DE10106890A1 - Production of quasi-endless coated coilable metal sheet involves applying liquid coating starting material and drying and/or cross-linking starting material to solid thin layer by irradiating with electromagnetic radiation - Google Patents
Production of quasi-endless coated coilable metal sheet involves applying liquid coating starting material and drying and/or cross-linking starting material to solid thin layer by irradiating with electromagnetic radiationInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2 sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 16 bzw. 17.The invention relates to a method according to the preamble of Claim 1 or 2 and a device according to the preamble of claims 16 and 17, respectively.
Quasi-endlose beschichtete Bleche, insbesondere Stahl- und Alu miniumbleche, werden in riesigen Mengen in der Automobilindus trie und auch zur Herstellung von Haushaltsgeräten (der soge nannten weißen Ware) und desweiteren auch zur Herstellung von Luft- und Wasserfahrzeugen und von Verkleidungen für das Bauwe sen verarbeitet. Bei den Stahlblechen handelt es sich um primär blanke, verzinkte oder auch vernickelte Bleche mit Stärken im Bereich zwischen einigen Zehnteln Millimetern und über einem Millimeter. Als Vorbehandlung für eine spätere Lackierung bzw. Kunststoffbeschichtung erhalten derartige Bleche bereits auf der Rolle (dem "Coil") eine Korrosionsschutzbeschichtung und/ oder eine Grundierung bzw. einen Primerauftrag.Quasi-endless coated sheets, especially steel and aluminum mini sheets are used in huge quantities in the automotive industry trie and also for the production of household appliances (the so-called called white goods) and also for the production of Air and water vehicles and cladding for the building industry processed. The steel sheets are primary bright, galvanized or even nickel-plated sheets with strengths in Range between a few tenths of a millimeter and over one Millimeter. As pretreatment for later painting or Such sheets are already provided with plastic coatings the roll (the "coil") a corrosion protection coating and / or a primer or a primer application.
Derartige Beschichtungen werden zumeist im flüssigen Zustand, gelegentlich aber auch als Pulverbeschichtung, aufgebracht und müssen nach dem Auftrag in rationeller Weise zu einer festen Beschichtung getrocknet bzw. vernetzt werden. Hierzu werden die Bleche bekanntermaßen induktiv auf eine Temperatur um oder über 250°C erhitzt, wodurch auch die Beschichtung auf über 200°C er wärmt und hierdurch getrocknet bzw. vernetzt wird.Such coatings are mostly in the liquid state, occasionally but also as a powder coating, applied and after the order must be rationally fixed Coating can be dried or crosslinked. For this, the As is known, sheet metal is inductively at a temperature around or above 250 ° C heated, which also causes the coating to over 200 ° C warms and is thereby dried or crosslinked.
Dieses Verfahren ist sehr energieaufwendig, denn es wird nicht primär der eigentliche Bearbeitungsgegenstand, nämlich die auf gebrachte Schicht, sondern das Blech selbst erwärmt, welches überhaupt keiner Erwärmung bedarf. Im Gegenteil ist dessen Er wärmung in bestimmten Fällen sogar nachteilig, weil sie be stimmte, in vorhergehenden Schritten mittels sorgfältig aufein ander abgestimmter thermischer Bearbeitungsverfahren einge stellte physikalische Eigenschaften des Bleches wieder verän dern kann. Die durch die unnötige Erwärmung des Bleches verlo rengehehde Energie summiert sich im übrigen angesichts der sehr großen Tonnagen von auf diese Weise getrocknetem beschichteten Blech auf volkswirtschaftlich erhebliche Beträge.This process is very energy intensive because it will not primarily the actual subject of processing, namely that on brought layer, but heated the sheet itself, which no warming needed at all. On the contrary, it is He heating in certain cases even disadvantageous because they are agreed, carefully in previous steps using other coordinated thermal processing methods changed the physical properties of the sheet who can. Which is lost due to the unnecessary heating of the sheet Rengehehde energy adds up in view of the very large tonnages of coated thus dried Sheet metal on economically significant amounts.
