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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden von Blechteilen zu Blechpaketen und entsprechend hergestellte Blechpakete.
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Blechpakete aus miteinander verbundenen Blechteilen, insbesondere Blechlamellen, werden beispielsweise als anstelle herkömmlicher massiver Eisenkerne als Magnetkerne von Rotoren und/oder Statoren von elektrischen Maschinen wie Elektromotoren verwendet. Die Lamellenpakete derartiger Magnetkerne sind aus vielen sehr dünnen Elektroblechen hergestellt. Die Elektrobleche bestehen dabei aus speziellen Legierungen, die hervorragende Eigenschaften bei der Leitung und Verstärkung von Magnetfeldern aufweisen. Im Lamellenpaket sind die einzelnen Blechlamellen gegeneinander isoliert. Diese aus Lamellenpaketen gebildeten Magnetkerne gehören zu den wichtigsten Komponenten eines Elektromotors, die dessen Effizienz bei der Umwandlung von elektrischer in kinetische Energie beeinflussen. Hierbei sind die Zusammensetzung und Spannungsfreiheit der Bleche, der Wert ihres elektrischen Widerstands und die Unversehrtheit der Isolation bedeutende Einflussfaktoren. Diese Einflussfaktoren werden wesentlich von dem Verfahren, insbesondere der flächigen oder punktuellen Bindung der Bleche untereinander, und der Bearbeitungsqualität, beispielsweise dem Stanzgrat, bestimmt.
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Das Fügen der Blechlamellen zu einem Paket wird im Elektromaschinenbau als „Paketieren“ bezeichnet. Ein Paket ist ein geordneter Stapel vieler, zunächst gegeneinander verschieblicher Bleche, die miteinander verbunden werden. Die Verbindung der Bleche zu dem Paket wird beispielsweise durch Verschrauben oder mittels außen an dem Paket angelegten Klammern erreicht. Derartige Verbindungen erlauben ein Lösen der Verbindung, jedoch wird die Leistungsfähigkeit der Elektromaschine durch derartige Verbindungsmittel in der Regel negativ beeinflusst, beispielsweise durch einen elektrischen Kurzschluss im Bereich der Verbindungsmittel oder ein gestörtes Magnetfeld.
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Ein weiteres bekanntes Verbindungsverfahren ist das Schweißen. Dabei werden die Bleche thermisch und stoffschlüssig verbunden. Dabei werden die gestanzten und gestapelten Lamellen in eine Vorrichtung gespannt und am Außenradius durch mehrere, orthogonal zur Lamellenebene orientierte Schweißnähte gefügt. Jedoch beschädigt das Schweißen die Lamellen und deren Isolationsschicht und kann zu erhöhten Wirbelstromverlusten führen oder das Magnetfeld beeinflussen. Zwar wird die Konstruktionsfreiheit durch die Schweißnaht kaum eingeschränkt, ein derart hergestelltes Paket kann aber zerstörungsfrei nicht mehr zerlegt werden.
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Als weiteres Verbindungsverfahren ist das sogenannte Stanzpaketieren bekannt. Bei dem Stanzpaketieren wird das Elektroblech in einem Maschinenhub aus dem Rohmaterial ausgestanzt, auf dem Stapel abgelegt und mit dem Stapel verbunden. Beim Stanzen und/oder beim Ablegen bzw. beim Verbinden werden in dem Elektroblech mechanische Verbindungen erzeugt, die mit den Verbindungen der benachbarten Elektrobleche zusammenwirken. Diese Verbindungen sind Erhöhungen, auch Nocken oder Noppen genannt, welche in das Elektroblech geprägt werden. Da die Isolationsbeschichtung im Bereich der Umformung beschädigt werden kann, sind Kurzschlüsse nicht auszuschließen. Darüber hinaus ist die Verbindung konstruktiv einschränkend und beeinflusst aufgrund des lokalen Verbindungsmittels das Magnetfeld.
