DE102006046797A1

DE102006046797A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bandbeschichtung von variablen Werkstücken in einer Vakuumbeschichtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102006046797A1
Application number: DE200610046797
Authority: DE
Inventors: Stefan Schiele
Original assignee: Josef Schiele OHG
Current assignee: Josef Schiele OHG
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-04-03
Also published as: WO2008040498A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum gleichmäßigen Auftrag eines Passivierungsmittels oder sonstigen flüssigen Beschichtungsmitteln auf ein in Breite und Höhe variables Werkstück vorgeschlagen, wobei das Werkstück mit hoher Geschwindigkeit transportiert wird und das Passivierungsmittel in einer Applikationskammer auf das Werkstück aufgetragen wird, wobei bei dem Auftragen des Passivierungsmittel in der Applikationskammer ein Unterdruck vorliegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gleichmäßigen Auftrag eines Passivierungsmittels auf ein in Breite und Höhe variables Werkstück, wobei das Werkstück mit hoher Geschwindigkeit transportiert und das Passivierungsmittel in einer Applikationskammer auf das Werkstück aufgetragen wird.
Verfahren und Vorrichtungen zur Passivierung von metallischen Oberflächen sind bekannt. So beschreibt die Offenlegungsschrift DE 10 2004 041 142 A1 ein Verfahren zum Passivieren von metallischen Oberflächen durch Behandlung der Oberfläche mit einer sauren, wässrigen Zubereitung. Hierbei wird das Metallband durch eine Wanne gefahren oder durch eine Sprühvorrichtung mit der Zubereitung in Verbindung gebracht.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass bei einem Durchziehen des Werkstücks durch eine Wanne viel Passivierungsmittel benötigt und nicht immer ein gleichmäßiger Auftrag des Passivierungsmittels auf das Werkstück erzielt wird. Bei einer Sprühvorrichtung zum Auftrag des Passivierungsmittels wiederum entsteht ein sogenannter Overspray, also ein feiner Sprühnebel, der das Werkstück verfehlt und wodurch Beschichtungsmaterial verloren geht. Ein Overspray stellt somit einen Materialverlust dar.
Es war deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beschichten von Werkstücken zur Verfügung zu stellen, welche die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen nicht aufweisen und dennoch einfach zu verwirklichen sind.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zum gleichmäßigen Auftrag eines Passivierungsmittels auf ein in Breite und Höhe variables Werkstück vorgeschlagen, bei dem ein Transport des Werkstücks mit einer hoher Geschwindigkeit erfolgt und das Passivierungsmittel in einer Applikationskammer auf das Werkstück aufgebracht wird. Bei dem Auftrag des Passivierungsmittel liegt dabei ein Unterdruck in der Applikationskammer vor.
Durch die Beschichtung der Werkstücke bei Unterdruck ist es erfindungsgemäß möglich, eine ganz bestimmte Beschichtungsdicke zu erzielen. Überschüssiges Beschichtungsmaterial wird von dem Werkstück wieder abgetragen. Eventuell entstehender Beschichtungsnebel wird abgesaugt. Dieses Beschichtungsmaterial wird wiederverwendet. Hierdurch können Materialverluste bei der Beschichtung gering gehalten und Kosten für die Beschichtung eingespart werden. Zudem ist die Schichtdicke der Beschichtung durch das Einstellen der Prozessparameter – wie etwa die Stärke des Unterdrucks oder die Viskosität des Beschichtungsmittels – immer dieselbe.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Beschichtungsverfahren um ein Passivierungsverfahren für Metalle, insbesondere Metallbleche. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Passivierungsmittel um ein chromfreies wasserbasierendes Passivierungsmittel. Weiterhin bevorzugt wird ein Blech durch das Verfahren mit flüssigen Beschichtungsmittel appliziert.