Ein weiterer wesentlichen Nachteil des bekannten Verfahrens be steht in den hohen Gestehungskosten von induktiven Erwärmungs strecken. Die erwähnten Nachteile führen insgesamt zu einem heute noch relativ hohen Preis von mit dem sogenannten "Coil coating" bearbeiteten Blechen, was sich angesichts des zuneh menden Kostendrucks bei den Zulieferern der Automobil- und Kon sumgüterindustrie zunehmend nachteilig bemerkbar macht.Another major disadvantage of the known method be stands in the high production costs of inductive heating stretch. The disadvantages mentioned lead to an overall still relatively high price today with the so-called "coil coating "processed sheet metal, which in view of the increasing increasing cost pressure among suppliers to the automotive and con sum goods industry is becoming increasingly disadvantageous.
Die bekannten Coilcoating-Verfahren liefern mit großem Durch satz pro Zeiteinheit qualitativ hochwertige Produkte. Es hat sich jedoch gezeigt, daß beim Wiederaufwickeln des beschichte ten Blechs mit der verfestigten Beschichtung bestimmte Oberflä chendefekte, wie etwa feine Risse und kleine Fehlstellen, auf treten können, die die Gebrauchswerteigenschaften beim späteren Einsatz u. U. gravierend verschlechtern können. Bandabschnitte mit derartigen Fehlstellen können bei der Weiterverarbeitung Produkte mit verschlechterter Qualität ergeben, die u. U. sogar als Ausschuß verworfen werden müssen. The known coil coating processes deliver with great vigor Set high quality products per unit of time. It has it has been shown, however, that when the coating is rewound sheet with the hardened coating certain surface defects such as fine cracks and small missing parts can occur, the use value properties in the later Use u. U. can seriously deteriorate. band sections with such defects can be found in further processing Products with deteriorated quality result that u. Maybe even must be rejected as a committee.
Auf anderen Gebieten der Technik - beispielsweise in der Halb leitertechnologie - hat sich zur Ausheilung von Oberflächende fekten empfindlicher Beschichtungen die Bestrahlung mit Blitz lampen zur Erzeugung eines kurzzeitigen Energieeintrages in die Oberfläche bewährt. Durch diesen Energieeintrag werden kleine Fehlstellen bzw. Risse in einer Oberflächenschicht oder Be schichtung des Trägers gewissermaßen "zugeschmolzen". Dieses Verfahren ist jedoch bei beschichteten Blechen für die Großse rienproduktion von Kraftfahrzeugen oder Haushaltsgeräten bei weitem nicht produktiv genug.In other areas of technology - for example in the half ladder technology - has been used to heal surface finish radiation with lightning lamps for generating a short-term energy input into the Proven surface. This energy input makes small Defects or cracks in a surface layer or Be Layering of the carrier "melted" to a certain extent. This However, the procedure is for coated sheets for the large size production of motor vehicles or household appliances far from productive enough.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe der Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens sowie einer verbesserten Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zugrunde, welche sich insbesondere durch eine verbesserte Energieökonomie sowie relativ niedrige Gestehungskosten auszeichnen.The object of the invention is therefore to provide a improved method and an improved device the generic type, which in particular through an improved energy economy as well as relatively low Mark up production costs.
Desweiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Reparatur von Oberflächendefekten auf Coilcoating-Material sowie eine entsprechende Vorrichtung bereitzustellen.Furthermore, it is an object of the invention, a simple and cost-effective method for repairing surface defects on coil coating material and a corresponding device provide.
Diese - miteinander eng verknüpften - Aufgaben werden hinsicht lich ihres Verfahrensaspektes durch ein Verfahren mit den Merk malen des Anspruchs 1 bzw. 2 sowie hinsichtlich ihres Vorrich tungsaspektes durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des An spruchs 16 bzw. 17 gelöst.These - closely linked - tasks are considered Lich their procedural aspect by a procedure with the Merk paint the claim 1 or 2 and with respect to their Vorrich tion aspect by a device with the features of the An Proverbs 16 and 17 resolved.
