EP2055809B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen einer Konversionsschicht - Google Patents

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EP2055809B1
EP2055809B1 EP20080105723 EP08105723A EP2055809B1 EP 2055809 B1 EP2055809 B1 EP 2055809B1 EP 20080105723 EP20080105723 EP 20080105723 EP 08105723 A EP08105723 A EP 08105723A EP 2055809 B1 EP2055809 B1 EP 2055809B1
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EP
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atomiser
conversion medium
medium
conversion
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EP20080105723
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EP2055809A3 (de
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Torsten Grohmann
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Speira GmbH
Original Assignee
Hydro Aluminium Rolled Products GmbH
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    • C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • B05B12/126—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area responsive to condition of liquid or other fluent material to be discharged, of ambient medium or of target ; responsive to condition of spray devices or of supply means, e.g. pipes, pumps or their drive means responsive to conditions of ambient medium or target, e.g. humidity, temperature position or movement of the target relative to the spray apparatus responsive to target velocity, e.g. to relative velocity between spray apparatus and target
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    • B05C9/04—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important for applying liquid or other fluent material to opposite sides of the work

Definitions

  • Conversion layers on aluminum substrates serve to give the substrate a better corrosion resistance and optionally a lower resistance to sweat transfer. Furthermore, conversion layers are suitable for increasing the adhesion of laminating substances, adhesives or paints on the aluminum substrate.
  • the conversion layer is formed by a chemical reaction, in particular by chemical oxidation, between the surface of the substrate and the applied conversion medium.
  • the Rollcoating Kunststoffe For applying a conversion layer generating conversion medium to the surface of a substrate, for example, the Rollcoating vide, so the application by roller application, known.
  • the substrate for example an aluminum strip
  • the rollers are so on one arranged the conversion medium having trough that the not in contact with the tape part of the roller in the tub, and thus in the liquid conversion medium immersed.
  • the conversion medium adhering to the part of the roller is then applied to the surface of the substrate.
  • Conversion layers can also be created by spraying the conversion medium onto the surface of the substrate.
  • this procedure is disadvantageous that after the spraying a squeezing process is required to achieve a homogeneous distribution of the sprayed conversion medium on the surface of the substrate.
  • This in turn increases the procedural and device complexity.
  • the layer thickness application is significantly influenced by the reactivity of the surface of the substrate, which complicates the control of the layer thickness application during spraying and subsequent squeezing.
  • the conversion medium is electrically charged.
  • the electrical charge is essentially based on an accumulation of the same electrical charge carriers.
  • the electrical repulsion of the accumulated charge carriers causes the liquid conversion medium to be divided into smaller liquid units, in particular droplets.
  • the fineness of the mist can be reinforced, with a surface of a substrate can be sprayed mainly uniformly.
  • means for moving the substrate relative to the atomizer are provided.
  • the substrate can be moved so that it is provided over its entire surface with a conversion layer.
  • the atomizer can be designed to be movable. The fluid lines connected to it are then accordingly directionally flexible and length-flexible form.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Konversionsschicht auf mindestens einer Oberfläche eines Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweisenden Substrats. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Aufbringen eines Konversionsmediums auf mindestens eine Oberfläche eines Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweisenden Substrats.
  • Konversionsschichten auf Aluminiumsubstraten, beispielweise auf den Oberflächen von Aluminiumbändern, dienen dazu, dem Substrat eine bessere Korrosionsresistenz und gegebenenfalls einen geringeren Schweißübergangswiderstand zu verleihen. Ferner sind Konversionsschichten geeignet, die Haftfestigkeit von Schichtungsstoffen, Klebstoffen oder Lacken auf dem Aluminiumsubstrat zu erhöhen. Die Konversionsschicht wird durch eine chemische Reaktion, insbesondere durch chemische Oxidation, zwischen der Oberfläche des Substrats und dem aufgebrachten Konversionsmedium ausgebildet.
  • Zum Aufbringen eines die Konversionsschicht erzeugenden Konversionsmediums auf die Oberfläche eines Substrats ist beispielsweise das Rollcoatingverfahren, also das Aufbringen durch Walzenauftrag, bekannt. Dabei wird das Substrat, beispielsweise ein Aluminiumband, durch eine Anordnung von Walzen geführt. Die Walzen sind so an einer das Konversionsmedium aufweisenden Wanne angeordnet, dass der nicht mit dem Band in Berührung stehende Teil der Walze in die Wanne, und damit in das flüssige Konversionsmedium, eintaucht. Durch Drehung der Walze wird dann das an dem Teil der Walze haftende Konversionsmedium auf die Oberfläche des Substrats aufgetragen.