Vorzugsweise sind die Werkstücken, die beschichtet werden variierende Werkstücke. Solche Werkstücke können beispielsweise aus Blechstücken bestehen, die unterschiedliche Breiten und/oder Höhen aufweisen und durch Schweißen miteinander verbunden sind. Das so entstandene Werkstück ist sowohl in der Breite als auch in der Höhe variabel, da die Blechstücke unterschiedliche Dicken aufweisen oder durch die Schweißnähte Wülste entstehen. Durch das Zusammenschweißen der Blechstücke entsteht vorzugsweise ein Endlosblech mit den oben genannten variablen Eigenschaften.
Erfindungsgemäß herrscht in der Applikationskammer, in der das Passivierungsmittel auf das Werkstück aufgetragen wird ein Unterdruck. Vorzugsweise wird bei dem Beschichtungsverfahren das zu starke Entweichen des Unterdrucks aus der Applikationskammer durch ein Abdeckmittel, das am Ein- und/oder Auslass der Beschichtungskammer angeordnet ist, verhindert. Ein Abdeckmittel im Sinne der Erfindung sind alle Vorrichtungen, die zur Abdeckung der Öffnung der Applikationskammer geeignet sind. Insbesondere Matrizen, wie Einlassmatrizen und Auslassmatrizen, sollen als Abdeckmittel gelten. Zwischen dem Werkstück und dem Abdeckmittel ist besonders bevorzugt lediglich ein Spalt vorhanden, dessen Größe ganz besonders bevorzugt einstellbar ist.
Bevorzugt ist das Abdeckmittel im wesentlichen an die äußere Kontur des Werkstücks angepasst.
Vorzugsweise wird die Breite und/oder die Höhe des Werkstücks durch ein Sensormittel ermittelt. Ein solches Sensormittel ist beispielsweise ein Lichtabtaster und/oder ein Tastroller. Denkbar ist hierbei auch die Kombination aus verschiedenen Sensormitteln, um die Höhe und/oder die Breite des Werkstücks möglichst schnell zu ermitteln. Das Sensormittel befindet sich bezogen auf die Transportrichtung des Werkstücks bevorzugt vor der Applikationskammer. Denkbar ist jedoch auch, dass die Breite und Höhe des Werkstücks direkt online über eine Liniensteuerung ermittelt werden.
Vorzugsweise werden die Signale des Sensormittels zur Steuerung des Abdeckmittels verwendet. Dabei können die Signale an eine Steuereinheit gesendet werden, die wiederum einen Antrieb zur Verschiebung des Abdeckmittels anspricht. Es sind dabei alle Arten von Datenübertragungen zwischen Sensormittel und Steuereinheit denkbar, die eine schnelle Übertragen der Daten sichern. Es ist jedoch auch denkbar, dass zur Steuerung des Abdeckmittels Werte verwendet werden, welche von einer anderen Steuerung dafür zur Verfügung gestellt werden.
Bevorzugt wird das Abdeckmittel, abhängig vom Signal des Sensors, vertikal verfahren. Mit Hilfe eines unten beschriebenen Abdeckmittels kann sich das Abdeckmittel durch das vertikale Verfahren dabei auch an die Breite der variierenden Werkstücke anpassen.
Weiterhin bevorzugt wird das Abdeckmittel auch horizontal verfahren. Hierdurch passt sich das Abdeckmittel feiner an die äußere Kontur des Werkstückes an. Auch hier ist die Wegstrecke, die das Abdeckmittel horizontal verfährt, von dem ermittelten Signal des Sensormittels abhängig.
In der Regel passiert das Werkstück das Abdeckmittel mittels eines Transportmittels. Hierbei wird das Werkstücke von dem Transportmittel zur Applikationskammer, durch die Applikationskammer und von der Applikationskammer weg transportiert. Da das Werkstück vorzugsweise endlos ist, ist als Transportmittel ein Antrieb und eine hinreichende Führung des Werkstückes ausreichend. Bevorzugt transportiert das Transportmittel die Werkstücke mit einer großen Geschwindigkeit, so dass die Werkstücke auch mit einer großen Geschwindigkeit das Abdeckmittel passieren. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Vorrichtung ist erfindungsgemäß zur Passivierung eines Werkstückes in einer Applikationskammer geeignet und weist mindestens ein Sensormittel auf. Die Funktion des Sensormittels ist oben beschrieben. Vorzugsweise passt sich das Abdeckmittel, in Abhängigkeit von den Signalen des Sensormittels, an die äußere Kontur des Werkstücks an.
