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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Pulverbeschichten eines Metallbandes.
Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Pulverbeschichten
eines Metallbandes.
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Derartige
Verfahren und Vorrichtungen, insbesondere zur Pulverlackbeschichtung
von Metallbändern,
sind im Stand der Technik bekannt. In Anlehnung an die Stückgutbeschichtung
erfolgt die Beschichtung von kontinuierlich laufenden Metallbändern mit
Pulverlackschichten meist über
Gruppen von Sprühpistolen,
die über
der Bandoberfläche
angeordnet sind. Die vorbekannten Systeme sind aufgrund ihrer Bauweise
und der physikalischen Randbedingungen in ihrer Leistungsfähigkeit
begrenzt. Mit den vorbekannten Systemen können Bandgeschwindigkeiten
von maximal 25 m/min erreicht werden. Die Qualität der applizierten Schichten
ist hinsichtlich der Schichtdickenverteilung und der Erstauftragsrate
eingeschränkt.
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Die
Beschichtung eines Metallbandes mit Pulver wird beispielsweise in
der
DE 198 01 620
C1 beschrieben. Dort wird eine Vorrichtung zum elektrostatischen
beidseitigen Beschichten von als Bandblech ausgeführten Werkstücken mit
Pulverlack beschrieben, wobei düsenförmige Pulverbeschichtungsmittel
eingesetzt werden.
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Aus
der WO 02/078854 A1 ist ein System zur kontinuierlichen Beschichtung
von Metallband über eine
Flachstrahldüse
bekannt. Die Öffnung
der dort eingesetzten Schlitzdüse
entspricht der Breite des zu beschichtenden Metallbands. Der Pulverlack
wird vor dem Eintritt in die Flachstrahldüse in einer separaten Kammer
fluidisiert, um eine homogene Verteilung des austretenden Pulverlackstrahls
zu erreichen.
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Typisch
für die
vorbekannten Verfahren ist, dass die Aufbringung des Pulverlacks
das Venturi-Prinzip nutzt. Dieses Prinzip erfordert eine spezielle
Geometrie der Ausbringdüse
für das
Pulver. Die geometrische Ausbildung der Düse erlaubt es, mit Hilfe des
Transportluftstromes Pulverpartikel aus einem Vorratsbehälter- bei
der WO 02/078854 A1 ist hier eine mit der Düse in fluidischer Verbindung
stehende Kammer vorgesehen – anzusaugen
und durch die Düse
auf das Metallband zu transportieren. Vor der Ausbringung des Pulvers
auf das Metallband werden die Pulverpartikel in einem elektrischen
Feld elektrostatisch aufgeladen, um eine ausreichende Haftung auf
der Metalloberfläche
zu gewährleisten.
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Nachteilig
ist bei den vorbekannten Lösungen,
dass die auf dem Venturi-Prinzip basierenden Verfahren keine individuelle
Anpassung des Verhältnisses
von Transportluftstrom und applizierter Pulvermenge zulassen. Vielmehr
ergibt sich durch die Größe des Transportluftstromes
auch der entsprechende auf das Metallband aufgebrachte Pulvermengenstrom.
Die damit einher gehenden Einschränkungen des Prozessfensters
erschwert die Erzeugung einer homogenen Pulverlackschicht unter
sich ändernden
Prozessbedingungen.
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Daher
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diesbezüglich Abhilfe
zu schaffen und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen
von Pulver auf ein Metallband zu schaffen, mit dem bzw. mit der
es möglich
wird, die aufzubringende Schichtdicke des Pulvers unabhängig vom
Luftstrom durch die Applikationsdüse einstellbar und variierbar
zu machen. Dadurch soll erreicht werden, dass unab hängig von
den Einschränkungen
des Venturi-Prinzips beliebige Kombinationen zwischen einem Transportluftstrom
zur Pulverzuführung
und dem Applikationsluftstrom der Düse zur Pulverauftragung möglich sind.