  • Nachteilig an dem Rollcoaterverfahren ist, dass es einen hohen verfahrenstechnischen und vorrichtungstechnischen Aufwand erfordert. Der für die Auftragswalzen und die Wanne bereitzustellende Bauraum hat einen hohen Platzbedarf zur Folge. Im Fall eines Konversionsmedienwechsels muss die Wanne erst geleert, gereinigt und mit dem neuen Konversionsmedium befüllt werden. Dies bringt eine Vielzahl von Verfahrensschritten mit sich und erhöht somit den Zeitbedarf. Darüber hinaus ergibt sich hoher Nacharbeitungsbedarf, wenn die Walzen ausgetauscht werden müssen, weil sich die Breite des durch die Walzen geführten Substrats geändert hat. Insbesondere müssen die Walzen dann nachgeschliffen und neu gummiert werden. Bei der Durchführung des Walzenauftrags ist weiterhin die Genauigkeit des Schichtdickenauftrags beschränkt, so dass der Schichtdickenauftrag während des Verfahrens überwacht werden muss. Gegebenenfalls müssen die Prozessparameter während des Verfahrens angepasst werden, beispielsweise wenn die Istdicke der Konversionsschicht zu stark von der Solldicke der Konversionsschicht abweicht.
  • Konversionsschichten können auch erzeugt werden, indem das Konversionsmedium auf die Oberfläche des Substrats gespritzt wird. An dieser Vorgehensweise ist jedoch nachteilig, dass nach dem Aufspritzen ein Abquetschvorgang erforderlich ist, um eine homogene Verteilung des aufgespritzten Konversionsmediums auf der Oberfläche des Substrats zu erreichen. Dies erhöht wiederum den verfahrenstechnischen und vorrichtungstechnischen Aufwand. Weiterhin wird der Schichtdickenauftrag wesentlich von der Reaktivität der Oberfläche des Substrats mitbestimmt, welche die Steuerung des Schichtdickenauftrags beim Aufspritzen und anschließendem Abquetschen erschwert.
  • Schließlich können Konversionsschichten auch erzeugt werden, indem das Substrat in das in einer Wanne vorgehaltene Konversionsmedium eingetaucht wird. Auch bei dieser Methode ist eine kontinuierliche Badepflege bzw. Badüberwachung notwendig. Dies hat einen erhöhten vorrichtungstechnischen Aufwand zur Folge. Weiterhin fallen auch bei der Methode des Tauchens lange Rüstzeiten, beispielsweise für die Reinigung, an, wenn das Konversionsmedium ausgetauscht werden soll. Darüber hinaus sind beim Tauchen zumindest Teile des Substrats in zeitlich verlängertem Kontakt mit dem flüssigen Konversionsmedium, so dass sich unerwünschte, insbesondere chemische, Rückkopplungseffekte zwischen dem Substrat und dem sich in der Wanne befindlichen Konversionsmedium einstellen können. Schließlich hat auch beim Tauchen die Reaktivität der Oberfläche des Substrats einen wesentlichen, in der Wanne schwer steuerbaren Einfluss auf den Schichtdickenauftrag des Konversionsmediums.
  • Ein Verfahren zur Erzeugung einer Konversionsschicht auf einer metallischen Oberfläche ist aus der DE 26 23 604 bekannt. Diese Druckschrift offenbart ein Verfahren zum Erzeugen einer Konversionsschicht auf einer Oberfläche eines Aluminiumsubstrats, bei dem ein flüssiges Konversionsmedium einem Zerstäuber zugeführt wird, eine elektrische Spannung zwischen dem Zerstäuber und der Oberfläche des metallischen Substrats angelegt wird, und der das Konversionsmedium aufweisende Sprühnebel auf die Oberfläche gesprüht wird, so dass sich eine Konversionsschicht ausbildet.
  • Daneben beschreibt die DE 2151046 ein Verfahren zur Passivierung metallischer Oberflächen, bei dem die Passivierungsflüssigkeit aus einem Glasbehälter, der eine Einheit aus Medienvorlage, Dosiereinheit und Zerstäuber bildet, auf ein metallisches Substrat aufgetragen wird. In dem die Passivierungsflüssigkeit aufweisenden Teil des Glasbehälters ist eine Elektrode angeordnet, an die eine elektrische Spannung angelegt wird. Zwischen der Elektrode und dem metallischen Substrat wird ein elektrostatisches Feld erzeugt, in dem die Passivierungsflüssigkeit zerstäubt wird
  • Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend von diesem Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit dem bzw. mit der der Auftrag von
  • Konversionsmedien auf die Oberflächen von Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweisenden Substraten verbessert werden kann.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, das die folgenden Verfahrensschritte umfasst: Zuführen eines flüssigen Konversionsmediums von einer Medienvorlage zu mindestens einem Zerstäuber, wobei das flüssige Konversionsmedium von der Medienvorlage zu mindestens einer Dosiereinheit und von der Dosiereinheit in dosierter Menge zu dem Zerstäuber geführt wird und wobei die verbindenden Fluidleitungen mit dem mindestens einen Zerstäuber elektrisch leitend verbunden sind, Zerstäuben des flüssigen Konversionsmediums in feine Tröpfchen, Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen dem Zerstäuber und der mindestens einen Oberfläche des Substrats mittels einer Spannungsversorgung, Aufsprühen des das Konversionsmedium aufweisenden Sprühnebels auf die mindestens eine Oberfläche des Substrats, so dass das Konversionsmedium mit der mindestens einen Oberfläche des Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweisenden Substrats chemisch reagiert und somit eine Konversionsschicht ausgebildet wird.