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Weiterhin ist der Einsatz von Klebstoffen als Verbindungsmittel bekannt. Bei diesem als Klebepaketieren bekannten Verfahren werden meist thermohärtbare Schmelzkleberlacke eingesetzt, mit denen das Elektroblech beschichtet wird.. Mit einem Schmelzkleberlack wird in der Regel das Rohmaterial, ein quasi endloses Blechband, beschichtet. Nach dem Trennen der einzelnen Lamellen aus dem mit Schmelzkleber beschichteten Blechband werden die Lamellen zueinander ausgerichtet, aufeinander abgelegt und bilden so einen Stapel. Dieser Stapel noch unverbundener Bleche wird anschließend über einen bestimmten Zeitraum, zumeist 30 bis 150 Minuten, auf eine Reaktionstemperatur des Schmelzklebers erhitzt. Die Reaktionstemperatur beträgt in der Regel 150 bis 250 Grad Celsius. Während der Wärmeeinwirkung wird der Stapel durch eine Spannvorrichtung mit einem Druck von 2 bis 6 Newton pro Quadratmillimeter beaufschlagt. Anschließend folgt eine bis zu 60 Minuten dauernde Abkühlphase. Zwar wird durch den Einsatz des Schmelzklebers eine vollflächige und beständige Verbindung der einzelnen Lamellen ohne eine Beschädigung der Metallstruktur oder der Isolationsschicht erreicht, jedoch sind der Back- und Abkühlvorgang sehr zeitintensiv und daher nur schwer in eine kontinuierliche Massenproduktion zu integrieren.
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Dieser Nachteil wird durch ein, beispielsweise in der internationalen Patentanmeldung
WO 2014/089593 A1 beschriebenes quasi-kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Blechpaketen überwunden, bei dem die einzelnen Blechteile bzw. Blechlamellen von einem Blechband, das wenigstens bereichsweise mit einer aushärtbaren, polymeren Klebstoffschicht beschichtet ist, abgetrennt, zu Paketen geschichtet und unter Druck stoffschlüssig miteinander verbunden werden, ist bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein mit einem thermohärtbaren Schmelzklebelack vorbeschichtetes Elektroblechband von einem Coil abgewickelt, einer Stanzvorrichtung zugeführt, aus der Blechlamellen ausgestanzt und mit einander zugewandten klebstoffbeschichteten Seiten zu einem Blechlamellenpaket geschichtet werden. Unter dem Druck des Oberwerkzeugs der Stanzvorrichtung wird eine stoffschlüssige Verbindung der einander zugewandten klebstoffbeschichteten Oberflächen hergestellt.
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Um den Zeit- und Energieaufwand bei der Herstellung der Blechpakete insbesondere im Hinblick auf die Aushärtung des Schmelzklebers zu verringern, wird in der bereits erwähnten internationalen Patentanmeldung
WO 2014/089593 A1 vorgeschlagen, vor dem Ausstanzen der Blechteile bzw. -lamellen eine Mischung aus Wasser und einem thermoplastischen und/oder vernetzbaren Haftvermittler, beispielsweise Polyvinylalkohol, aufzutragen. Gemäß
WO 2014/089593 A1 kann die Mischung außerdem einen wasserlöslichen Reaktionsbeschleuniger wie beispielsweise 2-Methylimidazole, enthalten, um die chemische Reaktion zwischen dem Schmelzkleber und dem Haftvermittler zu verbessern. Da der Auftrag der Haftvermittlermischung im Verfahren der
WO 2014/089593 A1 über eine unmittelbar vor dem Stanzwerkzeug vorgesehene Sprüheinrichtung erfolgt, ist zwischen der Spuleinrichtung und dem Stanzwerkzeug noch eine Trocknungseinrichtung angeordnet, welche die aufgebrachte Mischung trocknet, um eine Verschmutzung der Bandtransporteinrichtung oder des Stanzwerkzeugs durch die wässrige Haftvermittlermischung zu verhindern. In der Stanzvorrichtung selbst sind dann wiederum eine Aktivierungseinrichtung, welche der Schmelzkleberlack/Haftvermittler-Beschichtung Wasserdampf zuführt, und eine Heizeinrichtung zur Thermoaktivierung vorgesehen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren des Klebepaketierens von Blechpaketen, bei denen in einem Stanzwerkzeug Blechlamellen ausgestanzt werden, die dann oft manuell zu Paketen geschichtet, verpresst und in einem separaten Ofen ausgehärtet werden, ermöglicht das in