Das Produktionsspektrum des Verfahrens und der Vorrichtung sollen
damit vergrößert werden.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass
das auf das Metallband aufzubringende Pulver in einem Pulverdosiersystem
gemäß einer
gewünschten
Auftragsmenge Pulver pro Zeit dosiert wird und dass das von dem
Pulverdosiersystem dosierte Pulver zu einem Luftdüsensystem
gefördert
und von diesem auf das Metallband aufgebracht wird, wobei der zur
Auftragung des Pulvers durch das Luftdüsensystem durchgeleitete Luftstrom
unabhängig
von der Auftragsmenge des Pulvers pro Zeit gewählt bzw. eingestellt wird.
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Die
Dosierung der aufzubringenden Pulvermenge pro Zeit und das Aufbringen
des Pulvers als solches erfolgt also in separaten Prozessschritten bzw.
in verschiedenen Vorrichtungseinheiten.
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Bevorzugt
ist vorgesehen, dass das Dosieren des Pulvers in dem Pulverdosiersystem
und das Aufbringen des Pulvers auf das Metallband durch das Luftdüsensystem
an zwei voneinander beabstandeten Orten erfolgt.
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Das
Pulver ist vorzugsweise Lack.
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Die
Beschichtung des Metallbandes ist dabei sowohl nur auf einer Seite
des Bandes als auch beidseitig möglich.
Ferner kann das Metallband bei der Beschichtung horizontal oder
vertikal geführt
werden.
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Um
das auf das Metallband aufgebrachte Pulver dort bis zu endgültigen Fixierung
zu halten, ist – wie
es an sich im Stand der Technik bekannt ist – bevorzugt vor gesehen, dass
das Metallband und/oder das Pulver vor dem Aufbringen des Pulvers auf
das Metallband elektrostatisch aufgeladen wird.
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Die
Vorrichtung zum Pulverbeschichten des Metallbandes ist erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, dass sie ein Pulverdosiersystem aufweist, das zum
Dosieren des auf das Metallband aufzubringenden Pulvers gemäß einer
gewünschten
Auftragsmenge Pulver pro Zeit geeignet ist, und dass sie ein Luftdüsensystem
aufweist, das zum Aufbringen des von dem Pulverdosiersystem dosierten
Pulvers geeignet ist, wobei das Luftdüsensystem Mittel zum Einstellen
oder Auswählen
des durch das Luftdüsensystem
zur Auftragung des Pulvers durchgeleiteten Luftstroms unabhängig von
der vom Pulverdosiersystem zugeleiteten Auftragsmenge des Pulvers
pro Zeit aufweist.
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Das
Pulverdosiersystem und das Luftdüsensystem
sind dabei bevorzugt voneinander beabstandet angeordnet.
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Das
Pulverdosiersystem arbeitet dabei vorzugsweise mit keinem oder nur
mit einem geringen Förderluftstrom.
Vorgesehen kann insbesondere werden, dass das Pulverdosiersystem
als Schneckenfördersystem
oder als Kolbenfördersystem
ausgebildet ist. Beide Varianten sind im Stand der Technik als solche
bekannt.
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Das
Luftdüsensystem
kann einen Düsenbalken
aufweisen, der sich über
zumindest einen Teil der Breite des Metallbandes, vorzugsweise über die
gesamte Breite des Metallbandes, erstreckt. Die wirksame Breite
des Düsenbalkens
kann dabei einstellbar sein, so dass stets das Pulver nur über eine
gewünschte
Breite auf das Metallband aufgebracht wird.
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Eine
Variation der Erfindung sieht vor, dass mehr als ein Pulverdosiersystem
ein Luftdüsensystem
mit Pulver beschickt.
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Die
Vorrichtung kann auch so ausgeführt sein,
dass sie zur Aufbringung von Pulver nur auf einen Teil der Breite
des Metallbandes ausgebildet ist. In diesem Falle wirken dann also
mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen
zusammen, um die gesamte Bandbreite abzudecken. Mit dieser Lösung ist es
jedoch in vorteilhafter Weise möglich,
eine sehr hohe Auftragsrate Pulver auf das Band zu realisieren.