  • Das Aufsprühen des Sprühnebels gewährleistet, dass die Oberfläche des Substrats gleichmäßig und in definierter Weise mit dem Konversionsmedium beaufschlagt wird. Zusätzliche Verfahrensschritte wie das Verteilen des Konversionsmediums auf der Oberfläche sind somit nicht notwendig. Vorrichtungen wie beispielsweise Tauchwannen oder Auftragswalzen können demnach eingespart werden. Damit fällt auch der Aufwand zur Reinigung und Instandhaltung dieser Vorrichtungen weg. Weiterhin verringert sich der Platzbedarf, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verfügung gestellt werden muss.
  • Das flüssige Konversionsmedium wird in feine Tröpfchen zerstäubt. Durch das Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen dem Zerstäuber und der mindestens einen Oberfläche des Substrats mittels einer Spannungsversorgung wird das aus einer Austrittsöffnung des Zerstäubers austretende Konversionsmedium gegenüber dem Substrat elektrisch aufgeladen. Die feinen Tröpfchen des Sprühnebels erfahren im elektrischen Feld eine Kraft, die sie in Richtung auf die Oberfläche des Substrats beschleunigt. Beispielsweise kann die Zahl der Tröpfchen, die auf die Oberfläche des Substrats auftreffen, so erhöht werden, wenn zusätzlich Lenkluft zur Führung der Tröpfchen eingesetzt wird. Die Zahl der Tröpfchen, die bei Einsatz von Lenkluft unbeabsichtigt an der Oberfläche des Substrats vorbeigesprüht werden, wird verringert. Somit wird die Menge an Konversionsmedium reduziert, die eingesetzt werden muss, um einen bestimmten Oberflächenanteil des Substrats mit einer Konversionsschicht zu versehen. Damit wird auch die Effizienz der Aufbringung des Konversionsmediums verbessert.
  • Es ist dabei unwesentlich, ob das Konversionsmedium durch den Kontakt mit den Oberflächen des Zerstäubers oder aber durch separate, am Zerstäuber angebrachte Elektroden aufgeladen wird. Die Tröpfchen des zerstäubten Konversionsmediums können beispielsweise durch separate Elektroden dann aufgeladen werden, wenn sie aus einer Austrittsöffnung des Zerstäubers bereits ausgetreten sind und kein Kontakt zu den Oberflächen des Zerstäubers mehr besteht. Dennoch wird im Folgenden immer davon gesprochen, eine elektrische Spannung zwischen dem Zerstäuber und der Oberfläche des Substrats anzulegen, selbst wenn die separaten Elektroden nicht unmittelbar mit dem Zerstäuber in Kontakt stehen. Es können natürlich auch die beiden vorstehend genannten Techniken zur elektrischen Aufladung in Kombination angewendet werden. Wichtig ist, dass das Konversionsmedium gegenüber der Oberfläche des Substrats elektrisch entgegen gesetzt geladen ist.
  • Es kann sich weiterhin vorteilhaft auf den Grad der Zerstäubung auswirken, dass das Konversionsmedium elektrisch aufgeladen ist. Der elektrischen Aufladung liegt im Wesentlichen eine Anhäufung gleichnamiger elektrischer Ladungsträger zu Grunde. Wenn das Konversionsmedium aus der Austrittsöffnung hinaus tritt, beispielsweise aus Kapillarleitungen an der Austrittsöffnung, wird durch die elektrische Abstoßung der angehäuften Ladungsträger bewirkt, dass sich das flüssige Konversionsmedium in kleinere Flüssigkeitseinheiten, insbesondere Tröpfchen, aufteilt. Somit ist durch diese Teilungen die Feinheit des Nebels noch verstärkbar, mit dem eine Oberfläche eines Substrats vorwiegend gleichmäßig besprüht werden kann.
  • Das Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweisende Substrat kann geerdet werden. Durch die Erdung können überschüssige Ladungsträger, die mit den aufgeladenen Tröpfchen des Konversionsmediums auf die Oberflächen des Substrats gelangt sind, effektiv abgeführt werden. Ein Pol der Spannungsversorgung und das Substrat weisen vorzugsweise die gleiche elektrische Potentialhöhe auf. Insbesondere ist es möglich, sowohl den besagten Pol der Spannungsversorgung als auch das Substrat, insbesondere mit der gleichen Erde, elektrisch leitend zu verbinden. Für manche Anwendungen könnte es aber ausreichen, den besagten Pol der Spannungsversorgung und das Substrat auf dem gleichen elektrischen Potential zu halten, um die Abführung etwaiger überschüssiger Ladungsträger zu bewirken.