WO 2014/089593 A1 beschriebene Verfahren eine quasi kontinuierliche Herstellung von Elektroblechpaketen, wobei kontinuierliche Elektroband von einem Coil abgewickelt und der Stanzeinrichtung zugeführt wird und die ausgehärteten Elektroblechpakete aus dem Stanzwerkzeug ausgeworfen werden. Gleichwohl ist das Verfahren insofern getaktet, als das Elektroblechband im Takt der Stanzeinrichtung angehalten und weitertransportiert wird. Aufgrund des getakteten Bandtransportes ist es aber schwierig, die Haftvermittlermischung mit der erforderlichen Gleichmäßigkeit aufzubringen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, das in
WO 2014/089593 A1 beschriebene Verfahren so weiterzubilden, dass die Qualität einer vor dem Stanzvorgang aufgebrachten Hilfsbeschichtung, insbesondere hinsichtlich der Schichtdicke und Gleichmäßigkeit der Beschichtung, verbessert wird.
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Gelöst wird dieses technische Problem durch das Verfahren des vorliegenden Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Die Erfindung betrifft demnach ein Verfahren zum Verbinden von Blechteilen zu Blechpaketen, wobei ein Blechband, dessen Oberseite und/oder Unterseite eine aushärtbare, polymere Klebstoffschicht aufweist, kontinuierlich durch eine Auftragseinrichtung transportiert wird, in der ein Fluid, das einen Aktivator enthält, auf die Klebstoffschicht aufgetragen wird, das aufgetragene Fluid anschließend getrocknet und das mit getrocknetem Aktivator beschichtete Blechband danach kontinuierlich einem Bandspeicher zugeführt wird. Aus dem Bandspeicher wird das Blechband dann einer getakteten Trenneinrichtung zugeführt, in welcher Blechteile aus dem Blechband abgetrennt und übereinandergeschichtet werden. Die abgetrennten und übereinandergeschichteten Blechteile werden schließlich mittels der zwischen den einzelnen Blechteilen befindlichen, mit dem Aktivator beschichteten Klebstoffschichten miteinander zu Blechpaketen verbunden.
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Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, zwischen der Auftragung eines Fluids, das einen Aktivator für die polymere Klebstoffschicht enthält, und der Trenneinrichtung, in welcher Blechteile aus dem Blechband abgetrennt werden, einen Bandspeicher vorzusehen, so dass der Transport des Blechbandes vor dem Bandspeicher, insbesondere bei der Auftragung des Aktivator enthaltenden Fluids kontinuierlich erfolgen kann, während nach dem Bandspeicher ein getakteter Transport des Blechbandes im Takt der Trenneinrichtung ermöglicht wird. Aufgrund des kontinuierlichen Transports des Blechbandes durch die Auftragseinrichtung kann die Qualität der Aktivator enthaltenden Fluidschicht optimiert werden, da eine gleichmäßig dicke und homogene Beschichtung in einem kontinuierlichen Betrieb einfacher als in einem getakteten Betrieb ist. Gleichzeitig kann die Abtrennung der Blechteile mit hoher Präzision erfolgen, da im Bereich der Trenneinrichtung ein getakteter Transport des Blechbandes im Takt der Trenneinrichtung selbst ermöglicht wird.
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Bei dem im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Blechband handelt es sich vorzugsweise um ein Elektroblech, typischerweise aus einer Eisen-Silizium-Legierung, die als nicht-kornorientierte Bleche bzw. kornorientierte Bleche hergestellt werden können. Die nicht-kornorientierten Elektrobleche werden dank ihrer isotropen magnetischen Eigenschaften hauptsächlich in rotierenden Maschinen, wie beispielsweise Elektromotoren, eingesetzt.