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Zum
Festhalten des noch nicht fixierten Pulvers sind wieder bevorzugt
Mittel zum elektrostatischen Aufladen des Metallbandes und/oder
des Pulvers vorgesehen.
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Die
Erfindung stellt also auf eine Kombination eines Düsensystems
als Pulverlackapplikationssystem mit einem vom Luftstrom durch die
Düse unabhängig einstellbaren
Pulverlackfördersystem
ab. Das Pulverlackbeschichtungssystem stellt den durch das Pulverlackfördersystem
aufgegebenen Pulverlack in einer Art und Weise zur Verfügung, dass
er auf das kontinuierlich durchlaufende Metallband appliziert werden
kann und dort bis zum Eintritt in den sich anschließenden Aushärtungsprozess
auf der Bandoberfläche
verbleibt. Das Pulverlackfördersystem zeichnet
sich durch die genaue Dosierung des Pulverlackvolumenstromes und
eine geringe zusätzlich erforderliche
Transportluftmenge zur Förderung
des Pulverlackes aus. Die eindosierte Pulverlackmenge kann damit
unabhängig
vom Luftstrom durch die Applikationsdüse eingestellt werden.
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Das
vorgeschlagene System erlaubt die räumliche Trennung des Pulverlackapplikationssystems,
also des Luftdüsensystems,
und des Pulverlackdosierung- bzw. Pulverlackfördersystems, wobei eine Entfernung
beider Komponenten über
mehrere Meter realisiert werden kann.
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Das
Luftdüsensystem
ist sehr kompakt aufgebaut und benötigt nur einen geringen Raumbedarf. Dadurch
ist es möglich,
das vorgeschlagenen System den Einbaubedingungen entsprechend individuell
an- und einzupassen.
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In
der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 schematisch
in der Seitenansicht eine Vorrichtung zum Aufbringen von Pulverlack
auf ein Metallband gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung,
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2 schematisch
die Draufsicht auf die Vorrichtung zum Aufbringen von Pulverlack
auf das Metallband gemäß einer
zweiten Ausführungsform der
Erfindung,
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3 schematisch
die Draufsicht auf die Vorrichtung zum Aufbringen von Pulverlack
auf das Metallband gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung,
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4 schematisch
in der Seitenansicht die Vorrichtung zum Aufbringen von Pulverlack
auf das Metallband bei der beidseitigen Horizontalbeschichtung,
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5 schematisch
in der Seitenansicht die Vorrichtung zum Aufbringen von Pulverlack
auf das Metallband bei der beidseitigen Vertikalbeschichtung und
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6 schematisch
in der Seitenansicht die Vorrichtung zum Aufbringen von Pulverlack
auf das Metallband, wobei zwei Walzen das Metallband führen.
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In 1 ist
eine Vorrichtung zum Aufbringen von Pulver P auf ein Metallband 1 skizziert.
Das Pulver P stammt aus einem nicht weiter dargestellten Vorratsbehälter und
gelangt in ein Pulverdosiersystem 2. In diesem wird das
Pulver gemäß einer
vorgegebenen Rate dosiert, d. h. aus dem Dosiersystem tritt Pulver
mit definiertem Volumenstrom (Masse pro Zeiteinheit) aus. Dabei
verlässt
das Pulver P das Pulverdosiersystem 2 über eine Pulverleitung 6,
die eine gewisse Erstreckung haben kann, beispielsweise zwischen
0,25 m bis 30 m, insbesondere zwischen 0,5 m und 5 m. Dabei arbeitet
das Pulverdosiersystem 2 mit nur einem geringen oder sogar
mit gar keinem Förderluftstrom.
Z. B. kann mittels eines an sich bekannten Schneckenförderers
das Pulver gänzlich ohne
Förderluftstrom
durch die Pulverleitung 6 transportiert werden.