Bevorzugt weist die Vorrichtung ein Abdeckmittel auf, wodurch ein zu starkes entweichen des Unterdrucks in der Applikationskammer verhindert wird. Das Abdeckmittel kann als Einlassmatrizen und/oder Auslassmatrizen ausgebildet sein. Die Abdeckmittel sind vorzugsweise verschieblich angeordnet, wobei deren Position besonders bevorzugt durch das Signal der Sensormittel festgelegt wird.
Besonders bevorzugt sind zwei Abdeckmittel rechts und links von dem Werkstück angeordnet. Vorzugsweise weisen diese Abdeckmittel einen treppenförmigen Aufbau auf, wobei die Treppen von innen nach außen ansteigen. Hierdurch ergibt sich eine Öffnung, die diskret vergrößerbar bzw. verkleinerbar ist. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die Treppenstufen eine Höhe von 5 bis 15 mm, bevorzugt von 11–12 mm, und eine Breite von 80 bis 120 mm, bevorzugt von 95–105 mm, aufweisen. Da für die Breite des Werkstückes nur diskrete Breitewerte durch die Stufen des Abdeckmittels möglich sind, kann jeweils durch ein nachfolgendes horizontales Verfahren des Abdeckmittels auch Zwischenwerte bezüglich der Breite eingestellt werden. Es ist somit eine Feineinstellung der Breite und somit eine im wesentlichen genaue Anpassung des Abdeckmittels an die äußere Kontur des Werkstücks möglich. Durch einfaches vertikales und anschließendes horizontales Verfahren des Abdeckmittels wird dadurch nur ein kleiner Teil der Öffnung der Applikationskammer freigelassen, so dass durch das Abdeckmittel ein zu starkes Entweichen des Unterdrucks aus der Applikationskammer vermieden wird.
Da durch den treppenförmigen Aufbau des Abdeckmittels nur geringen Positionsänderungen des Abdeckmittels bei variierenden Werkstücken nötig sind (damit Werkstücke Abdeckmittel passieren), ist ein Transport der Werkstücke mit einer hohen Geschwindigkeit zur Applikationskammer möglich. Es ist somit vorteilhaft möglich, eine hohe Produktionskapazität trotz stark variierender Werkstücke zu erzielen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist zusätzlich eine Trocknereinheit in der Vorrichtung integriert, wodurch die Werkstücke nach der Beschichtung durch das Passivierungsmittel getrocknet werden. Eine solche Trocknereinheit ist beispielweise durch ein Leuchtmittel realisierbar, welches Licht im nahen Infrarotbereich emittiert. Weiterhin besteht die Möglichkeit bei metallischen Werkstücken über Induktionsspulen eine Trocknung zu erreichen. Durch ein aufheizen des Transportmittels vor der Beschichtung kann dabei die Trocknungszeit noch einmal wesentlich verkürzt werden. Die Aufheizung des Transportmittels kann dabei durch Induktion oder Strahlung (Wärmestrahlung) erfolgen.
Bevorzugt ist die Vorrichtung senkrecht zur Richtung des Transportmittels verschiebbar. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich bei eventuellen Wartungsarbeiten oder Reparaturen die Vorrichtung aus der restlichen Bearbeitungskette zu entfernen. Beispielsweise ist die Vorrichtung mittels Rollen entfernbar oder bereits schwenkbar in der restlichen Bearbeitungskette gelagert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der 1–4 erläutert. Diese Erläuterungen sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein. Die Erläuterungen gelten für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung gleichermaßen.
