EP4210877B1 - Method and device for electrostatic coating metal strips - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrostatischen Beschichtung eines Metallbandes mit einem Beschichtungswerkstoff unter Verwendung mindestens eines Düsenbalkens, wobei das Metallband in Längsrichtung relativ zu dem mindestens einen Düsenbalken bewegt wird, wobei der mindestens eine Düsenbalken mindestens eine Schlitzdüse mit einem Düsenspalt aufweist, welche das in Längsrichtung bewegte Metallband in Querrichtung zumindest teilweise überdeckt, zwischen dem mindestens einen Düsenbalken und dem Metallband über eine Spannungsquelle ein elektrostatisches Feld erzeugt wird und das Metallband zumindest teilflächig mit mindestens einem Beschichtungswerkstoff unter Verwendung des mindestens einen Düsenbalkens elektrostatisch beschichtet wird. Daneben betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur elektrostatischen Beschichtung eines Metallbandes mit einem Beschichtungswerkstoff, insbesondere mit technischen Ölen oder Umformhilfsmitteln, wobei die Vorrichtung Mittel zur Durchführung einer Relativbewegung des Metallbands in Längsrichtung relativ zu mindestens einem Düsenbalken aufweist, der mindestens eine Düsenbalken das Metallband in dessen Querrichtung zumindest teilweise überdeckt und über eine Spannungsquelle zwischen dem mindestens einen Düsenbalken und dem Metallband ein elektrostatisches Feld erzeugt wird.The invention relates to a method for electrostatically coating a metal strip with a coating material using at least one nozzle bar, wherein the metal strip is moved in the longitudinal direction relative to the at least one nozzle bar, wherein the at least one nozzle bar has at least one slot nozzle with a nozzle gap, which at least partially covers the metal strip moved in the longitudinal direction in the transverse direction, an electrostatic field is generated between the at least one nozzle bar and the metal strip via a voltage source, and the metal strip is electrostatically coated at least partially with at least one coating material using the at least one nozzle bar. In addition, the invention relates to a device for electrostatically coating a metal strip with a coating material, in particular with technical oils or forming aids, wherein the device has means for carrying out a relative movement of the metal strip in the longitudinal direction relative to at least one nozzle bar, the at least one nozzle bar at least partially covers the metal strip in its transverse direction and an electrostatic field is generated between the at least one nozzle bar and the metal strip via a voltage source.
Das elektrostatische Beschichten von Metallbändern unter Verwendung mindestens eines Düsenbalkens ist beispielsweise aus dem US-Patent
Bei der Beschichtung von Metallbändern, insbesondere Aluminium oder Aluminiumlegierungsbändern, welche für die Weiterverarbeitung zu geformten Blechteilen, beispielsweise von Kraftfahrzeugen vorgesehen sind, kommt es bei der Beschichtung mit technischen Ölen, z.B. Schutzölen oder Umformhilfsmitteln darauf an, das Metallband möglichst gleichmäßig zu beschichten. Anders als bei Lackierungen können variierende Schichtdicken der technischen Schutzöle oder Umformhilfsmitteln aber nicht durch eine einfache visuelle Inspektion bewertet werden. Gleichwohl führen unbeschichtete oder zu gering beschichtete Bereiche des Metallbands zu deutlich erhöhtem Ausschuss während der Herstellung von Blechformteilen aus den beschichteten Metallbändern, vorzugsweise den Aluminium oder Aluminiumlegierungsbändern. Die bekannte Änderung der Größe des Düsenspalts über die gesamte Länge des Düsenbalkens wie in der
Hierdurch wird es zwar möglich, alle Bereiche mit einer ausreichenden Menge an Beschichtungswerkstoffen zu beschichten. Es besteht aber dann das Problem, dass es Bereiche gibt, welche mit deutlich zu großen Mengen an Beschichtungswerkstoff beschichtet sind.This makes it possible to coat all areas with a sufficient amount of coating material. However, there is then the problem that there are areas that are coated with significantly too large amounts of coating material.