  • Vorzugsweise ist das Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweisende Substrat als Band aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet. Die Bänder können dann auf einfache Weise konversionsbeschichtet werden. Hierzu ist es nur erforderlich die Bänder während des Beschichtens relativ zum Sprühnebel zu bewegen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die mittels der Spannungsversorgung erzeugte elektrische Spannung an den Zerstäuber, an die mit dem Zerstäuber elektrisch leitend verbundene Medienvorlage und/oder an die mit dem Zerstäuber elektrisch leitend verbundenen Fluidleitungen angelegt. Dadurch ist es einem Anwender möglich, das erfindungsgemäße Verfahren nach seinen Vorstellungen auszugestalten. Beispielsweise kann die Zeit, die das Konversionsmedium der angelegten Spannung ausgesetzt ist, erhöht werden, wenn die Spannung nicht erst an dem Zerstäuber, sondern an ein dem Zerstäuber vorgelagertes Bauteil, beispielsweise die Medienvorlage, angelegt wird. Durch die elektrisch leitenden Verbindungen des entsprechenden Bauteils mit dem Zerstäuber ist jedoch gewährleistet, dass die elektrische Spannung auch zwischen dem Zerstäuber und der Oberfläche des Substrats anliegt.
  • Der zeitliche Spannungsverlauf der elektrischen Spannung kann so gewählt werden, wie es für das Verfahren zweckmäßig ist. So ist das Anlegen einer Gleichspannung mit zeitlich im Wesentlichen konstantem Spannungsverlauf möglich. Allerdings können auch eine Wechselspannung, eine niederfrequente Spannung oder eine gepulste Gleichspannung für das Verfahren verwendet werden. Entscheidend ist, dass durch das Anlegen der elektrischen Spannung die Tröpfchen des Konversionsmediums aufgeladen sind und somit in Richtung auf die Oberflächen des Substrats beschleunigt werden.
  • Vorzugsweise wird das Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweisende Substrat, insbesondere über eine Bandlaufrolle, geerdet. Die Erdung des Substrats wirkt sich vorteilhaft auf die Aufrechterhaltung der elektrischen Spannung zwischen dem Zerstäuber und der Oberfläche des Substrats und dadurch auf die Größe der Kraft auf, mit der die Tröpfchen des elektrisch aufgeladenen Sprühnebels in Richtung auf die Oberfläche des Substrats beschleunigt werden. Der Anteil an Konversionsmedium, der sonst im Zuge des Verfahrens, insbesondere bei der Verwendung von Lenkluft, an der Oberfläche des Substrats vorbei gesprüht würde, kann damit weiter vermindert werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der das Konversionsmedium aufweisende Sprühnebel beidseitig auf das Substrat gesprüht. Somit lässt sich der verfahrenstechnische Aufwand gering halten, wenn ein Substrat annähernd vollflächig mit einer Konversionsschicht versehen werden soll. Insbesondere ist diese Vorgehensweise vorteilhaft, wenn das Substrat als Band ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die zum beidseitigen Aufsprühen vorgesehenen Zerstäuber symmetrisch zu beiden Seiten des geführten Bandes angeordnet sind, wobei die Austrittsöffnungen auf die Oberflächen des Bandes ausgerichtet sind.
  • Es ist möglich, im Zuge des Verfahrens die Menge des auf die Oberfläche des Substrats gesprühten Konversionsmediums zu überwachen. Zur Überwachung können beispielsweise Wirbelstromverfahren, Ultraschallverfahren, optische Verfahren oder auch Oberflächenwiderstandsmessungen verwendet werden. Somit kann die Dicke der Konversionsschicht auf der Oberfläche des Substrats geregelt werden. Die Überwachung ermöglicht das Eingreifen in den Verfahrensablauf, beispielsweise die Änderung eines Prozessparameters, um einen vom Sollwert abweichenden Schichtdickenauftrag zu korrigieren.
  • Es ist jedoch bevorzugt, dass das flüssige Konversionsmedium von der Medienvorlage zu mindestens einer Dosiereinheit und von der Dosiereinheit in dosierter Menge dem Zerstäuber zugeführt wird. Auf diese Weise kann ein Eingriff in den Verfahrensablauf vermieden werden. Eine Änderung von Prozessparametern im Zuge des Verfahrens ist nicht mehr notwendig. Die Dosiereinheit gewährleistet, dass lediglich die gewünschte Menge an Konversionsmedium auf einen bestimmten Oberflächenanteil des Substrats aufgebracht wird. Somit kann der Schichtdickenauftrag sehr genau gesteuert werden. Außerdem kann der Ausschuss an Substrat, der üblicherweise beim Eingreifen in den Verfahrensablauf entsteht, verringert werden. Weiterhin werden keine Vorrichtungen zur Überwachung der Schichtdickenauftrags benötigt. Es ist jedoch auch möglich, zusätzlich zur Dosierung des Konversionsmediums eine Überwachung durchzuführen, um eine doppelte Absicherung zu erreichen.