1 stellt schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Applikationskammer, zwei Abdeckmittel und einem Sensormittel dar.
2 zeigt schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abdeckmittels, wobei zwei Abdeckmittel mit einem treppenförmigen Aufbau dargestellt sind.
3 stellt schematisch die in 2 beschriebene Ausführungsform des Abdeckmittels und ein Werkstück dar, wobei sich zwei Abdeckmittel durch vertikales Verfahren an die Breite des Werkstückes angepasst haben.
4 zeigt schematisch wie sich die zwei Abdeckmittel aus 3 durch horizontales Verfahren genauer an die Breite des Werkstücks angepasst haben.
Die 1 stellt schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung 2 dar. Oberhalb der Vorrichtung 2 befindet sich ein Sensormittel 12, das im Ausführungsbeispiel durch einen Arm 1 an der Vorrichtung 2 befestigt ist und vor dem Passieren der Werkstücke 8 deren Höhe und/oder Breite vermisst. Die Messergebnisse werden zur Steuerung zweier Abdeckmittel 3 verwendet, wobei die Abdeckmittel 3 verfahren und sich an die Kontur des Werkstücks 8 anpassen. Die Abdeckmittel 3 befindet sich dabei vor den Öffnungen 9 der Applikationskammer 10. Die Werkstücke 8 werden über ein Transportmittel mit einer hoher Geschwindigkeit zur Applikationskammer 10 befördert und passieren folglich auch schnell die Abdeckmittel 3. Durch die Abdeckmittel 3 wird das zu starke Entweichen des Unterdrucks aus der Applikationskammer 10 verhindert, jedoch lassen die Abdeckmittel 3 einen Spalt zum Werkstück 8 zu, so dass durch die starken Druckunterschiede (Innerhalb und Außerhalb der Applikationskammer 10) starke Strömungsgeschwindigkeiten durch der Öffnung 9 entstehen und an den Kanten der Öffnungen 9 Wirbel und Turbulenzen gebildet werden. In der Applikationskammer 10 sind Düsen vorgesehen durch die das flüssige Passivierungsmittel in die Applikationskammer eingeführt wird. Flüssigkeitstropfen des Passivierungsmittel werden durch die Turbulenzen und Wirbel in einen homogenen Schleier integriert und ein Aufprall der Wirbel- und Turbulenzströme auf das Werkstück 8 führt zu einem gleichmäßigen Niederschlag des Passivierungsmittels auf das Werkstück 8. Überschüsse an Passivierungsmittel die sich auf dem Werkstück 8 befinden, werden durch die hochturbulenten Wirbelströme wieder abgetragen. Das Überschüssige Passivierungsmittel wird durch ein System aufgefangen und dem Applikations-Kreislauf erneut zugeführt. Durch die beschriebene Vorrichtung 2 ist es vorteilhaft möglich eine konstante Beschichtungsdicke zu gewährleisten und während der Beschichtung ein Verlust an Passivierungsmittel (z.B. durch Overspray) gering zu halten. Die Vorrichtung 2 kann hinter der Applikationskammer 10 eine Trocknereinheit aufweisen (nicht dargestellt) die durch kurzwellige Infrarotstrahlung die beschichteten Werkstücke trocknet.
In der 2 sind zwei erfindungsgemäße Abdeckmittel 3 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Jedes der Abdeckmittel 3 weist dabei einen treppenförmigen Aufbau mit einer Stufenbereite 7 und einer Stufenhöhe 6 auf. Durch die Stufenhöhe 6 ist jedes Abdeckmittel 3 an die Höhe eines Werkstücks 8 (nicht dargestellt) anpassbar. Die Stufenbreite 7 ist zur Anpassung der Abdeckmittel 3 an die Breite der Werkstücke 8 von Bedeutung. Je nach Breite des Werkstücks 8 können beide Abdeckmittel 3 in Richtung 5 verfahren, so dass jeweils die Treppenstufe der Abdeckmittel 3 zum Anpassen an die Breite des Werkstücks 8 ausgewählt wird, welche in der Breite am besten an das Werkstück 8 passt. Zudem ist es möglich jedes der Abdeckmittel 3 in Richtung 4 zu verfahren, so dass eine Feinanpassung an die Breite des Werkstücks 8 möglich ist.