Zur Einstellung der Größe des Düsenspalts der Schlitzdüse des Düsenbalkens wurden bisher Stellschrauben verwendet, die über die Länge des Düsenbalkens verteilt angeordnet sind, mit welchen dann lokal die Größe des Düsenspalts beeinflusst werden kann, wie in der
Um eine fehlerhafte Beschichtung zu ändern, musste der Beschichtungsprozess gestoppt werden, der Düsenbalken aus der Vorrichtung ausgebaut und die Düsenbalkenspaltgröße vermessen, möglicherweise abgeändert und der Düsenbalken wieder eingebaut werden. Da Umformhilfsmittel und technische Öle üblicherweise mit relativ hoher Temperatur aufgetragen werden, um eine gute Verteilung des Sprühauftrags auf dem Metallband durch einer Verringerung der Viskosität des Auftragsmediums zu erreichen, war bereits das Abkühlen mit einer Änderung der Größe des Düsenspalts der Schlitzdüsen verbunden. Insbesondere bei den technischen Ölen und Umformhilfsmitteln werden schließlich sehr kleine Spaltgrößen verwendet, die weniger als 250 µm betragen. Anschließend musste der Düsenbalken wieder eingebaut und der Düsenbalken aufgeheizt und der Beschichtungsprozess wieder angefahren werden. Problematisch hierbei ist einerseits, dass der Beschichtungsprozess gestoppt werden musste. Da die Korrektur der Größe des Düsenspalts in abgekühltem Zustand erfolgt, waren die Korrekturen auch nicht immer erfolgreich, da bereits geringe Abweichungen eine unterschiedliche Beschichtungsverteilung hervorruft, so dass Ausschussproduktion die Folge war. Hiervon ausgehend lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur elektrostatischen Beschichtung eines Metallbandes mit einem Beschichtungswerkstoff und eine entsprechende Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit welchem bzw. mit welcher der Schichtauftrag auf das Metallband mit geringerem Aufwand einstellbar ist und ein Beschichten des Metallbands mit weniger Ausschuss ermöglicht.In order to change a faulty coating, the coating process had to be stopped, the nozzle bar removed from the device and the nozzle bar gap size measured, possibly modified and the nozzle bar reinstalled. Since forming aids and technical oils are usually applied at a relatively high temperature in order to achieve a good distribution of the spray application on the metal strip by reducing the viscosity of the application medium, the cooling was already associated with a change in the size of the nozzle gap of the slot nozzles. In particular with the technical oils and forming aids, very small gap sizes of less than 250 µm are used. The nozzle bar then had to be reinstalled, heated up and the coating process started again. One problem here is that the coating process had to be stopped. Since the correction of the size of the nozzle gap takes place when the material has cooled down, the corrections were not always successful, since even small deviations cause a different coating distribution, resulting in scrap production. On this basis, the object of the present invention was to provide a method for electrostatically coating a metal strip with a coating material and a corresponding device with which the layer application to the metal strip can be adjusted with less effort and which enables the metal strip to be coated with less scrap.
Die zuvor genannte Aufgabe wird gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung für ein Verfahren zur elektrostatischen Beschichtung eines Metallbands mit einem Beschichtungswerkstoff dadurch gelöst, dass eine Mehrzahl ansteuerbarer Dosierungsmittel verwendet werden, welche an dem mindestens einen Düsenbalken in dessen Längsrichtung verteilt angeordnet sind und mit welchen unter Verwendung eines Steuersignals eine lokale Veränderung der Größe des Düsenspalts des mindestens einen Düsenbalkens während der Beschichtung erfolgen kann, wobei die Dosiermittel mit mindestens einem elastischen Element des mindestens einen Düsenbalkens derart im Eingriff stehen, dass durch lokale Verformung des elastischen Elements die Größe des Düsenspalts während der Beschichtung lokal verändert werden kann, wobei das mindestens eine elastische Element ein Federstahlelement ist.According to a first teaching of the present invention, the aforementioned object is achieved for a method for the electrostatic coating of a metal strip with a coating material in that a plurality of controllable dosing agents are used, which are arranged distributed on the at least one nozzle bar in its longitudinal direction and with which below Using a control signal, a local change in the size of the nozzle gap of the at least one nozzle bar can take place during the coating, the metering means engaging with at least one elastic element of the at least one nozzle bar in such a way that the size of the nozzle gap during the is determined by local deformation of the elastic element Coating can be changed locally, the at least one elastic element being a spring steel element.
Über die ansteuerbaren Dosiermittel, welche in Längsrichtung verteilt an dem mindestens einen Düsenbalkens angeordnet sind, ist es möglich, während des Beschichtungsprozesses lokal die Größe des Düsenspalts der Schlitzdüse des mindestens einen Düsenbalkens zu ändern und damit im Betrieb die Verteilung des Beschichtungswerkstoffs zu korrigieren. Unter einer lokalen Änderung der Größe des Düsenspalts wird verstanden, dass im Bereich des jeweiligen Dosiermittels die Spaltgröße geändert wird, wobei sich diese Änderung nicht auf den gesamten Düsenspalt auswirkt.Using the controllable dosing means, which are arranged in the longitudinal direction on the at least one nozzle bar, it is possible to locally change the size of the nozzle gap of the slot nozzle of the at least one nozzle bar during the coating process and thus correct the distribution of the coating material during operation. A local change in the size of the nozzle gap is understood to mean that in the area of the respective dosing agent Gap size is changed, although this change does not affect the entire nozzle gap.
Erfindungsgemäß wird das Verfahren zur elektrostatischen Beschichtung eines Metallbands dadurch weiter verbessert, dass die Dosiermittel mit mindestens einem elastischen Element des mindestens einen Düsenbalkens derart im Eingriff stehen, dass durch lokale Verformung des elastischen Elements die Größe des Düsenspalts der Schlitzdüse während der Beschichtung lokal verändert werden kann. Durch die elastischen Eigenschaften des elastischen Elements kann ein definiertes Rückstellmoment auf die Dosiermittel erzeugt werden, sodass eine präzise Einstellung der Größe des Düsenspalts über die Dosiermittel und damit eine lokale Vergrößerung oder eine lokale Verkleinerung des Düsenspalts ermöglicht wird. Das Rückstellmoment kann dabei an die Stellkräfte der Dosiermittel angepasst werden.According to the invention, the method for electrostatically coating a metal strip is further improved in that the dosing means engage with at least one elastic element of the at least one nozzle bar in such a way that the size of the nozzle gap of the slot nozzle can be locally changed during coating by local deformation of the elastic element. The elastic properties of the elastic element can generate a defined restoring moment on the dosing means, so that a precise adjustment of the size of the nozzle gap via the dosing means and thus a local enlargement or local reduction of the nozzle gap is possible. The restoring moment can be adapted to the actuating forces of the dosing means.
