DE4300868C1 - Beschichtungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Beschichten von Metallband, wie zum Verzinken von Stahlband, mit einem vom Metallband durchlaufenen Beschichtungsmittelbad, wobei unterhalb des Schmelzespiegels im Beschichtungsmittelbad eine Umlenkrolle und mindestens eine verstellbare Führungsrolle für das Metallband vorgesehen sind und mit einer den Führungsrollen in Bandlaufrichtung nachgeordneten oberhalb des Schmelzespiegels angeordneten mit einem von einem Abblasmedium, insbesondere Druckluft, beaufschlagbaren Abblasdüsenpaar, zwischen dessen Düsenkörpern das Metallband mit Abstand zu den jeweiligen sich quer zur Laufrichtung erstreckenden Düsenspalten der Düsenkörper geführt ist.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der DE-PS 30 14 651 bekannt. Diese bekannte Vorrichtung dient zur Oberflächenbehandlung eines im Durchlauf-Schmelztauchverfahren beidseitig mit einem Metall, insbesondere Zink, überzogenen Metallband, insbesondere Stahlband. Hierzu wird das Metallband in ein Bad mit dem flüssigen Beschichtungsmittel geführt und über eine unterhalb des Schmelzspiegels angeordnete Umlenkrolle senkrecht nach oben weitergeführt. Die unterhalb des Schmelzespiegels im Beschichtungsmittelbad angeordneten Führungsrollen dienen der Stabilisierung des Bandes, indem sie sicherstellen, daß das vom Beschichtungsmittel überzogene Band möglichst flach ist, wenn es senkrecht nach oben aus dem Beschichtungsmittelbad austritt und in den Bereich des Abblasdüsenpaares gelangt. Dabei wird das Band so geführt, daß es möglichst mittig durch die sich gegenüberstehenden Düsenkörper der jeweils auf einer Metallbandseite angeordneten Abblasdüsen verläuft. Es hat sich aber gezeigt, daß es dennoch zu Inhomogenitäten der Schichtdicke auf dem aus dem Düsenkörperpaar austretenden Band kommt, welche durch die Verstellung der Führungsrollen alleine nicht ausgeglichen werden können.

Eine andere Vorrichtung zum Abblasen von verzinktem Stahlband ist aus dem europäischen Patent 0 249 234 bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird der Düsenspalt durch zwei gegeneinander verstellbare Düsenlippen gebildet, so daß der auf die Metallbandoberfläche wirkende Druck des Abblasmediums einstellbar ist. Bei dieser Vorrichtung sind zur Messung der Schichtdicke der Auflage auf dem Metallband Sensoren vorgesehen, die mit einem Rechner verbunden sind, mittels dessen Ausgang Regelventile gesteuert werden, über die die Menge des Abblasmediums, mit dem der Düsenspalt beaufschlagt wird, variierbar ist.

Hierdurch kann die Beschichtungsdicke auf einen gewünschten Sollwert eingestellt werden. Treten bei dieser Vorrichtung Abweichungen im Bandverlauf von der mittigen Lage auf, kommt es aufgrund der ungleichmäßigen Beaufschlagung der Bandoberfläche entlang der Bandbreite mit dem Abblasmedium zu Inhomogenitäten in der Beschichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß die Homogenität der Beschichtung verbessert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß den relativ zur Metallbandoberfläche verstellbaren Düsenkörpern eine optische Meßeinrichtung zur Erfassung des Abstandes zwischen Düsenspalt und der Metallbandoberfläche zugeordnet ist, wobei das Ausgangssignal der Meßeinrichtung der Verstelleinrichtung für die Führungsrollen und/oder der Verstelleinrichtung für die Düsenkörper derart zuführbar ist, daß der Abstand zwischen Düsenspalt und Metallbandoberfläche vorgebbar ist.

Erfindungsgemäß wird durch die Kombination aus optischer Meßeinrichtung und der Verstelleinrichtungen für die Düsenkörper bzw. Führungsrollen eine Regelkreisanordnung geschaffen, die es ermöglicht, entsprechend dem aktuellen Bandverlauf den Abstand zwischen Metallbandoberfläche und Düsenspalten jeweils konstant zu halten, so daß durch den mittigen Bandverlauf auch bei Bandlauffehlern, wie schräg laufendem oder gewölbtem Band, stets eine homogene Beschichtung erreicht wird. Die optische Meßeinrichtung führt kontinuierlich einen Soll-Ist-Vergleich durch, indem sie den jeweiligen tatsächlichen Abstand zwischen Düsenspalt und Bandoberfläche bestimmt. Es reicht dabei aus, wenn nur einer der beiden beidseitig des Metallbandes angeordneten Düsenkörper über eine Meßeinrichtung verfügt, da die Positionierung des anderen Düsenkörpers entsprechend der Abstandsmessung der Meßeinrichtung erfolgt.