Ein besonders wichtiger Anwendungsfall des vorgeschlagenen Ver fahrens ist (in der ersten Ausprägung des Erfindungsgedankens) die Trocknung bzw. Vernetzung eines Korrosionsschutzmittels oder einer Grundierung bzw. eines Primers auf der Oberfläche eines blanken, verzinkten oder vernickelten Stahlblechs, insbe sondere für die Automobil- oder Haushaltsgeräteproduktion bzw. (in der zweiten Ausprägung des Erfindungsgedankens) die Ausheilung einer bereits getrockneten bzw. vernetzten Rostschutz- bzw. Grundierungsschicht mit kleinen bis mikroskopischen Defek ten.A particularly important application of the proposed Ver driving (in the first form of the inventive concept) the drying or crosslinking of an anti-corrosion agent or a primer or a primer on the surface of a bare, galvanized or nickel-plated steel sheet, especially especially for automobile or household appliance production or (in the second form of the inventive concept) healing an already dried or cross-linked rust protection or primer layer with small to microscopic defects th.
In einer weiteren wichtigen Anwendung handelt es sich bei der Beschichtung (im Ausgangszustand) um eine Pulver- oder Flüssig lackschicht, die zu einer Zwischen- oder Endlackierung getrock net bzw. vernetzt wird. Falls es sich um eine Zwischenlackie rung handelt, sind auch in diesem Anwendungsgebiet das vorge schlagene Verfahren und die vorgeschlagene Vorrichtung zur Aus heilung zweckmäßig einsetzbar. Je nach konkreter Anwendung va riiert die Dicke der Beschichtung insbesondere zwischen etwa 1 µm und 100 µm, speziell zwischen 2 µm und 20 µm.Another important application is the Coating (in the initial state) around a powder or liquid coat of paint that dries to an intermediate or top coat net or networked. If it is an intermediate varnish tion, are also featured in this area of application proposed method and the proposed device for Aus healing usable. Depending on the specific application, especially riiert the thickness of the coating in particular between about 1 µm and 100 µm, especially between 2 µm and 20 µm.
Das Blech wird typischerweise mit einer Geschwindigkeit im Be reich zwischen 50 und 200 m/min. insbesondere zwischen 75 und 150 m/min. durch die Trocknungsvorrichtung gefördert. Zur Er reichung von vorteilhaft kurzen Bestrahlungszeiten unterhalb von 10 s, insbesondere unterhalb von 5 s, ist dann eine Be strahlungseinrichtung mit 2 bis 5 Metern Länge und mehr als ei nem Megawatt, bevorzugt 2 bis 5 MW, Leistungsaufnahme einzuset zen, die auf der Oberfläche der zu trocknenden bzw. vernetzen den Beschichtung eine Strahlungsleistungsdichte von mehr als 500 kW/m2, insbesondere mehr als 750 kW/m2, erzeugt.The sheet is typically at a speed in the range between 50 and 200 m / min. in particular between 75 and 150 m / min. conveyed by the drying device. To achieve advantageously short irradiation times of less than 10 s, in particular less than 5 s, a radiation device with a length of 2 to 5 meters and more than one megawatt, preferably 2 to 5 MW, of power consumption is then to be used on the surface the radiation to be dried or crosslinked produces a radiation power density of more than 500 kW / m 2 , in particular more than 750 kW / m 2 .
Während diese Werte für die Primärtrocknung bzw. -vernetzung einer als Flüssigkeit oder in Pulverform aufgebrachten Schicht anzusetzen sind, wo in der Beschichtung typischerweise etwa 200°C zu erzielen sind, reichen für einen Ausheilvorgang im Be reich zwischen 50 und 150°C, insbesondere zwischen 60 und 80°C, Leistungsdichten oberhalb von 200 kW/m2, insbesondere im Be reich zwischen 300 und 600 kW/m2, normalerweise aus.While these values are to be used for the primary drying or crosslinking of a layer applied as a liquid or in powder form, where typically around 200 ° C. can be achieved in the coating, for a healing process in the range between 50 and 150 ° C., in particular between 60 and 80 ° C, power densities above 200 kW / m 2 , especially in the range between 300 and 600 kW / m 2 , usually from.