Die 3 zeigt schematisch zwei Abdeckmittel 3 (Ausführungsform wie 2) und ein Werkstück 8. Es versteht sich, dass zur Abdeckung der Öffnung 9 der Applikationskammer 10 noch weitere Abdeckmittel verwendet werden können, welche die Öffnung 9 von oben abdecken. Durch Verfahren jedes der Abdeckmittel 3 in Richtung 5 ist die Treppenstufe, die am besten der Breite des Werkstückes 8 entspricht, zum Anpassen an das Werkstück 8 gewählt worden. Durch das Verfahren und das damit verbundene Auswählen der Treppenstufe, entsteht zwischen den Abdeckmitteln 3 ein Spalt, durch den das Werkstück 8 in die Applikationskammer 10 gelangt.
In der 4 ist schematisch dargestellt, wie sich jedes der Abdeckmittel 3 durch Verfahren in Richtung 4 feiner an die Kontur des Werkstücks 8 angepasst hat. Hierbei werden die diskreten Werte, die durch die Breite und die Anzahl der Stufen der Abdeckmittel 3 entstehen, ausgeglichen. Durch die geringen Wegstrecken, welche die Abdeckmittel 3 zur Anpassung an unterschiedliche Werkstücke 8 verfahren müssen, ist ein Transport der Werkstücke 8 mit hoher Geschwindigkeit zur Applikationskammer 10 gewährleistet.

1: Arm
2: Vorrichtung
3: Abdeckmittel
4: Pfeil
5: Pfeil
6: Höhenangabe
7: Längenangabe
8: Werkstück
9: Öffnung
10: Applikationskammer
12: Sensormittel

Claims

Verfahren zum gleichmäßigen Auftrag eines Passivierungsmittels auf ein in Breite und Höhe variables Werkstück (8), wobei das Werkstück (8) mit hoher Geschwindigkeit transportiert wird, wobei das Passivierungsmittel in einer Applikationskammer (10) auf das Werkstück (8) aufgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Auftrag des Passivierungsmittels in der Applikationskammer (10) ein Unterdruck vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass durch ein Abdeckmittel (3) das zu starke Entweichen des Unterdrucks in der Applikationskammer (10) verhindert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckmittel (3) an die äußeren Konturen des Werkstückes (8) im Wesentlichen angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite und die Höhe des Werkstückes (8) durch ein Sensormittel (12) ermittelt wird oder durch eine Liniensteuerung direkt online ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die vom Sensormittel (12) ermittelten Werte über die Höhe und Breite des Werkstückes (8) zur Steuerung des Abdeckmittels (3) verwendet werden oder zur Steuerung des Abdeckmittels (3) Werte, welche von einer anderen Steuerung zur Verfügung gestellt werden, verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckmittel (3) vertikal verfahren wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckmittel (3) horizontal verfahren wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstücke (8) mittels eines Transportmittel das Abdeckmittel (3) passiert.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Blech passiviert oder mit flüssigen Beschichtungsmitteln appliziert wird.
Vorrichtung (2) zur Passivierung eines Werkstückes in einer Applikationskammer (10) mit Unterdruck nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) ein Sensormittel (12) aufweist.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) ein Abdeckmittel (3) aufweist.
Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckmittel (3) in Abhängigkeit von den Ergebnissen des Sensormittels (12) steuerbar vorgesehen ist.
Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckmittel (3) einen treppenförmigen Aufbau aufweist.
Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die treppenartige Struktur des Abdeckmittels (3) einen, in Höhe und Breite der Treppenstufen, definierten Aufbau aufweist.
Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) senkrecht zur Richtung des Transportmittels verschiebbar ist.