Das elastische Element wird als zusätzliches elastisches Federstahlelement bereitgestellt. Auf diese Weise kann der grundsätzliche Aufbau des Düsenbalkens, welcher beispielsweise auch Mittel zum Beheizen sowie Mittel zum Zuführen des Beschichtungswerkstoffes besitzt, beibehalten werden.The elastic element is provided as an additional elastic spring steel element. In this way, the basic structure of the nozzle bar, which also has, for example, means for heating and means for supplying the coating material, can be retained.
Bevorzugt weist der Düsenbalken insofern eine erste und eine zweite Düsenbalkenhälfte auf. Das zusätzliche elastische Element kann zwischen den beiden Düsenbalkenhälften angeordnet sein und den Düsenspalt bestimmen. Durch das Vorsehen eines Federstahlelements können die elastischen Eigenschaften des Federstahlelements genau auf die Ausbildung der lokalen Größe des Düsenspalts und/oder die Dosiermittel angepasst werden.The nozzle bar preferably has a first and a second nozzle bar half. The additional elastic element can be arranged between the two nozzle bar halves and determine the nozzle gap. By providing a spring steel element, the elastic properties of the spring steel element can be precisely adapted to the formation of the local size of the nozzle gap and/or the dosing means.
Bevorzugt beträgt der Abstand der Dosiermittel auf dem mindestens einen Düsenbalken maximal 100 mm, vorzugsweise maximal 50 mm. Je geringer der Abstand der Dosiermittel desto mehr Dosiermittel können auf dem Düsenbalken angeordnet werden und umso präziser kann die Größe des Düsenspalts lokal eingestellt werden. Andererseits erhöht sich dadurch auch die Anzahl der Dosiermittel und damit die Kosten der Vorrichtung sowie der Aufwand zur Ansteuerung der Dosiermittel. Als ein limitierender Faktor für den minimalen Abstand der Dosiermittel kann bevorzugt die Größe der Dosiermittel, z.B. der Durchmesser der Dosiermittel, angesehen werden.Preferably, the distance between the dosing means on the at least one nozzle bar is a maximum of 100 mm, preferably a maximum of 50 mm. The smaller the distance between the dosing means, the more dosing means can be arranged on the nozzle bar and the more precisely the size of the nozzle gap can be locally On the other hand, this also increases the number of dosing devices and thus the costs of the device as well as the effort required to control the dosing devices. The size of the dosing devices, e.g. the diameter of the dosing devices, can be considered a limiting factor for the minimum distance between the dosing devices.
Es hat sich herausgestellt, dass gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens es vorteilhaft ist, wenn die Dosiermittel mindestens einen Piezo-Aktor oder linearen Piezo-Aktor umfassen, mit welchem die lokale Änderung der Größe des Düsenspalts erfolgt. Piezo-Aktoren können zwar nur geringe Stellbewegungen ausführen. Diese werden aber hoch präzise und mit hohen Stellkräften durchgeführt. Die hohen Stellkräfte ermöglichen hier die direkte Beeinflussung der Spaltgröße des Düsenbalkens. Durch die Ansteuerbarkeit der Piezo-Aktoren lässt sich die Größe des Düsenspalts und damit die Verteilung des Beschichtungswerkstoffs während des Beschichtens auf einfache Weise einstellen. Der Ausschuss kann so deutlich verringert werden. Insbesondere ergibt sich auch ein einfacheres Einstellen der Spaltgröße, da der Düsenbalken im betriebsbereiten Zustand mit Betriebstemperatur eingestellt werden kann. Besonders bevorzugt werden lineare Piezo-Aktoren verwendet, deren Stellwege besonders präzise Veränderungen der Größe des Düsenspalts erlauben.It has been found that, according to a further embodiment of the method, it is advantageous if the dosing means comprise at least one piezo actuator or linear piezo actuator, with which the local change in the size of the nozzle gap takes place. Piezo actuators can only carry out small adjustment movements. However, these are carried out with high precision and with high adjustment forces. The high adjustment forces enable the gap size of the nozzle bar to be directly influenced. The controllability of the piezo actuators means that the size of the nozzle gap and thus the distribution of the coating material can be easily adjusted during coating. This can significantly reduce waste. In particular, the gap size can also be adjusted more easily, since the nozzle bar can be adjusted in the operational state at operating temperature. Linear piezo actuators are particularly preferred, as their adjustment paths allow particularly precise changes in the size of the nozzle gap.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Aluminiumlegierungsband ein-oder beidseitig beschichtet. Bevorzugt werden Bänder für die Herstellung von umgeformten Blechen für Kraftfahrzeuge, insbesondere aus den Aluminiumlegierungen AA5XXX oder AA6XXX-Legierung mit einem Beschichtungswerkstoff, insbesondere technischen Schutzölen oder Umformhilfsmitteln beschichtet. Die Bänder weisen eine bevorzugte Dicke von 0,5 mm bis 4 mm auf. Entsprechende Aluminiumbänder werden vorzugsweise für den Einsatz in Kraftfahrzeugen weiteren Umformschritten, beispielsweise einem Tiefziehen, Bördeln, Biegen etc. unterzogen, bei welchem die technischen Schutzöle und Umformhilfsmittel die Umformeigenschaften des Bands bzw. Blechs deutlich verbessern und den Ausschuss verringern.According to a further embodiment of the method, an aluminum alloy strip is coated on one or both sides. Strips for the production of formed sheets for motor vehicles, in particular from the aluminum alloys AA5XXX or AA6XXX alloy, are preferably coated with a coating material, in particular technical protective oils or forming aids. The strips have a preferred thickness of 0.5 mm to 4 mm. Corresponding aluminum strips are preferably subjected to further forming steps for use in motor vehicles, for example deep drawing, flanging, bending, etc., in which the technical protective oils and forming aids significantly improve the forming properties of the strip or sheet and reduce waste.