  • Die mittels der Spannungsversorgung erzeugte elektrische Spannung kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch an die mit dem Zerstäuber elektrisch leitend verbundene Dosiereinheit angelegt werden. Dadurch erhält ein Anwender des erfindungsgemäßen Verfahrens weitere Freiheiten in der Ausgestaltung des Verfahrens.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn ein Band aus Aluminium oder ein Band aus einer Aluminiumlegierung unmittelbar nach seiner Herstellung konversionsbeschichtet wird. In diesem Fall kann die Konversionsbeschichtung als Teil des Herstellungsverfahrens erfolgen, so dass als Endprodukt ein konversionsbeschichtetes Band aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung vorliegt. Durch diese Vorgehensweise kann vermieden werden, dass die Bänder nach der Fertigung zunächst eingelagert werden, bevor sie dann zur Konversionsbeschichtung wieder einer Bandlaufvorrichtung zugeführt werden müssen.
  • Gemäß einer weiteren Lehre der vorliegenden Erfindung wird die aufgezeigte Aufgabe mit einer Vorrichtung mit einer Medienvorlage, die ein flüssiges Konversionsmedium bereitstellt, mit mindestens einem eine Austrittsöffnung aufweisenden Zerstäuber, mit die Medienvorlage und den mindestens einen Zerstäuber verbindenden Fluidleitungen, wobei mindestens einem Zerstäuber eine Dosiereinheit vorgeschaltet ist und wobei die verbindenden Fluidleitungen mit dem mindestens einen Zerstäuber elektrisch leitend verbunden sind, und mit einer Spannungsversorgung zum Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen dem Zerstäuber und der mindestens einen Oberfläche des Substrats, wobei die Austrittsöffnung des mindestens einen Zerstäubers auf die mindestens eine Oberfläche des Substrats ausrichtbar ist, gelöst.
  • Unter einer Medienvorlage ist insbesondere ein Behälter zu verstehen, in dem das Konversionsmedium bevorratet bzw. bereitgestellt wird. Die Medienvorlage ist über Fluidleitungen mit dem Zerstäuber verbunden. Als Fluidleitungen können beispielsweise Rohre oder Schläuche verwendet werden. Allgemein wird das Konversionsmedium durch die Fluidleitungen den einzelnen Elementen der Vorrichtung zugeführt. Die Zuführung kann dabei durch einen externen Antrieb wie beispielsweise eine Pumpe bewirkt werden. Es ist jedoch auch möglich, durch geeignete Wahl der Anordnung bzw. Ausbildung der Elemente der Vorrichtung einen Gravitationsantrieb oder eine Kapillarantrieb oder eine Kombination davon zu verwenden. Insbesondere weist der Zerstäuber bevorzugt Kapillarleitungen auf, durch die das Konversionsmedium zu der Austrittsöffnung des Zerstäubers geführt werden kann, wo es dann zerstäubt wird.
  • Das Konversionsmedium weist bevorzugt Chromsalze, Fluoride, Chromphosphate, Zinkphosphate oder beliebige Kombinationen davon in einer Lösung oder Suspension auf. Es ist jedoch auch möglich, Verbindungen zum Erzeugen der Konversionsschicht heranzuziehen, die Titan, Zirkonium, Cer, Mangan, Cobalt, organische Polymere wie Polyanilin oder Oxoanionen wie Molybdat, Vandat oder Silicat aufweisen. Die vorstehend genannten Bestandteile des Konversionsmediums haben jedoch nur beispielhaften Charakter und sind nicht als beschränkend anzusehen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung sind Mittel zum Bewegen des Substrats relativ zu dem Zerstäuber vorgesehen. Auf diese Weise kann das Substrat so bewegt werden, dass es vollflächig mit einer Konversionsschicht versehen wird. Es ist natürlich auch möglich, zumindest Teile der Vorrichtung so auszugestalten, dass sie relativ zum Substrat bewegt werden können. Beispielsweise kann der Zerstäuber beweglich ausgebildet sein. Die an ihn angeschlossenen Fluidleitungen sind dann dementsprechend richtungsflexibel und längenflexibel auszubilden.
  • Insbesondere umfassen die Mittel zum Bewegen des Substrats relativ zu dem Zerstäuber eine Bandlaufvorrichtung. Diese Ausgestaltung ist besonders geeignet, wenn das Substrat ein Band aus Aluminium oder ein Band aus einer Aluminiumlegierung ist. Eine Bandlaufvorrichtung kann beispielsweise eine Abwickelhaspel, eine Aufwickelhaspel und Führungswalzen umfassen.
  • Erfindungsgemäß ist mindestens einem Zerstäuber eine Dosiereinheit vorgeschaltet. Vorzugsweise ist die Dosiereinheit in den Zerstäuber integriert. Dadurch lässt sich der Bauraum, den die Vorrichtung einnimmt, weiter reduzieren. Außerdem lassen sich durch diese Ausgestaltung die anderenfalls notwendigen Abschnitte der Fluidleitungen einsparen.
  • Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Medienvorlage, die mindestens eine Dosiereinheit und/oder die verbindenden Fluidleitungen mit dem mindestens einen Zerstäuber elektrisch leitend verbunden sind. Insbesondere kann dann die elektrische Spannungsversorgung mit der Medienvorlage, mit mindestens einer Dosiereinheit, mit mindestens einem Zerstäuber und/oder mit den verbindenden Fluidleitungen verbunden werden. Dadurch wird eine hohe Flexibilität bezüglich der Anordnung der elektrischen Leitungen erreicht.
  • In einer nächsten bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung sind Mittel zur Erdung des Substrats vorgesehen, wobei diese Mittel insbesondere eine Bandlaufrolle umfassen können. Bandlaufrollen sind besonders geeignet, wenn das mit einer Konversionsschicht zu versehene Substrat ein Band ist. Insbesondere durch den leitfähigen Kontakt zwischen dem Band und der Bandlaufrolle über vorzugsweise die gesamte Breite des Bandes wird gewährleistet, dass das Band als Gegenelektrode gegenüber dem Zerstäuber wirken kann. Vorzugsweise ist die Bandlaufrolle in Bandlaufrichtung dem Zerstäuber vorgelagert, da die Bildung einer Konversionsschicht auf der Oberfläche des Bandes die Leitfähigkeit des Bandes reduziert. Es ist möglich, die Bandlaufrolle als auch einen Pol der Spannungsversorgung an die gleiche Erde zu legen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Bandlaufrolle und den besagten Pol der Spannungsversorgung lediglich auf dem gleichen elektrischen Potential zu halten.
  • Vorzugsweise sind zum beidseitigen Aufbringen des Konversionsmediums auf das Substrat zwei Zerstäuber vorgesehen. Es ist natürlich auch möglich, mehr als zwei Zerstäuber vorzusehen, wenn die Sprühgeometrie der Zerstäuber und die Abmessungen des Bandes dies erfordern.
  • Weiterhin können zum Bereitstellen des Konversionsmediums beim beidseitigen Aufbringen auf das Substrat zwei Medienvorlagen vorgesehen sein. Damit können gegebenenfalls unterschiedliche Konversionsmedien auf unterschiedliche Oberflächenbereiche des Substrats aufgebracht werden, was dem Anwender der erfindungsgemäßen Vorrichtung größere Freiheit gewährt.
  • Sind gemäß einer nächsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung Mittel zur Überwachung der auf die mindestens eine Oberfläche des Substrats aufgesprühten Menge des Konversionsmediums vorgesehen, kann eine hohe Prozesssicherheit beim Auftragen einer vorbestimmten Schichtdicke auf das Substrat erzielt werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Austrittsöffnung des Zerstäubers so ausgebildet, dass zumindest eine Abmessung der mindestens einen Oberfläche des Substrats mit dem Sprühnebel abdeckbar ist. Durch die Anpassung der Austrittsöffnung an die Geometrie des Substrats, beispielsweise die Breite eines bandförmigen Substrats, wird ein zu wiederholender Sprühauftrag des Konversionsmediums auf die Oberfläche des Substrats vermieden.
  • Hinsichtlich weiterer Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird auf die Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen, und hinsichtlich weiterer Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die Ausführungen zur erfindungsgemäßen Vorrichtung verwiesen.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wozu auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aufbringen eines Konversionsmediums auf ein Aluminiumband.
  • Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum beidseitigen Aufbringen eines Konversionsmediums auf die Oberflächen eines Aluminiumbandes 4. Das Aluminiumband 4 wird mittels einer Bandlaufvorrichtung (nicht dargestellt) in Richtung A, in der Darstellung von rechts nach links, beispielsweise mit im Wesentlichen konstanter Geschwindigkeit bewegt. Das Band kann unmittelbar vorher beispielsweise einer Umformung durch Kaltwalzen (nicht dargestellt) unterzogen worden sein. Das nun folgende Auftragen des Konversionsmediums 2 kann also unmittelbar nach dem Herstellungsprozess des Aluminiumbandes vorgenommen werden.
  • In diesem Beispiel sind zwei Medienvorlagen 6, 6' vorgesehen, die ein gleichartiges, flüssiges Konversionsmedium 2 enthalten. Es ist aber auch möglich, die erste Medienvorlage 6 mit einem bestimmten Konversionsmedium und die zweite Medienvorlage 6' mit einem bestimmten anderen Konversionsmedium zu befüllen, wenn dies für Anwendung zweckmäßig ist. Weiterhin ist es möglich, lediglich eine Medienvorlage 6, 6' zu verwenden, aus der ein Konversionsmedium 2 den beiden Zerstäubern 8, 8' zugeführt wird.