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Bei den aushärtbaren, polymeren Klebstoffschichten handelt es sich typischerweise um Schichten aus thermohärtbaren Schmelzklebelacken, wie sie in der europäischen Patentanmeldung
EP 0 008 811 A1 beschrieben sind. Derartige Substanzen sind auch unter der Bezeichnung „Backlack“ bekannt. Bestimmte Backlacke zeigen thermoplastisches Verhalten, d. h. sie erweichen bei Erwärmung, was ein Verkleben in erwärmtem Zustand ermöglicht, und härten bei Abkühlung ohne chemische Veränderung wieder aus. Derartige thermoplastische Kunstharze basieren beispielsweise auf Polyvinylbutyral, Polyamiden oder Polyestern, haben aber den Nachteil, dass die Klebewirkung bei Temperaturerhöhung im Betrieb wieder nachlassen kann. Andere thermohärtbare Schmelzkleber, die auch als reaktive Schmelzkleber bezeichnet werden, können bei Erwärmung über den plastischen Zustand hinaus durch chemische Vernetzung gehärtet werden. Die Härtung ist irreversibel, so dass die Standfestigkeit von mit derartigen Schmelzklebern gefertigten Blechpaketen auch bei Erwärmung im Betrieb gegeben bleibt. Zu den im vorliegenden Verfahren bevorzugten reaktiven Schmelzklebern gehören Epoxidharz-Systeme. Derartige Epoxidharz-Systeme bestehen üblicherweise aus einer Harz- und einer Härterkomponente, wobei der Begriff „Epoxidharz“ sowohl für die, meist flüssige, Harzkomponente als auch für das feste, vernetzte Reaktionsprodukt aus Harz und Härter verwendet wird.
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Bevorzugt werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren Blechbänder verwendet, die mit einem zweistufig aushärtende Epoxidharz-System beschichtet sind, besonders bevorzugt ein Bisphenol-basiertes Epoxidharz-System mit einem geeigneten Härter, wie beispielsweise ein Bisphenol-A-Epichlorhydrinharz-System mit Dicyanamid als Härter. Bei Verwendung eines zweistufig aushärtende Epoxidharz-System wird bei der Herstellung des beschichteten Blechbandes die Backlackschicht nur teilvernetzt, so dass sie in einem bei Raumtemperatur stabilen, flexiblen und trocken, aber noch reaktionsfähigen Zustand vorliegt. Dieser Zustand des Harz-Systems wird als B-Zustand (B-stage) bezeichnet. Vorzugsweise werden daher bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Blechbänder als Ausgangsmaterial eingesetzt, bei denen die aushärtbare, polymere Klebstoffschicht (also die Backlackschicht) in diesem B-Zustand vorliegt. Typischerweise hat die teilvernetzte Backlackschicht eine Dicke von einigen Mikrometern. Durch Wärmezufuhr kann die im B-Zustand befindliche Backlackschicht weiter reagieren und in den vollvernetzten C-Zustand übergeführt werden. Die geschieht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bei dem abschließenden Schritt des Verbindens der übereinandergeschichteten Blechteile zum Blechpaket.
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Das Blechband kann auf seiner Oberseite oder auf seiner Unterseite oder auf beiden Seiten mit Backlack beschichtet sein. Oberseite und Unterseite beziehen sich hier auf die Zufuhr des horizontal laufenden Bandes in die Trenneinrichtung. Wenn auf der Oberseite und der Unterseite eine Backlackbeschichtung vorgesehen ist, können die Dicke und der Vernetzungsgrad der Schichten unterschiedlich sein. Bei einer Trennrichtung, die mit Stanzwerkzeugen, die über dem Band angeordnet sind, arbeitet, kann man die Schicht auf der Oberseite des Bandes dünner und stärker vernetzt als auf der Unterseite ausgestalten, um eine Verschmutzung der Stanzwerkzeige zu minimieren. Eine typische Schichtdicke des Backlacks auf der stärker vorvernetzten Oberseite liegt dann im Bereich von 1 bis 5 µm, die Schichtdicke auf der weniger stark vorvernetzten Unterseite im Bereich von 2 bis 10 µm.