Als Beschichtungswerkstoffe werden bevorzugt gemäß einer nächsten Ausgestaltung Schutzöle, Schmierstoffe, Umformschmierstoffe mit temperaturabhängiger Viskosität oder Hotmelts auf das Metallband aufgebracht. Schutzöle dienen vorzugsweise zum Korrosionsschutz aber auch zum Schutz vor mechanischer Beschädigung der Bänder bzw. aus ihnen hergestellter Bleche. Umformschmierstoffe sollen das Umformverhalten der aus dem Band hergestellten Bleche während des Umformens verbessern, wobei bevorzugt Umformschmierstoffe mit temperaturabhängiger Viskosität auf das Metallband aufgetragen werden. Diese können bei erhöhter Temperatur leicht auf das Metallband elektrostatisch aufgesprüht werden und bleiben aufgrund der Viskositätsänderung bei Auftreffen auf das kühlere Metallband gut an diesem Metallband haften. Derartige Umformhilfen sind insbesondere für die Umformung von Blechen aus Aluminiumlegierungsbänder wichtig, da die Umformeigenschaften höher fester Varianten beispielsweise limitiert sind und die Umformung hierdurch deutlich erleichtert wird.According to a next embodiment, protective oils, lubricants, forming lubricants with temperature-dependent viscosity or hot melts are preferably applied to the metal strip as coating materials. Protective oils are primarily used to protect against corrosion but also to protect against mechanical damage to the strips or sheets made from them. Forming lubricants are intended to improve the forming behavior of the sheets produced from the strip during forming, with forming lubricants with temperature-dependent viscosity preferably being applied to the metal strip. These can easily be electrostatically sprayed onto the metal strip at elevated temperatures and adhere well to this metal strip due to the change in viscosity when they hit the cooler metal strip. Such forming aids are particularly important for the forming of sheets made from aluminum alloy strips, since the forming properties of higher-strength variants are limited, for example, and this makes forming significantly easier.
Diese sogenannten Hotmelts können beispielswiese gemäß der nächsten Ausgestaltung des Verfahrens dadurch besser verarbeitet werden, dass der mindestens eine Düsenbalken zumindest während des Beschichtens des Metallbandes beheizt wird. Die erhöhte Temperatur des Düsenbalkens beeinflusst die Viskosität des Beschichtungswerkstoffs, sodass dieser mit verbesserter Präzision aufgetragen werden kann. Durch die lokal einstellbare Größe des Düsenspalts während des Beschichtens wird zudem erreicht, dass der Düsenbalken nicht mehr abgekühlt werden muss, um die Größe des Düsenspalts zu ändern. Im Ergebnis kann deutlich einfacher bei beheiztem Düsenbalken ein korrigierter Sprühauftrag des Beschichtungswerkstoffes erreicht werden.These so-called hot melts can, for example, be processed better according to the next embodiment of the method in that the at least one nozzle bar is heated at least during the coating of the metal strip. The increased temperature of the nozzle bar influences the viscosity of the coating material so that it can be applied with improved precision. The locally adjustable size of the nozzle gap during coating also means that the nozzle bar no longer has to be cooled down in order to change the size of the nozzle gap. As a result, a corrected spray application of the coating material can be achieved much more easily with a heated nozzle bar.
Schließlich wird gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens die Dicke der Schicht an Beschichtungswerkstoff nach dem Beschichten im laufenden Beschichtungsprozess gemessen und die Dosiermittel anhand der gemessenen Verteilung der Menge des Beschichtungswerkstoffes auf der Metallbandoberfläche eingestellt, gesteuert oder geregelt. Aufgrund der lediglich lokalen Änderung der Größe des Düsenspalts der Schlitzdüse kann durch Ansteuerung der Dosiermittel die Produktion von Ausschuss im laufenden Betrieb weiter verringert werden. Eine fehlerhafte Beschichtung kann korrigiert werden, ohne den Prozess zu stoppen oder manuell einzugreifen.Finally, according to an advantageous embodiment of the method, the thickness of the layer of coating material is measured after coating during the ongoing coating process and the dosing agents are selected based on the measured distribution of the amount of coating material on the metal strip surface set, controlled or regulated. Due to the only local change in the size of the nozzle gap of the slot nozzle, the production of rejects during operation can be further reduced by controlling the dosing agents. A faulty coating can be corrected without stopping the process or manually intervening.