Eine konstruktiv einfache Lösung sieht vor, daß die Meßeinrichtung vom Düsenkörper getragen wird. Durch die bauliche Einheit können Abstandsveränderungen zwischen Bandoberfläche und dem mit der Position des Düsenspalts in Beziehung stehenden Referenzpunkt der optischen Meßeinrichtung mit hoher Genauigkeit ausgeregelt werden.

Wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, daß entlang des Düsenspalts mehrere Meßeinrichtungen vorgesehen sind, deren Ausgangssignale vom Verstellantrieb für den Düsenkörper gemeinsam ausgewertet werden, lassen sich Inhomogenitäten entlang der gesamten Breite des Metallbandes noch genauer erfassen.

Gemäß einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß jede der mehreren Meßeinrichtungen von einem Antrieb entlang eines Führungsschlittens parallel zum Düsenspalt verfahrbar ist. Hierdurch sind die Meßeinrichtungen kontinuierlich entlang des Düsenspalts verfahrbar, so daß eine einfache Abtastung der Metallbandoberfläche erfolgt. Wenn dabei jeder Meßeinrichtung ein separater Antrieb zugeordnet ist, kann eine einfache Anpassung an unterschiedliche Metallbandbreiten erfolgen, wobei im Falle von zwei Meßeinrichtungen jede der beiden Meßeinrichtungen jeweils eine Hälfte der Bandbreite überstreicht.

Von besonderer Bedeutung ist, daß der Düsenkörper in der Normalebene des Metallbandes mittels des Verstellantriebs transversal und/oder rotatorisch bewegbar ist. Die transversale Verstellung des Düsenkörpers kommt dabei zum Tragen, wenn sich die Lage des Metallbandes parallel zur Soll-Lage, also planparallel zum Düsenspalt verändert, so daß durch die Lateralbewegung des Düsenkörpers ein Ausgleich erfolgen kann. Ein solcher Lateralausgleich kommt auch dann zum Tragen, wenn das Metallband eine bestimmte Wölbung erfährt. Dann kann durch die Lateralbewegung erreicht werden, daß stets der erforderliche Minimalabstand zwischen Düsenspalt und Metallbandoberfläche eingehalten wird, so daß es nicht zu Berührungen beider kommt. Die rotatorische Verstellung des Düsenkörpers kommt in Betracht, falls das Band sich in einer Ebene senkrecht zur Laufrichtung betrachtet um einen bestimmten Winkel schrägstellt, so daß es an den Bandkanten zum Kontakt mit dem Düsenspalt käme. Durch entsprechende Neigung des Düsenkörpers läßt sich auch dieser Fehler kompensieren.

Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß der Düsenkörper um eine Achse parallel zum Düsenspalt verschwenkbar ist, wobei zur Korrektur des Ausgangssignals der mindestens einen Meßeinrichtung eine den Verschwenkungswinkel erfassende Winkelkorrektureinrichtung vorgesehen ist. Eine solche Winkelkorrektor ist erforderlich, wenn in Abhängigkeit von der Viskosität des Beschichtungsmaterials die Abstreifbedingungen im Laufe des Prozesses verändert werden müssen. Da durch Verschwenken des Düsenkörpers um eine parallel zum Düsenspalt verlaufende Achse im Falle eines auf dem Düsenkörper fest angeordneten Meßsensors eine Verfälschung des Abstandssignals eintritt, ist eine elektronische Winkelerfassungseinrichtung zur Korrektur des genannten Fehlers erforderlich.

Schließlich ist es nach einem weiter bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, daß auf beiden Metallbandseiten jeweils ein Düsenkörper mit jeweils mindestens einer Meßvorrichtung vorgesehen ist, wobei eine gemeinsame Auswerteeinrichtung für die Meßsignale zur gekoppelten Ansteuerung der jeweiligen Verstellantriebe der beiden Düsenkörper zugeordnet ist. Hierdurch kann insbesondere die Zielsetzung erreicht werden, ein homogenes beidseitiges Beschichten des Metallbandes zu erreichen.

Als Meßeinrichtungen eignen sich vorzugsweise solche optischen Sensoren, welche den Abstand zur Metallbandoberfläche über die Laufzeitmessung ihres Lichtstrahls erfassen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine Skizze zur Erläuterung der Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei

Fig. 2a einer Lateralverschiebung des Metallbandes,

Fig. 2b einer Schrägstellung des Metallbandes und

Fig. 2c einer Wölbung des Metallbandes.