  • Durch Fluidleitungen 10 wird das Konversionsmedium 2 zuerst zwei Dosiereinheiten 14, 14' zugeführt. Die Zuführung wird mittels einer Pumpe vorgenommen, die in diesem Schema nicht dargestellt ist. Die Dosiereinheiten 14, 14' sind beidseitig des Aluminiumbandes 4 angeordnet. In den Dosiereinheiten 14, 14' wird die Menge an Konversionsmedium 2 eingestellt, die über die Fluidleitungen 10 den beiden Zerstäubern 8, 8' zugeführt wird. Die dosierte Menge kann insbesondere an die Geschwindigkeit des Aluminiumbandes 2 in Bandlaufrichtung A angepasst sein. Besonders bevorzugt ist es, wenn Änderungen der Geschwindigkeit des Bandes weitgehend automatisch erfasst werden, und die Dosiereinheiten 14, 14' die abzugebende Menge an Konversionsmedium 2 dementsprechend ebenfalls im Wesentlichen selbsttätig anpassen können. Die Dosiereinheiten 14, 14' sind in diesem Beispiel separat von den Zerstäubern 8, 8' angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, die Dosiereinheiten 14, 14' in die Zerstäuber 8, 8' zu integrieren, um so den Platzbedarf der Vorrichtung zu verringern.
  • An die Fluidleitungen 10 ist beidseitig des Aluminiumbandes 4 ein Pol einer Spannungsversorgung 12 angeschlossen (gepunktete Linien). Der andere Pol der Spannungsversorgung ist in diesem Ausführungsbeispiel geerdet. Durch die Spannungsversorgung 12 wird beispielsweise eine konstante elektrische Spannung zwischen dem Substrat 4 und den Zerstäubern 8, 8' angelegt. Grundsätzlich können aber auch zeitlich veränderliche Spannungsverläufe eingestellt werden. Die Fluidleitungen 10 sind in diesem Beispiel mit den Zerstäubern 8, 8' über die Dosiereinheiten 14, 14' elektrisch leitend verbunden. Dadurch kann das Konversionsmedium elektrisch aufgeladen werden.
  • Das Konversionsmedium 2 gelangt nun über Kapillaren (nicht dargestellt) in den Zerstäubern 8, 8' zu den Austrittsöffnungen (nicht dargestellt) der Zerstäuber 8, 8'. Kapillare sind vorteilhaft, da sie dem flüssigen Konversionsmedium 2 beim Austritt aus den Austrittsöffnungen eine geringe räumliche Ausdehnung verleihen. Es können aber natürlich noch weitere Mittel zur Zerstäubung des Konversionsmediums 2 an den Zerstäubern 8, 8' vorgesehen sein. Die Austrittsöffnungen sind vorteilhafterweise quer zur Bandlaufrichtung A des Aluminiumbandes 4 so ausgebildet, dass die gesamte Breite des Aluminiumbandes 4 mit dem Konversionsmedium versehen werden kann.
  • Nach Austritt des flüssigen Konversionsmediums überwiegend in Form von Tröpfchen können die Tröpfchen wegen der elektrischen Abstoßung angehäufter gleichnamiger Ladungsträger in noch kleinere Tröpfchen zerstäubt werden (nicht dargestellt), so dass sich der Sprühnebel 18 noch weiter verfeinert. Mit diesem Sprühnebel 18 werden die Oberflächen des Aluminiumbandes 4 beaufschlagt. Durch das Anliegen der elektrischen Spannung zwischen den Zerstäubern und den Oberflächen des Substrats werden die elektrisch aufgeladenen feinen Tröpfchen des Konversionsmediums in Richtung auf die Oberflächen des Substrats beschleunigt. Die Effizienz des Konversionsmedienauftrags kann so erhöht werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn zusätzlich Lenkluft zur Führung der feinen Tröpfchen verwendet wird. Auf den Oberflächen des Substrats bildet sich ein gleichmäßiger Film des Konversionsmediums 2 aus. Während der Weiterführung des so besprühten Abschnitts des Aluminiumbandes 4 durch die Bandlaufvorrichtung, beginnt in den nachfolgenden Bereichen 20, 20' die Ausbildung der Konversionsschicht auf dem Aluminiumband 4 durch chemische Reaktion.
  • Das Aluminiumband 4 wird, bevor es die Vorrichtung 1 zum Aufbringen des Konversionsmediums erreicht, über eine geerdete Bandlaufrolle 16 geführt. Überschüssige Ladungsträger können so effektiv abgeführt werden. Die Anordnung der geerdeten Bandlaufrolle 16 in Bandlaufrichtung A des Aluminiumbandes 4 vor der Vorrichtung 1 ist vorteilhaft, da die Ausbildung einer Konversionsschicht die Leitfähigkeit des Aluminiumbandes 4 beeinträchtigt. Würde die Erdung der Bandlaufrolle 16 in Bandlaufrichtung A des Aluminiumbandes 4 hinter der Vorrichtung 1 ausgeführt, könnten die überschüssigen Ladungsträger im und auf dem mit einer Konversionsschicht versehenen Aluminiumband 4 nur unvollkommen abgeführt werden. In dem in Fig. 1 gezeigten, schematischen Ausführungsbeispiel liegen die Bandlaufrolle 16 und ein Pol der Spannungsversorgung 12 an der gleichen Erde. Es ist aber auch möglich, die Bandlaufrolle 16 und den besagten Pol der Spannungsversorgung 12 lediglich auf dem gleichen elektrischen Potential zu halten.