Gemäß einer weiteren Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben genannte Aufgabe auch durch eine Vorrichtung zur elektrostatischen Beschichtung eines Metallbands mit einem Beschichtungswerkstoff, insbesondere technischen Ölen oder Umformhilfsmitteln dadurch gelöst, dass eine Mehrzahl an steuerbarer Dosiermittel vorgesehen sind, welche an dem mindestens einen Düsenbalken in dessen Längsrichtung verteilt angeordnet sind, wobei die ansteuerbaren Dosiermittel derart ausgebildet sind, dass diese bei Ansteuerung unter Verwendung eines Steuersignals eine lokale Veränderung der Größe des Düsenspalts des Düsenbalkens durchführen können, wobei der mindestens eine Düsenbalken mindestens ein elastisches Element zur Ausbildung des mindestens einen Düsenspalts aufweist und die ansteuerbaren Dosiermittel mit dem mindestens einen elastischen Element derart im Eingriff stehen, dass die Größe des Düsenspalts lokal verändert werden kann, wobei das mindestens eine elastische Element ein Federstahlelement ist. Mit einer Veränderung der lokalen Größe des Düsenspalts ist eine Vergrößerung oder Verkleinerung des Düsenspalts der Schlitzdüse gemeint, wobei diese sich im Wesentlichen nur im Bereich eines Dosiermittels analog zum Effekt einer Stellschraube auswirkt. Die Öffnungsweite des Düsenspalts der Schlitzdüse des Düsenbalkens ist abhängig von dem jeweiligen Medium. Für Umformschmierstoffe mit temperaturabhängiger Viskosität hat sich dabei ein Düsenspalt mit einer Breite von 200 µm bis 70 µm, vorzugsweise 170 µm bis 70 µm als vorteilhaft erwiesen.According to a further teaching of the present invention, the above-mentioned object is also achieved by a device for electrostatically coating a metal strip with a coating material, in particular technical oils or forming aids, in that a plurality of controllable dosing means are provided, which are arranged distributed on the at least one nozzle bar in its longitudinal direction, wherein the controllable dosing means are designed in such a way that they can carry out a local change in the size of the nozzle gap of the nozzle bar when controlled using a control signal, wherein the at least one nozzle bar has at least one elastic element for forming the at least one nozzle gap and the controllable dosing means are in engagement with the at least one elastic element in such a way that the size of the nozzle gap can be changed locally, wherein the at least one elastic element is a spring steel element. A change in the local size of the nozzle gap means an enlargement or reduction of the nozzle gap of the slot nozzle, whereby this essentially only has an effect in the area of a dosing means, analogous to the effect of an adjusting screw. The opening width of the nozzle gap of the slot nozzle of the nozzle bar depends on the respective medium. For forming lubricants with temperature-dependent viscosity, a nozzle gap with a width of 200 µm to 70 µm, preferably 170 µm to 70 µm, has proven to be advantageous.
Wie bereits ausgeführt kann durch das Vorsehen von ansteuerbaren Dosiermitteln, welche lokal eine Veränderung der Größe des Düsenspalts des Düsenbalkens verursachen können, die Beschichtung der Vorrichtung zur elektrostatischen Beschichtung eines Metallbands während des Betriebes der Vorrichtung korrigiert werden, so dass Fehler und Ausschussproduktionen verringert werden. Gleichzeitig kann die Beschichtung deutlich besser, nämlich im laufenden Betrieb eingestellt werden. Eingesetzt werden kann beispielsweise auch ein lediglich zweiteiliger Düsenbalken.As already explained, by providing controllable dosing means, which can locally cause a change in the size of the nozzle gap of the nozzle bar, the coating of the device for electrostatically coating a metal strip can be corrected during operation of the device, so that errors and scrap production are reduced. At the same time, the coating can be adjusted much better, namely during operation. For example, a nozzle bar consisting of just two parts can also be used.
Erfindungsgemäß weist der mindestens eine Düsenbalken mindestens ein elastisches Element zur Ausbildung des mindestens einen Düsenspalts auf, wobei die ansteuerbaren Dosiermittel mit dem mindestens einen elastischen Element derart im Eingriff stehen, dass die Größe des Düsenspalts lokal verändert werden kann. Über ein elastisches Element kann automatisch eine Rückstellkraft bereitgestellt werden, mit welcher sich die Größe des Düsenspalts präzise und wiederholgenau variieren lässt.According to the invention, the at least one nozzle bar has at least one elastic element for forming the at least one nozzle gap, the controllable metering means engaging with the at least one elastic element in such a way that the size of the nozzle gap can be changed locally. A restoring force can be automatically provided via an elastic element, with which the size of the nozzle gap can be varied precisely and with repeatability.
Weist der Düsenbalken erfindungsgemäß mindestens ein zusätzliches elastisches Element auf, so kann der Düsenbalken auf einfache Weise an verwendete Dosiermittel angepasst werden. Das elastische Element erstreckt sich dann bevorzugt zumindest über die Länge des Düsenbalkens, die für die Beschichtung des Metallbandes vorgesehen ist.If the nozzle bar has at least one additional elastic element according to the invention, the nozzle bar can be easily adapted to the dosing agent used. The elastic element then preferably extends at least over the length of the nozzle bar that is intended for coating the metal strip.