Fig. 3 einen Ausschnitt aus dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als Draufsicht entgegen der Metallbandlaufrichtung gesehen.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel für eine Beschichtungsvorrichtung zeigt ein Metallband 1, welches von rechts oben kommend schräg in ein Beschichtungsmittelbad 15 eintaucht, von dem lediglich der Schmelzespiegel 14 dargestellt ist. Unterhalb des Schmelzespiegels 14 wird das Band 1 mittels einer von einer Halterung 13 getragenen Umlenkrolle 6 so umgelenkt, daß es anschließend senkrecht nach oben verläuft. In Bandlaufrichtung nachgeordnet, aber noch unterhalb des Schmelzespiegels 14 sind zwei Führungsrollen 5 vorgesehen, die sich auf entgegengesetzten Seiten des Metallbandes 1 befinden. Die Führungsrollen 5 sind höhenversetzt zueinander angeordnet und jeweils getrennt durch Verstellantriebe 12 in Richtung senkrecht zur Laufrichtung des Metallbandes 1 verstellbar. Oberhalb der Führungsrollen 5 tritt das mit flüssigem Zink beschichtete Metallband 1 aus dem Beschichtungsmittelbad 15 aus und trifft auf zwei an jeweils einer Seite des Metallbandes 1 angeordnete Düsenkörper 2, deren Düsenspalte 3 einen bestimmten Abstand X zur jeweiligen Metallbandoberfläche haben. Einer der Düsenkörper 2 trägt auf seiner Oberseite einen Aufsatz für eine Meßeinrichtung 4. Die Meßeinrichtung 4 ist ein optischer Sensor, der einen Lichtstrahl entlang der mit a bezeichneten optischen Achse aussendet, welcher annähernd senkrecht auf die Bandoberfläche einfällt. Zur Vermeidung von Verunreinigungen ist die Seite der Meßeinrichtung 4, auf der der Lichtstrahl austritt, mit einer mit Druckluft beaufschlagten Schutzhülse 7 umgeben.

Wie im Detail insbesondere aus Fig. 3 hervorgeht, die eine Draufsicht desjenigen Ausschnittes von Fig. 1 zeigt, der den Bereich der Düsenkörper 2 bildet, sind entlang der Breite des Metallbandes 1 zwei Meßeinrichtungen 4a, 4b vorgesehen, die auf einem Führungsschlitten 16 angeordnet sind, wobei jede der Meßeinrichtungen 4a, 4b mittels eines zugehörigen Antriebs 6a, 6b in einer Richtung parallel zur Breite des Metallbandes 1 bzw. des Düsenspalts 3 in Bezug auf den Düsenkörper 2 separat verfahrbar ist.

Die beiden Meßeinrichtungen 4a, 4b können mittels der Antriebe 6a, 6b so verfahren werden, daß die linke Meßeinrichtung 4a bis in den linken Randbereich des Metallbandes 1 und die rechte Meßeinrichtung 4b bis hin zu dem rechten Metallbandrandbereich verfahren werden kann.

Der gesamte Aufsatz auf den Düsenkörper 2, welcher die Meßeinrichtung 4 beinhaltet, ist mittels eines Schutzblechs 8 abgekapselt.

Der Verstellantrieb 11 für den Düsenkörper 2 besteht aus zwei ebenfalls in Fig. 3 dargestellten Linearantrieben, wobei der Düsenkörper gegenüber den Linearantrieben kardanisch gelagert ist. Bei gleichgerichteter Bewegung der Antriebe ist der Düsenkörper 2 in der Normalebene des Metallbandes lateral verstellbar, so daß der Abstand zwischen Düsenspalt 3 und Oberfläche des Metallbandes veränderbar ist.

Durch gegensinnige Bewegung der Antriebe ist der Düsenkörper 2 in der Normalebene des Metallbandes 1 drehbar.

Als weitere Verstellmöglichkeit ist vorgesehen, daß jeder Düsenkörper 2 sich um einen Drehpunkt 9 verschwenken läßt, so daß der Düsenspalt 3 in die dargestellte gestrichelte Position gebracht werden kann, welche einer Winkeländerung gegenüber der Normalebene entspricht. Im oberen Bereich des Düsenkörpers 2 ist eine Winkelerfassungseinrichtung 10 vorgesehen, die den Verschwenkungswinkel um den Drehpunkt 9 feststellt und ein entsprechendes Korrektursignal zum Ausgleich des Fehlers der Meßeinrichtung 4 abgibt, der dadurch bedingt ist, daß die optische Achse a im Falle einer Verschwenkung nicht mehr senkrecht in Bezug auf die Bandlaufrichtung ist, d. h. nicht mehr der kürzesten Entfernung entspricht.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird anhand der Skizzen in Fig. 2 nunmehr näher erläutert:

Ziel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es, den Abstand zwischen Düsenspalt 3 und Metallbandoberfläche jeder der beiden Seiten des Metallbandes auf einem konstanten Wert x zu halten. Um Abweichungen von der ebenen Mittellage des Metallbandes, die in den Fig. 2a-2c durch die gestrichelte Linie dargestellt ist, auszugleichen, wird die tatsächliche Lage des Metallbandes von den Meßeinrichtungen 4a, 4b kontinuierlich erfaßt und das jeweilige Signal, welches bei fester bekannter räumlicher Zuordnung zwischen Meßeinrichtung und Düsenspalt dem jeweiligen Abstand des Punktes auf dem Düsenspalt von der Metallbandoberfläche entspricht, an eine auf die Verstellantriebe für die Düsenkörper bzw. für die Führungsrollen 5 wirkende Auswerteinrichtung gegeben.

Falls das Metallband vom mittigen Verlauf abweicht, kann dies durch die laterale oder rotatorische Verstellung der Verstellantriebe 11 der Düsenkörper 2 kompensiert werden. Es sind grundsätzlich 3 Fehlerarten möglich, die in den Fig. 2a-2c skizziert sind.

Wenn gemäß Fig. 2a das Band 1 in Bezug auf seine Mittellage (gestrichelte Linie) parallel versetzt ist, z. B. in Richtung des oberen Düsenspaltes des oberen Düsenkörpers, werden die Meßeinrichtungen 4a, 4b dieselbe Abstandverringerung feststellen, woraufhin der obere Düsenkörper 2 mittels des Verstellantriebs 11 in Fig. 2a nach oben bewegt wird, um den Sollwert x des Abstandes zwischen Düsenspalt 3 und Metallbandoberfläche 1 einzuhalten. Entsprechend bewegt sich der Verstellantrieb 11 des unteren Düsenkörpers 2 ebenfalls nach oben, so daß im Ergebnis der gewünschte Abstand wieder erreicht wird.

Wenn gemäß Fig. 2b das Metallband gegenüber der mittigen gestrichelten Position um einen bestimmten Neigungswinkel schräg gestellt ist, werden die beiden Meßeinrichtungen entlang der Metallbandbreite jeweils unterschiedliche Abstände anzeigen, wobei im oberen linken Bereich und im unteren rechten Bereich von Fig. 2b der Sollwert des Abstandes zwischen Düsenspalt und Metallbandoberfläche unterschritten wird. Die Korrektur erfolgt dann durch Drehung der jeweiligen Düsenkörper, wie dies durch die kreisförmigen Pfeile in Fig. 2b angedeutet ist. Nach Ablauf der Korrektur ist auch bei diesem Bandlauffehler über die gesamte Bandbreite wieder der gewünschte Abstandswert einzuhalten.

Ein weiterer möglicher Bandlauffehler ist in Fig. 2c angedeutet, der darin besteht, daß sich das Band 1 wölbt. Durch die Wölbung wird der zulässige Abstand im oberen Bereich etwa in der Bandmitte und im unteren Bereich an den Bandkanten unterschritten, so daß es hierdurch zur Gefahr einer Berührung zwischen Band und Düse kommt. Erfindungsgemäß erfolgt eine Korrektur dieses Fehlers derart, daß sich der obere Düsenkörper 2 lateral nach oben verstellt, bis entlang der gesamten Bandbreite mindestens der Sollwert für den Abstand zwischen Band und Düsenspalt eingehalten ist. Dies bedeutet, daß dieser Wert in der Bandmitte erreicht wird, während an den Bandkanten notwendigerweise ein größerer Abstand erforderlich ist.

Umgekehrt wird in Bezug auf den unteren Düsenkörper die Einstellung so vorgenommen, daß sich dieser so weit von den jeweiligen Bandkanten entfernt, bis auch dort der zulässige Abstand erreicht wird. Notwendigerweise wird dann in der Mitte der Abstand größer sein.