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Vorteilhaft enthält die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Backlackschicht Füllstoffe zur Erhöhung der Lagerstabilität der mit aushärtbarem Backlack beschichteten Elektrobänder und zur Erhöhung der Standfestigkeit der nach der Blechpaketherstellung ausgehärteten Backlackschicht. Backlacke mit geeigneten Füllstoffen werden beispielsweise in der internationalen Patentanmeldung
WO 2016/151129 A1 beschrieben. Demnach können beispielsweise Metallcarbonate, - sulfate, -sulfite, -silikate oder -phosphate oder einer Mischung davon als Füllstoff verwendet werden. Typischerweise umfassen derartige Backlacke 74 bis 85 Vol.% Epoxidharz, 6 bis 10 Vol.% Härter und 5 bis 20 Vol.% Füllstoff.
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Unter einem Aktivator soll im vorliegenden Zusammenhang eine Substanz verstanden werden, welche die Aushärtungsreaktion der aushärtbaren, polymeren Klebstoffschicht begünstigt, sei es, dass der Aktivator die Temperatur, bei welcher Aushärtung eintritt, herabsetzt und/oder die Aushärtungsreaktion, beispielsweise die chemische Vernetzung der polymeren Klebstoffschicht beschleunigt. Geeignete Aktivatoren für Epoxidharz-Systeme sind beispielsweise tertiäre Aminen oder Imidazole.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Aktivator eine wässrige Lösung eines Imidazols als aktive Komponente, insbesondere eine wässrige Lösung von 2-Ethyl-4-methyl-imidazol. Überraschend wurde nämlich festgestellt, dass die aufgetragene Mischung keinen thermoplastischen oder vernetzbaren Haftvermittler, wie in
WO 2014/089593 A1 vorgeschlagen, enthalten muss, um die Verbindung der Blechteile beim Aushärten zu beschleunigen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die flüssige Aktivatorlössung 2 bis 10 Gew.% 2-Ethyl-4-methyl-imidazol, 80 bis 90 Gew.% Wasser, 0 bis 15 Gew.% eines organischen Lösungsmittel, wie beispielsweise 2-Methoxypropanol, und 0 bis 2 Gew.% Additive, wie beispielsweise Ligaphob
N90 (Ligaphob
N90 ist eine Natriumseife einer technischen Oleinsäure, hergestellt von der Peter Greven GmbH & Co. KG, Bad Münstereifel, Deutschland).
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Besonders bevorzugt wird im erfindungsgemäßen Verfahren ein füllstoffenthaltendes Bisphenol-A-Epichlorhydrinharz-System als Backlack und 2-Ethyl-4-methyl-imidazol als Aktivator verwendet.
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Als Bandspeicher können im erfindungsgemäßen Verfahren unterschiedlichste Einrichtungen zum Einsatz kommen. In breitester Form der Begriff Bandspeicher sowohl kontinuierliche Bandspeicher als auch diskontinuierliche Bandspeicher umfassen. Die Begriffe „kontinuierlicher Bandspeicher“ und „diskontinuierlicher Bandspeicher“ beziehen sich dabei auf die Arbeitsweise der Bandspeicher: Ein kontinuierlich arbeitender Bandspeicher nimmt kontinuierlich Blechband auf und gibt dieses gleichzeitig getaktet ab. Bei kontinuierlicher Aufnahme und kontinuierlicher Abgabe unterscheiden sich die Bandgeschwindigkeiten am Eingang und Ausgang des Bandspeichers im Rahmen der Bandspeicherkapazität für einen gewissen Zeitraum. Die getaktete Abgabe ist demnach ein Spezialfall des kontinuierlichen Bandspeichers, bei dem das Band auf der Ausgangsseite des Bandspeichers sogar angehalten werden kann, während es auf der Eingangsseite weiterhin kontinuierlich zugeführt wird. Im Gegensatz dazu ist ein diskontinuierlich arbeitender Bandspeicher ein Bandspeicher, bei dem Bandaufnahme und Bandabgabe zumindest zeitlich, gegebenenfalls aber auch örtlich getrennt sind, d.h. zumindest während der, vorzugsweise kontinuierlichen, Zufuhr des Bandes in den Bandspeicher wird kein Band aus dem Bandspeicher abgegeben und während der getakteten Abgabe des Bandes wird kein Band in den Bandspeicher aufgenommen.