Erfindungsgemäß ist das elastische Element ein Federstahlelement. Das Federstahlelement kann die elastischen Eigenschaften mit hoher Präzision und Wiederholgenauigkeit bereitstellen. Darüber hinaus kann Federstahl auch die chemische Stabilität gegenüber den eingesetzten Beschichtungswerkstoffen bereitstellen.According to the invention, the elastic element is a spring steel element. The spring steel element can provide the elastic properties with high precision and repeatability. In addition, spring steel can also provide chemical stability with respect to the coating materials used.
Bevorzugt beträgt gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Abstand der ansteuerbaren Dosiermittel in Längsrichtung des Düsenbalkens maximal 100 mm, bevorzugt maximal 50 mm. Je kleiner der Abstand desto genauer die Möglichkeit der Einstellung der Spaltgröße. Allerdings werden bei zunehmender Anzahl an ansteuerbaren Dosiermitteln der Aufwand zur Steuerung sowie die Kosten zur Bereitstellung höher.According to a further embodiment, the distance between the controllable dosing means in the longitudinal direction of the nozzle bar is preferably a maximum of 100 mm, preferably a maximum of 50 mm. The smaller the distance, the more precise the gap size can be adjusted. However, as the number of controllable dosing means increases, the effort required for control and the costs for provision increase.
Umfassen die ansteuerbaren Dosiermittel gemäß einer nächsten Ausgestaltung mindestens einen Piezo-Aktor, oder bevorzugt mindestens einen linearen Piezo-Aktor können robuste Aktoren bereitgestellt werden, die eine präzise lokale Änderung des Düsenspalts mit großen Stellkräften durchführen können.If the controllable dosing means according to a next embodiment comprise at least one piezo actuator, or preferably at least one linear piezo actuator, robust actuators can be provided which can carry out a precise local change of the nozzle gap with large actuating forces.
Aufgrund der elektrostatischen Beschichtung liegen am Düsenbalken hohe Spannungen an. Daher ist zu jedem Dosiermittel bevorzugt ein isoliertes Übertragungsglied vorgesehen, welches die vom Dosiermittel einzustellende Größe des Düsenspalts auf den Düsenbalken lokal überträgt. Hierdurch kann das Dosiermittel sicher vor der am Düsenbalken anliegenden elektrischen Spannung geschützt werden.Due to the electrostatic coating, high voltages are present on the nozzle bar. Therefore, an isolated transmission member is preferably provided for each dosing agent, which locally transfers the size of the nozzle gap to be set by the dosing agent to the nozzle bar. This means that the dosing agent can be safely protected from the electrical voltage present on the nozzle bar.
Vorzugsweise kann als Übertragungsglied ein isolierter Gleitzylinder mit Druckstange bereitgestellt werden. Der Gleitzylinder besteht bevorzugt aus Polyamid, welches eine hohe Durchschlagsspannung pro Schichtdicke aufweist. Damit wird das Dosiermittel, vorzugsweise ein Piezo-Aktor sicher gegen die elektrostatische Spannung geschützt.An insulated sliding cylinder with a push rod can preferably be provided as the transmission member. The sliding cylinder is preferably made of polyamide, which has a high breakdown voltage per layer thickness. This means that the dosing agent, preferably a piezo actuator, is reliably protected against the electrostatic voltage.
Sind gemäß einer nächsten Ausgestaltung der Vorrichtung Mittel zur Bestimmung der Dicke der Schicht an Beschichtungswerkstoff, insbesondere technischen Ölen oder Umformhilfsmitteln auf dem Metallband nach dem Beschichten im laufenden Beschichtungsprozess vorgesehen, mit welchen die ansteuerbaren Dosiermittel in Gruppen oder separat angesteuert werden können, besteht die Möglichkeit im Betrieb der Vorrichtung möglichst früh auf fehlerhafte Beschichtungen reagieren zu können und den Ausschuss möglichst gering zu halten.If, according to a next embodiment of the device, means for determining the thickness of the layer of coating material, in particular technical oils or forming aids, are provided on the metal strip after coating in the ongoing coating process, with which the controllable dosing means can be controlled in groups or separately, there is the possibility Operation of the device to be able to react to defective coatings as early as possible and to keep waste as low as possible.
Vorteilhaft ist damit die Verwendung von erfindungsgemäß mit Umformhilfsmitteln beschichteter Metallbänder, insbesondere Aluminium- oder Aluminiumlegierungsbänder in nachfolgenden Umformprozessen, beispielsweise zur Herstellung von umgeformten Blechen für ein Kraftfahrzeug, da die Beschichtungsqualität mit Umformhilfsmittel, beispielsweise, gesteigert werden kann und so der Umformprozess weniger Ausschuss produziert.It is therefore advantageous to use metal strips coated with forming aids according to the invention, in particular aluminum or aluminum alloy strips, in subsequent forming processes, for example for producing formed sheets for a motor vehicle, since the coating quality can be increased with forming aids, for example, and the forming process thus produces less waste.
Im Weiteren soll die Erfindung nun anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt:
- Fig. 1
- in einer schematischen Schnittansicht eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren zur elektrostatischen Beschichtung eines Metallbands,
- Fig. 2
- in einer schematischen Draufsicht weitere Ausführungsbeispiele zur Anordnung eines Düsenbalkens zur elektrostatischen Beschichtung eines Metallbands,
- Fig. 3
- eine perspektivische Darstellung eines nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines verwendeten Düsenbalkens mit einem ansteuerbaren Dosierungsmittel,
- Fig. 4
- in einer perspektivischen Ansicht ein verwendeter Düsenbalken mit einer Mehrzahl ansteuerbarer Dosiermittel und
- Fig. 5, 5A
- in einer Schnittansicht das Ausführungsbeispiel aus
Fig. 3 inklusive einer vergrößerten Darstellung des Düsenspalts.