Insbesondere für den Einsatz mit Pulverbeschichtungen kommt das Verfahren bevorzugt ohne eine aktive Gasstromzuführung zur Abfuhr von verdampfenden Beschichtungskomponenten aus; hierzu wird im wesentlichen die Konvektion über der erhitzten Be schichtung ausgenutzt. Bei der Trocknung von flüssigen Systemen kann allerdings durchaus ein die Oberfläche überstreichender Gasstrom, insbesondere ein durch ein geeignetes Gebläse erzeug ter Luftstrom, genutzt werden.This is especially true for use with powder coatings Process preferably without an active gas flow supply for removal from evaporating coating components; For this essentially the convection over the heated Be layering exploited. When drying liquid systems can, however, certainly be a surface painting Gas flow, in particular generated by a suitable fan air flow.
Zur Qualitätskontrolle bei der Verfahrensdurchführung wird be vorzugt mindestens eine prozeßrelevante physikalische Größe des Beschichtungssystems, insbesondere dessen Temperatur und gege benenfalls auch optische Eigenschaften, gemessen und zur Pro zeßsteuerung ausgewertet.For quality control when carrying out the process, be preferably at least one process-relevant physical quantity of the Coating system, especially its temperature and counter if necessary also optical properties, measured and pro time control evaluated.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im üb rigen aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschrei bung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der einzigen Figur. Diese zeigt skizzenartig eine Coilcoating-Vorrichtung 1 zum Beschichten eines quasi-endlosen Stahlbleches 3, welches auf einen Coil 5 aufgewickelt wird, und zum Trocknen der Be schichtung. Der Coil 5 wird durch einen elektrischen Antrieb 7 in Rotationsbewegung versetzt, und hierdurch wird das Blech 3 unter einem Sprühbeschichter 9 und einer NIR-Trocknungsstrecke 11 entlang bewegt.Advantages and expediencies of the invention emerge from the subclaims and the following description of a preferred exemplary embodiment based on the single figure. This shows a sketch of a coil coating device 1 for coating a quasi-endless steel sheet 3 , which is wound onto a coil 5 , and for drying the coating. The coil 5 is set in rotary motion by an electric drive 7 , and as a result the sheet 3 is moved along under a spray coater 9 and an NIR drying section 11 .
Durch den Sprühbeschichter 9 wird auf das Blech 3 als Ausgangs stoff für eine Korrosionsschutz- oder Grundierungsschicht 13 eine wäßrige Lösung 13' aufgebracht. Diese wird in einer durch der NIR-Trocknungsstrecke 11 ausgebildeten langgestreckten Be strahlungszone A mit NIR-Strahlung hoher Leistungsdichte, ins besondere oberhalb von 500 kW/m2, getrocknet.Through the spray coater 9, an aqueous solution is applied 13 'on the sheet material 3 as an output for an anti-corrosion or primer layer. 13 This is dried in an elongated radiation zone A formed by the NIR drying section 11 with NIR radiation having a high power density, in particular above 500 kW / m 2 .