Durch die Kopplung der Ausgangssignale der Meßeinrichtungen mit dem Verstellantrieb der Führungsrollen läßt sich insbesondere bei einer festgestellten Bandwölbung durch entsprechende Ausstellung der Führungsrolle 5 das Band glätten, wodurch der Bandfehler ausgeglichen wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht über die zuvor beschriebene Kompensation von Bandlauffehlern hinaus die Möglichkeit vor, die Düsenkörper 2 in Bezug auf den Drehpunkt 9 zu verschwenken. Dies kann beispielsweise erforderlich sein, wenn sich die Viskosität des Beschichtungsmittels im Laufe des Verfahrens ändert, so daß die Abstreifbedingungen entsprechend abgeändert werden müssen. Dann bewegen sich die jeweiligen Düsenspalte 3 in die in Fig. 1 dargestellte gestrichelte Position. Um durch die Winkeländerung auftretenden Meßfehler zu kompensieren, ist die Winkelkorrektureinrichtung 10 vorgesehen. Diese ist jedoch nicht erforderlich, falls die Meßeinrichtungen 4a, 4b nicht, wie in den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen offenbart, auf dem Düsenkörper 2 ortsfest angeordnet, sondern in einer separaten baulichen Einheit untergebracht sind.

Die in Fig. 3 dargestellten Meßeinrichtungen 4a, 4b können in einfacher Weise an eine sich ändernde Breite des Metallbandes 1 angepaßt werden, da sie unabhängig voreinander mittels der Antriebe 6a, 6b verfahrbar sind. Im übrigen entsprechen die Bezugszeichen denjenigen der Fig. 1.

Bezugszeichenliste

 1 Metallband
 2 Düsenkörper
 3 Düsenspalt
 4 Meßeinrichtung
 5 Führungsrolle
 6 Umlenkrolle
 7 Schutzhülse
 8 Schutzblech
 9 Drehpunkt
10 Winkelerfassung
11 Verstellantrieb für Düsenkörper
12 Verstellantrieb für Führungsrolle
13 Halterung für Umlenkrolle
14 Schmelzespiegel
15 Beschichtungsmittelbad
16 Führungsschlitten
x Abstand Düsenspalt zur Metallbandoberfläche
a optische Achse der Meßeinrichtung

Claims (9)

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Beschichten von Metallband, wie zum Verzinken von Stahlband, mit einem vom Metallband durchlaufenen Beschichtungsmittelbad (15), wobei unterhalb des Schmelzespiegels (14) im Beschichtungsmittelbad (15) eine Umlenkrolle (6) und mindestens eine verstellbare Führungsrolle (5) für das Metallband vorgesehen sind und mit einer den Führungsrollen (5) in Bandlaufrichtung nachgeordneten oberhalb des Schmelzespiegels (14) angeordneten mit einem von einem Abblasmedium, insbesondere Druckluft, beaufschlagbaren Abblasdüsenpaar, zwischen dessen Düsenkörpern (2) das Metallband (1) mit Abstand zu den jeweiligen sich quer zur Laufrichtung erstreckenden Düsenspalten (3) der Düsenkörper (2) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß den relativ zur Metallbandoberfläche verstellbaren Düsenkörpern (2) eine optische Meßeinrichtung (4) zur Erfassung des Abstandes zwischen Düsenspalt (3) und der Metallbandoberfläche zugeordnet ist, wobei das Ausgangssignal der Meßeinrichtung der Verstelleinrichtung für die Führungsrollen und/oder der Verstelleinrichtung für die Düsenkörper (2) derart zuführbar ist, daß der Abstand zwischen Düsenspalt (3) und Metallbandoberfläche vorgebbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Meßeinrichtung (4) vom Düsenkörper (2) getragen ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß entlang des Düsenspalts (3) mehrere Meßeinrichtungen (4a, 4b) vorgesehen sind, deren jeweilige Ausgangssignale vom Verstellantrieb (11) für den Düsenkörper (2) gemeinsam ausgewertet werden.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der mehreren Meßeinrichtungen (4a, 4b) von einem Antrieb (6a, 6b) entlang eines Führungsschlittens (16) zum Düsenspalt (3) verfahrbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Meßeinrichtung (4a, 4b) ein separater Antrieb (6a, 6b) zugeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (2) in der Normalebene des Metallbandes (1) mittels des Verstellantriebs (11) transversal und/oder rotatorisch bewegbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (2) um eine Achse parallel zum Düsenspalt (3) verschwenkbar ist, wobei zur Korrektur des Ausgangssignals der Meßeinrichtung (4) eine den Verschwenkwinkel erfassende Winkelkorrektureinrichtung (10) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Metallbandseiten jeweils ein Düsenkörper (2) mit jeweils mindestens einer Meßvorrichtung (4) angeordnet ist, wobei für die Meßsignale zur gekoppelten Ansteuerung der jeweiligen Verstellantriebe (11) der beiden Düsenkörper (2) eine gemeinsame Auswerteeinrichtung eingerichtet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (4) ein den Abstand zur Metallbandoberfläche über die Laufzeit seines Lichtstrahls erfassender optischer Sensor ist.