- Fig. 1
- in a schematic sectional view a device for carrying out the method for electrostatic coating of a metal strip,
- Fig. 2
- in a schematic top view, further exemplary embodiments for arranging a nozzle bar for electrostatic coating of a metal strip,
- Fig. 3
- a perspective view of an exemplary embodiment not according to the invention of a nozzle bar used with a controllable dosing agent,
- Fig. 4
- in a perspective view a nozzle bar used with a plurality of controllable dosing agents and
- Figs. 5, 5A
- the exemplary embodiment in a sectional view
Fig. 3 including an enlarged view of the nozzle gap.
In
Das Metallband 1 wird in Längsrichtung relativ zu den Düsenbalken 3 bewegt, wobei der mindestens eine Düsenbalken 3 mindestens eine Schlitzdüse mit einem Düsenspalt aufweist, welche das in Längsrichtung bewegte Metallband in Querrichtung zumindest teilweise überdeckt. Das Metallband 1 wird zumindest teilflächige mit mindestens einem Beschichtungswerkstoff 2 im vorliegenden Ausführungsbeispiel beidseitig beschichtet. Über eine Spannungsquelle 4 wird ein elektrostatisches Feld zwischen den Düsenbalken 3 und dem hier über die Bandlaufrollen geerdeten Metallband 1 erzeugt. Zur Erdung des Metallbands dienen die geerdeten Bandlaufrollen R. Als Beschichtungswerkstoffe werden vorzugsweise technische Öle oder Umformhilfsmittel, insbesondere Umformschmierstoffe, beispielsweise mit temperaturabhängiger Viskosität, beispielsweise sogenannte Hotmelts verwendet. Mit dem mindestens einen Düsenbalken 3 werden die technischen Öle, z.B. Schutzöle, welche beispielswiese vor Korrosion schützen oder die erwähnten Umformschmierstoffe auf das Metallband unter Ausnutzung des elektrostatischen Felds aufgetragen. Die Düsenbalken 3 werden in der Regel hierzu auf eine spezifische Temperatur geheizt, um die Viskosität der Beschichtungswerkstoffe zu verringern.The metal strip 1 is moved in the longitudinal direction relative to the
Erfindungsgemäß weisen die Düsenbalken, in
In
In
Die beiden Düsenbalkenhälften 3B und 3C sind an dem dem Düsenspalt 3A gegenüberliegenden Ende mechanisch miteinander verbunden, beispielsweise verschraubt, sodass der Düsenspalt 3A über Dosiermittel 5 variiert werden kann. Die Rückstellkraft zur Einstellung eines Düsenspalts gegen die Dosiermittel 5 wird durch die Verschraubung der Düsenbalkenhälften 3B und 3C und deren elastischen Eigenschaften bereitgestellt. Die Breite des Düsenspalts 3A beträgt vorzugsweise 200 µm bis 70 µm, vorzugsweise 170 µm bis 70 µm und kann in Längsrichtung des Düsenbalkens variieren.The two
In
In dem in
Im Unterschied zu einem 2-teiligen Düsenbalken ist in dem in
Der Abstand der Dosiermittel 5 am Düsenbalken kann maximal 100 mm, aber auch maximal 50 mm betragen, sodass eine hohe Anzahl an Dosiermitteln 5 auf dem Düsenbalken 3 angeordnet sind. Je kleiner der Abstand der Dosiermittel 5 untereinander, desto feiner kann die Spaltgröße der Schlitzdüse lokal eingestellt werden, um fehlerhafte Beschichtungen zu beseitigen.The distance between the dosing means 5 on the nozzle bar can be a maximum of 100 mm, but also a maximum of 50 mm, so that a large number of dosing means 5 are arranged on the
Das elastische Element 11 ist ein Federstahlelement, welches präzise in Bezug auf die bereitgestellten Stellkräfte zum Beispiel der Piezo-Aktoren ausgewählt, respektive konstruiert werden kann. Als Federstahlelement kann es die notwendigen elastischen Eigenschaften über einen langen Zeitraum mit hoher Konstanz bereitstellen.The
Der in
Bevorzugt werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung Aluminiumlegierungsbänder, welche für die Herstellung von umgeformten Blechen für Kraftfahrzeuge verwendet werden, beschichtet. Entsprechende Bleche müssen über eine Beschichtung aus technischen Ölen, Schutzölen oder Umformhilfsmitteln, beispielsweise Umformschmierstoffen verfügen, um während des Umformens ein vorher bestimmtes Umformverhalten aufzuweisen. Durch die im laufenden Betrieb lokal änderbare Größe des Düsenspalts 3A der Schlitzdüse des Düsenbalkens 3 kann der Schichtauftrag von Beschichtungswerkstoff 2 im Fehlerfall im laufenden Betrieb korrigiert werden. Im Ergebnis liefern aus entsprechend beschichteten Bändern hergestellte Bleche auch weniger Ausschuss im nachgelagerten Umformprozessen, beispielsweise bei der Herstellung von umgeformten Blechen für Kraftfahrzeuge. Dies gilt insbesondere für Aluminiumlegierungsbänder, die typischerweise im Kraftfahrzeug verwendet werden, weil diese häufig mit für den Werkstoff maximalen Umformgraden umgeformt werden.Aluminum alloy strips, which are used for the production of formed sheets for motor vehicles, are preferably coated with the method according to the invention and the device according to the invention. Corresponding sheets must have a coating of technical oils, protective oils or forming aids, such as forming lubricants, in order to have a predetermined forming behavior during forming. Due to the size of the
Claims (13)
- Method for electrostatically coating a metal strip (1) with a coating material (2) using at least one nozzle bar (3), wherein the metal strip (1) is moved in the longitudinal direction relative to the at least one nozzle bar (3), wherein the at least one nozzle bar (3) has at least one slot nozzle with a nozzle gap (3A), which at least partially covers the metal strip (1) moved in the longitudinal direction in the transverse direction, an electrostatic field is generated between the at least one nozzle bar (3) and the metal strip (1) via a voltage source (4) and the metal strip (1) is electrostatically coated at least partially with at least one coating material (2) using the at least one nozzle bar (3),