Die NIR-Trocknungsstrecke 11 umfaßt einen massiven Al-Reflektor 15 mit einer Mehrzahl von im Querschnitt annähernd W-förmigen Reflektorabschnitten 15a, der intern wassergekühlt und hierzu über Kühlwasserleitungen 17 mit einem externen (nicht dargestellten) Kühler verbunden ist. Im Zentrum jedes W-förmigen Re flektorabschnitts 15a sitzt eine langgestreckt röhrenförmige Halogen-Glühfadenlampe 19. Die Halogen-Glühfadenlampen 19 wer den durch eine Bestrahlungssteuereinheit 21 mit Strom versorgt und derart gesteuert, daß sie mit einer Strahlertemperatur oberhalb von 2900 K NIR-Strahlung mit einem Intensitätsmaximum im Bereich zwischen 0,8 µm und 1,5 µm abgeben. Im Al-Reflektor 15 ist ein Pyrometerelement 23 zur Erfassung der Oberflächen temperatur der Beschichtung 13 in einer T-Erfassungszone B an geordnet, der mit einem Signaleingang der Bestrahlungssteuer einheit 21 verbunden ist. Die Bestrahlung wird derart gesteu ert, daß in der Beschichtung eine im wesentlichen konstante Temperatur eingehalten wird, die in Abhängigkeit von den physi kalischen und chemischen Eigenschaften des Ausgangsstoffs 13' der Korrosionsschutz- oder Grundierungsschicht 13 gewählt wird und typischerweise bei ca. 200°C liegt.The NIR drying section 11 comprises a solid Al reflector 15 with a plurality of approximately W-shaped reflector sections 15 a in cross section, which is internally water-cooled and for this purpose is connected via cooling water lines 17 to an external (not shown) cooler. At the center of each W-shaped reflector section 15 a is an elongated tubular halogen filament lamp 19 . The halogen filament lamps 19 who are supplied with current by an irradiation control unit 21 and controlled in such a way that they emit NIR radiation with an intensity maximum in the range between 0.8 μm and 1.5 μm with a radiator temperature above 2900 K. In the Al reflector 15 , a pyrometer element 23 for detecting the surface temperature of the coating 13 in a T-detection zone B is arranged, which is connected to a signal input of the radiation control unit 21 . The radiation is controlled in such a way that a substantially constant temperature is maintained in the coating, which is selected as a function of the physical and chemical properties of the starting material 13 'of the corrosion protection or primer layer 13 and is typically around 200.degree ,
Durch geeignete Steuerung des Antriebes 7 wird die Durchlaufge schwindigkeit des Stahlbleches 13 durch die Bestrahlungszone A derart eingestellt, daß eine Verweildauer der wäßrigen Lösung 13' in der Bestrahlungszone A von wenigen Sekunden erhalten wird, welche zum vollständigen Abdampfen der Lösungsmittelkom ponente und zur thermischen Vernetzung der Schicht 13 ausrei chend ist.By suitable control of the drive 7 , the speed of the steel sheet 13 is set through the irradiation zone A in such a way that a residence time of the aqueous solution 13 'in the irradiation zone A of a few seconds is obtained, which component for the complete evaporation of the solvent component and for thermal crosslinking of the Layer 13 is sufficient.
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel und die oben hervorgehobenen Aspekte beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachge mäßen Handelns liegen. So kann eine Beschichtung der oben er wähnten Art anstelle eines Sprühbeschichters auch mit einem Walzen- oder Bürstenbeschichter aufgebracht werden. Weiterhin kann die Art der eingesetzten NIR-Strahlungsquelle sowie des Reflektors von der im Beispiel angegebenen Ausführung abwei chen, und eine geregelte Prozeßführung ist nicht in jedem Fall erforderlich. The implementation of the invention is not based on this example and limited to the aspects highlighted above, but also in a variety of modifications possible within the framework fair action. So a coating of the above he mentioned type instead of a spray coater with one Roller or brush coaters can be applied. Farther can the type of NIR radiation source used and the Deviate reflector from the version given in the example Chen, and regulated litigation is not in every case required.
11
Coilcoating-Vorrichtung
Coil coating apparatus
33
Stahlblech
sheet steel
55
Coil
coil
77
Antrieb
drive
99
Sprühbeschichter
spray coater
1111
NIR-Trocknungsstrecke
NIR drying section
1313
Korrosionsschutz- oder Grundierungsschicht
Corrosion protection or primer layer
1313
' Ausgangsstoff (wäßrige Lösung)
'' Starting material (aqueous solution)
1515
Al-Reflektor
Al-reflector
1717
Kühlwasserleitung
Cooling water pipe
1919
Halogen-Glühfadenlampe
Halogen incandescent lamp
2121
Bestrahlungssteuereinheit
Irradiation control unit
2323
Pyrometerelement
A Bestrahlungszone
B T-Erfassungszone
Pyrometerelement
A radiation zone
B T detection zone
Claims (23)
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