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Bevorzugt
kommen Kolbenfördersysteme
im Pulverdosiersystem
2 zum Einsatz, wie sie beispielsweise
aus der
EP 1 427 536
B1 bekannt sind, auf die hier entsprechend Bezug genommen
wird.
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Von
der Pulverleitung
6 gelangt das Pulver in ein Luftdüsensystem
3,
das mit Luft L versorgt wird. Das Luftdüsensystem hat vorliegend einen
Düsenbalken
4, über den
das Pulver auf die Oberfläche
des Metallbandes
1 ausgebracht wird. Eine bevorzugte Ausbildung
des Luftdüsensystems
3 arbeitet
nach Art der Zinkabblassysteme, die oberhalb des Beschichtungsgefäßes beim
Feuerverzinken verwendet werden und mit denen flüssiges Zink vom beschichteten Metallband
abgeblasen wird, um eine gewünschte Schichtdicke
zu erzeugen. Exemplarisch wird auf die Bauarten von Abblasdüsen hingewiesen,
wie sie in der
DE 23
32 532 A1 und in der
DE 24 30 032 A1 beschrieben sind. Diese Luftdüsensysteme
erlauben einen stark gebündelten
Luftstrom, der als „Luftschwert" wirkt. Kennzeichnend
für ein
solches Luftdüsensystem
ist die exakte Bündelung
der Luft und die homogene Geschwindigkeitsverteilung des Luftstroms über den
Düsenquerschnitt.
Die variable Einstellung der Düsenweite
erlaubt die Anpassung des Luftstroms an die Bandbreite. Das über das
Pulverdosiersystem
2 in das Luftdüsensystem
3 eingebrachte
Pulver wird also in dem Luftdüsensystem
3 homogen
mit der über
die Luftzuführung
L in das Luftdüsensystem
3 eingebrachten
Transportluft vermischt. An der Düsenöffnung des Düsenbalkens
4 ist die
Partikeldichte im Luftstrom über die Öffnungsbreite
der Düse
konstant. Die Pulverlackpartikel werden durch die Mittel
5 elektrostatisch
aufgeladen und auf die Metallbandoberfläche appliziert. Die Pulverzuführung P
erfolgt in kontinuierlicher Weise an das Pulverdosiersystem
2.
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Damit
das auf die Bandoberfläche
aufgebrachte Pulver dort bis zur endgültigen Fixierung anhaftet,
sind – wie
gesagt – Mittel
5 vorgesehen,
mit denen eine elektrostatische Aufladung des Pulvers bzw. des Bandes
1 möglich ist.
Dieses Vorgehen ist als solches im Stand der Technik bekannt, s.
z. B. die
DE 198 01
620 C1 .
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Die
variable Einstellung der Düsenweite
am Luftdüsensystem 3 erlaubt
die exakte Anpassung der Pulverlackapplikation an die Breite des
zu beschichtenden Metallbandes 1. Mit zunehmender Bandgeschwindigkeit,
Bandbreite und Lackschichtdicke steigt die benötigte Pulvermenge proportional
an.
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Um
einerseits ökonomisch
mit dem am Markt verfügbaren
Pulverlackdosiersystemen arbeiten und andererseits die feine Dosierbarkeit
von kleineren und mittleren Systemen nutzen zu können, kann die Dosierung auf
zwei oder mehrere Pulverdosiersysteme 2 verteilt werden.
Bei der Lösung
gemäß 1 ist ein
einziges Pulverdosiersystem 2 vorgesehen, das ein einziges
Luftdüsensystem 3 beschickt.
In 2 ist alternativ hierzu dargestellt, wie ein Luftdüsensystem 3 von
zwei Pulverdosiersystemen 2 mit Pulver versorgt werden
kann. Ansonsten ist der Aufbau der dort dargestellten Vorrichtung
derselbe wie bei der Lösung
nach 1.