characterised in that,
a plurality of controllable dosage means (5) are used, which are arranged distributed on the at least one nozzle bar (3) in the longitudinal direction thereof and with which, using a control signal, a local change in the size of the nozzle gap (3A) of the at least one nozzle bar (3) can take place during the coating, wherein the dosage means (5) are in engagement with at least one elastic element (11) of the at least one nozzle bar (3) in such a way that the size of the nozzle gap (3A) can be changed locally during the coating by local deformation of the elastic element (11), wherein the at least one elastic element (11) is a spring steel element. - Method according to claim 1,
characterised in that,
the dosage means (5) comprise at least one piezo actuator or linear piezo actuator (6), with which the local change in the size of the nozzle gap (3A) is carried out during coating. - Method according to claim 1 or 2,
characterised in that,
an aluminium alloy strip (1) is coated on one or both sides. - Method according to one of claims 1 to 3,
characterised in that,
protective oils, lubricants, forming aids such as a forming lubricant or forming lubricants with temperature-dependent viscosity are applied to the metal strip (1) as the coating material (2). - Method according to one of claims 1 to 4,
characterised in that,
the at least one nozzle bar (3) is heated at least during the coating of the metal strip (1). - Method according to one of claims 1 to 5,
characterised in that,
the layer thickness of the coating material (2) on the metal strip (1) is measured during the ongoing coating process and the dosage means (5) are adjusted, controlled or regulated in groups or individually on the basis of the measured distribution of the quantity of the coating material (2) on the metal strip surface. - Device for the electrostatic coating of a metal strip (1) with a coating material (2), in particular with technical oils or forming aids, in particular for carrying out a method according to one of claims 1 to 6, wherein the device has means for carrying out a relative movement of the metal strip (1) in the longitudinal direction relative to at least one nozzle bar (3) of the device, wherein the at least one nozzle bar (3) has at least one slotted nozzle with a nozzle gap (3A), which at least partially covers the metal strip (1) moving in the longitudinal direction in the transverse direction, and a voltage source (4) is provided, with which an electrostatic field is generated between the at least one nozzle bar (3) and the metal strip (1),
characterised in that,
a plurality of controllable dosage means (5) are provided, which are arranged distributed on the at least one nozzle bar (3) in the longitudinal direction thereof, wherein the controllable dosage means (5) are designed in such a way that they can carry out a local change in the size of the nozzle gap (3A) of the nozzle bar (3) when controlled using a control signal, wherein the at least one nozzle bar (3) has at least one elastic element (11) for forming the at least one nozzle gap (3A) and the controllable dosage means (5) are in engagement with the at least one elastic element (11) in such a way that the size of the nozzle gap (3A) can be changed locally, wherein the at least one elastic element (11) is a spring steel element. - Device according to claim 7,
characterised in that
the distance between the controllable dosage means (5) arranged on the nozzle bar (3) in the longitudinal direction of the at least one nozzle bar (3) is a maximum of 100 mm, preferably a maximum of 50 mm. - Device according to claim 7 or 8,
characterised in that
the controllable dosage means (5) comprise at least one piezo actuator, with which a local change in the size of the nozzle gap (3A) can take place during coating. - Device according to one of claims 7 to 9,
characterised in that
an isolated transmission element (7, 8) is provided for each dosage means (5), which transmits the size of the nozzle gap (3A) to be set by the dosage means (5) locally to the nozzle bar (3). - Device according to one of claims 7 to 10,
characterised in that
an insulated sliding cylinder (7) with at least one pressure rod (8) is provided as an insulated transmission member, via which the dosing means (5) is in engagement with the nozzle gap (3A). - Device according to one of claims 7 to 11,
characterised in that
means (M) are provided for determining the thickness of the layer of coating material (2) on the metal strip (1) after coating in the ongoing coating process, with which means the dosage means (5) can be controlled in groups or individually using a control unit. - Method of manufacturing formed sheet metal for a motor vehicle, the method comprising- coating of metal strips, in particular aluminium alloy strips, with forming aids by a process according to claims 1 to 6, and- use of the coated metal strips, in particular aluminium alloy strips, in a subsequent forming process for the production of formed sheet metal for a motor vehicle.
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