform aufgebrachten Schicht anzusetzen sind, wo in der Beschichtung typischerweise etwa 200°C zu erzielen sind, reichen für einen Ausheilvorgang im Bereich zwischen 50 und 150°C, insbesondere zwischen 60 und 80°C, Leistungsdichten oberhalb von 200 kW/m2, insbesondere im Bereich zwischen 300 und 600 kW/m2, normalerweise aus.While these values are to be used for the primary drying or crosslinking of a layer applied as liquid or in powder form, where the coating can typically achieve about 200 ° C., an annealing process in the range between 50 and 150 ° C., in particular between 60 and 80 ° C, power densities above 200 kW / m 2 , in particular in the range between 300 and 600 kW / m 2 , normally off.
Insbesondere für den Einsatz mit Pulverbeschichtungen kommt das Verfahren bevorzugt ohne eine aktive Gasstromzuführung zur Ab fuhr von verdampfenden Beschichtungskomponenten aus; hierzu wird im wesentlichen die Konvektion über der erhitzten Beschichtung ausgenutzt. Bei der Trocknung von flüssigen Systemen kann allerdings durchaus ein die Oberfläche überstreichender Gasstrom, insbesondere ein durch ein geeignetes Gebläse erzeugter Luftstrom, genutzt werden.Especially for the Use with powder coatings, the process is preferred without a active gas flow supply For starting from evaporating coating components; For this is essentially the convection over the heated coating exploited. In the drying of liquid systems, however, can quite a surface sweeping Gas stream, in particular a stream of air generated by a suitable blower, be used.
Zur Qualitätskontrolle bei der Verfahrensdurchführung wird bevorzugt mindestens eine prozeßrelevante physikalische Größe des Beschichtungssystems, insbesondere dessen Temperatur und gegebenenfalls auch optische Eigenschaften, gemessen und zur Prozeßsteuerung ausgewertet.to quality control in the process implementation is preferably at least one process-relevant physical size of the coating system, in particular its temperature and optionally also optical Properties, measured and evaluated for process control.
Vorteile
und Zweckmäßigkeiten
der Erfindung ergeben sich im übrigen
aus den Unteransprüchen
sowie der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
anhand der einzigen Figur. Diese zeigt skizzenartig eine Coilcoating-Vorrichtung
Durch
den Sprühbeschichter
Die
NIR-Trocknungsstrecke
Durch
geeignete Steuerung des Antriebes
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel und die oben hervorgehobenen Aspekte beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen. So kann eine Beschichtung der oben erwähnten Art anstelle eines Sprühbeschichters auch mit einem Walzen- oder Bürstenbeschichter aufgebracht werden. Weiterhin kann die Art der eingesetzten NIR-Strahlungsquelle sowie des Reflektors von der im Beispiel angegebenen Ausführung abweichen, und eine geregelte Prozeßführung ist nicht in jedem Fall erforderlich.The execution The invention is not limited to this example and those highlighted above Limited aspects, but equally possible in a variety of modifications, the in the context of professional action lie. Thus, a coating of the type mentioned above instead of a spray coater also with a roller or brush coater be applied. Furthermore, the type of NIR radiation source used and the reflector differ from the example given in the example, and a regulated process is not required in every case.
- 11
- Coilcoating-VorrichtungCoil coating apparatus
- 33
- Stahlblechsheet steel
- 55
- Coilcoil
- 77
- Antriebdrive
- 99
- Sprühbeschichterspray coater
- 1111
- NIR-TrocknungsstreckeNIR drying section
- 1313
- Korrosionsschutz- oder Grundierungsschichtanticorrosive or primer layer
- 13'13 '
- Ausgangsstoff (wäßrige Lösung)starting material (aqueous solution)
- 1515
- Al-ReflektorAl-reflector
- 1717
- KühlwasserleitungCooling water pipe
- 1919
- Halogen-GlühfadenlampeHalogen incandescent lamp
- 2121
- BestrahlungssteuereinheitIrradiation control unit
- 2323
- PyrometerelementPyrometerelement
- AA
- Bestrahlungszoneirradiation zone
- BB
- T-ErfassungszoneT-sensing zone
Claims (20)
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DE2001106890 DE10106890B4 (en) | 2001-02-14 | 2001-02-14 | Method and arrangement for producing a quasi-endless coated, windable sheet |
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- 2001-02-14 DE DE2001106890 patent/DE10106890B4/en not_active Expired - Fee Related
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