  • In dem vorstehend beschriebenen Beispiel verläuft die Bandlaufrichtung A im Wesentlichen horizontal. Es ist jedoch auch möglich, die Bandlaufrichtung A vertikal oder in einem beliebigen Winkel zur Horizontalen oder Vertikalen auszurichten.

Claims (18)

  1. Verfahren zum Erzeugen einer Konversionsschicht auf mindestens einer Oberfläche eines Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweisenden Substrats, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
    Zuführen eines flüssigen Konversionsmediums von einer Medienvorlage zu mindestens einem Zerstäuber, wobei das flüssige Konversionsmedium von der Medienvorlage zu mindestens einer Dosiereinheit und von der Dosiereinheit in dosierter Menge zu dem Zerstäuber geführt wird und wobei die verbindenden Fluidleitungen mit dem mindestens einen Zerstäuber elektrisch leitend verbunden sind,
    Zerstäuben des flüssigen Konversionsmediums in feine Tröpfchen,
    Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen dem Zerstäuber und der mindestens einen Oberfläche des Substrats mittels einer Spannungsversorgung,
    Aufsprühen des das Konversionsmedium aufweisenden Sprühnebels auf die mindestens eine Oberfläche des Substrats, so dass das Konversionsmedium mit der mindestens einen Oberfläche des Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweisenden Substrats chemisch reagiert und somit eine Konversionsschicht ausgebildet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat als Band aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die mittels der Spannungsversorgung erzeugte elektrische Spannung an den Zerstäuber, an die mit dem Zerstäuber elektrisch leitend verbundene Medienvorlage und/oder an die mit dem Zerstäuber elektrisch leitend verbundenen Fluidleitungen angelegt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat über eine Bandlaufrolle geerdet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass der das Konversionsmedium aufweisende Sprühnebel beidseitig auf das Substrat gesprüht wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des auf die mindestens eine Oberfläche des Substrats gesprühten Konversionsmediums überwacht wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die mittels der Spannungsversorgung erzeugte elektrische Spannung an die mit dem Zerstäuber elektrisch leitend verbundene Dosiereinheit angelegt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Band aus Aluminium oder aus der Aluminiumlegierung unmittelbar nach seiner Herstellung konversionsbeschichtet wird.
  9. Vorrichtung (1) zum Aufbringen eines Konversionsmediums (2) auf mindestens eine Oberfläche eines Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweisenden Substrats,
    mit einer Medienvorlage (6), die ein flüssiges Konversionsmedium (2) bereitstellt,
    mit mindestens einem eine Austrittsöffnung aufweisenden Zerstäuber (8, 8'),
    mit die Medienvorlage (6) und den mindestens einen Zerstäuber (8, 8') verbindenden Fluidleitungen (10), wobei mindestens einem Zerstäuber (8, 8') eine Dosiereinheit (14, 14') vorgeschaltet ist und wobei die verbindenden Fluidleitungen (10) mit dem mindestens einen Zerstäuber (8, 8') elektrisch leitend verbunden sind, und
    mit einer Spannungsversorgung zum Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen dem Zerstäuber und der mindestens einen Oberfläche des Substrats,
    wobei die Austrittsöffnung des mindestens einen Zerstäubers (8, 8') auf die mindestens eine Oberfläche des Substrats ausrichtbar ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Bewegen des Substrats relativ zu dem Zerstäuber vorgesehen sind.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Bewegen des Substrats relativ zu dem Zerstäuber eine Bandlaufvorrichtung umfassen.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinheit (14, 14') in den Zerstäuber (8, 8') integriert ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Medienvorlage (6) und/oder die mindestens eine Dosiereinheit (14, 14') mit dem mindestens einen Zerstäuber (8, 8') elektrisch leitend verbunden sind.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Bandlaufrolle (16) zur Erdung des Substrats vorgesehen ist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass zum beidseitigen Aufbringen des Konversionsmediums (2) auf das Substrat zwei Zerstäuber (8, 8') vorgesehen sind.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet, dass zum Bereitstellen des Konversionsmediums (2) beim beidseitigen Aufbringen auf das Substrat zwei Medienvorlagen (6, 6') vorgesehen sind.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16,
    dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Überwachung des auf die mindestens eine Oberfläche des Substrats aufgesprühte Menge des Konversionsmediums (2) vorgesehen sind.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung des Zerstäubers (8, 8') so ausgebildet ist, dass zumindest eine Abmessung der mindestens einen Oberfläche des Substrats mit dem Sprühnebel (18) abdeckbar ist.
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