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Bei
der in 3 skizzierten Lösung sind zwei separate Vorrichtungen
zum Aufbringen des Pulvers vorgesehen, die jeweils ein Pulverdosiersystem 2 und
ein Luftdüsensystem 3 haben.
Dabei ist vorgesehen, dass jede Vorrichtung nur einen Teilbereich
des Metallbandes 1 abdeckt, während sich das Luftdüsensystem
gemäß der Lösungen nach 1 und 2 noch über die
gesamte Bandbreite erstreckte. Je nach Prozessbedingungen können sich
die Wirkbereiche der Luftdüsensysteme überlappen.
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Wie
in den 4 und 5 gesehen werden kann, ist nicht
nur – wie
bei den Lösungen
nach den 1 bis 3 – ein einseitiges
Beschichten des Metallbandes 1 möglich, sondern auch ein beidseitiges.
Aus den 4 und 5 geht weiter
hervor, dass die Beschichtung des Bandes 1 mit Pulver erfolgen
kann, während
sich das Band horizontal bewegt (s. 4) oder
während
es sich vertikal bewegt (s. 5).
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Das
Metallband 1 kann beim Beschichten auch durch ein Rollenbeschichtungsaggregat
geführt werden,
wie es beim Beschichten mit flüssigen
Lacken gebräuchlich
ist. Eine solche Lösung
ist in 6 gezeigt. Das Metallband 1 wird S-förmig über zwei
Walzen 7 und 8 geführt und dabei an den dargestellten
Stellen von zwei Luftdüsensystemen 3 beschichtet.
Am Auslauf des Rollenbeschichtungsaggregats ist das Metallband 1 beidseitig
mit Pulver beschichtet.
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Die
Erfindung sieht also die Kombination eines Luftdüsensystems 3 mit einem
Pulverdosiersystem 2 vor. Durch die Kombination dieser
Elemente ergibt sich der Vorteil, dass beliebig steuerbare oder
regelbare Pulvervolumenströme
auf das Metallband aufbringbar sind, und zwar unabhängig von
dem Förderluftstrom,
der durch das Luftdüsensystem
strömt. Damit
wird die kompakte Bauweise, die genaue Dosierung des Pulver-Volumenstroms
und eine geringe Transportluftmenge möglich.
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Durch
die geringe Menge an zusätzlich
erforderlicher Förderluft
zum Transport des Pulvers durch die Pulverleitung 6 werden
Interaktionen zwischen dem Pulverdosiersystem 2 (Pulverlackfördersystem) und
dem Luftdüsensystem 3 (Pulverlackbeschichtungssystem)
weitgehend eliminiert. Der Pulverlackmassenstrom kann damit unabhängig vom
Volumenstrom der Transportluft eingestellt und variiert werden.
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Das
vorgeschlagene System stellt den aufgegebenen Pulverlack in einer
Art und Weise zur Verfügung,
dass er auf das kontinuierlich durchlaufende Metallband appliziert
werden kann und dort bis zum Eintritt in den sich anschließenden Aushärtungsprozess
auf der Bandoberfläche
verbleibt.
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Die
Zuführung
des Pulvers aus den Pulverdosiersystemen 2 mit definierter
und benötigter
Fördermenge
kann mit einer entsprechenden Anzahl Beschichtungsvorrichtungen
sichergestellt werden. Der homogene, geometrisch begrenzte und kontrollierte
Schichtaufbau kann über
die Zu- und Abschaltung parallel geschalteter Pulverdosiersysteme 2 bzw.
die kontrollierte Variation der Fördermenge einzelner Pulverdosiersysteme 2 sichergestellt
werden.
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- 1
- Metallband
- 2
- Pulverdosiersystem
- 3
- Luftdüsensystem
- 4
- Düsenbalken
- 5
- Mittel
zum elektrostatischen Aufladen
- 6
- Pulverleitung
- 7
- Walze
- 8
- Walze
- P
- Pulver
- L
- Luft