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Ein Blechband, das, wie o oben beschrieben, mit teilvernetztem Backlack (B-Zustand) beschichtet ist, erweist sich als so lagerstabil, so dass die Herstellung des beschichteten Blechbandes bereits im Stahlwerk erfolgen kann. Ein Auftrag eines Aktivators kann bei der Herstellung des mit teilvernetztem Backlack beschichteten Blechbandes jedoch noch nicht erfolgen, da der Aktivator die Lagerstabilität des Backlackes drastisch herabsetzt und auch bei niedrigen Lagertemperaturen zu einer allmählichen Aushärtung des Backlacks führt. Da üblicherweise die Herstellung der Blechpakete zeitlich und örtlich von der Herstellung des Blechbandes selbst getrennt ist, werden die mit teilvernetztem Backlack beschichteten Blechbänder typischerweise in Coilform bereitgestellt und der Auftrag von Hilfsstoffen wie Haftvermittlern und Reaktionsbeschleunigern erfolgt, wie in
WO 2014/089593 A1 beschrieben, erst unmittelbar vor Zufuhr des Blechbandes in eine Trenneinrichtung. Überraschend wurde nun gefunden, dass durch Aufbringung eines Fluids, das einen Aktivator enthält, und anschließende Trocknung der aufgebrachten Aktivatorschicht die Lagerbeständigkeit des so erzeugten Blechbandes, das dann eine Schicht des teilvernetzten Backlacks und eine Schicht getrocknetem Aktivator aufweist, zumindest so weit erhöht werden kann, dass eine Zwischenlagerung des Blechbandes möglich wird. Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher ein diskontinuierlicher Bandspeicher eingesetzt, in den zunächst das mit getrocknetem Aktivator beschichteten Blechband eingeleitet wird. Zu einem späteren Zeitpunkt wird das Blechband aus dem Bandspeicher der getakteten Trenneinrichtung zugeführt. Ein Beispiel für einen diskontinuierlichen Bandspeicher ist eine Haspel, auf der das mit getrocknetem Aktivator beschichtete Blechband als Coil aufgewickelt wird. Der Einsatz eines diskontinuierlichen Bandspeichers kann sogar vorteilhaft sein, wenn je nach Art der verwendeten Backlacke und Aktivatoren eine beginnende Weiterreaktion des Backlackes vor Zufuhr in die Trenneinrichtung sogar erwünscht ist. Dann kann das Blechband die erforderliche Ruhezeit nach Auftragen des Aktivators platzsparend in Coil-Form gelagert werden, bevor das Band zum gewünschten Zeitpunkt der Trenneinrichtung zugeführt wird.
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Besonders bevorzugt wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren jedoch ein kontinuierlicher Bandspeicher eingesetzt, d. h. ein Bandspeicher, der von dem Blechband komplett durchlaufen wird und unmittelbar nach Austritt aus dem Bandspeicher der getakteten Trenneinrichtung zugeführt wird. Ein typischer kontinuierlicher Bandspeicher ist beispielsweise eine Bandschlaufe, die so ausgelegt ist, dass das Blechband in dem Bandspeicher, beispielsweise über geeignete bewegliche Umlenkrollen, einen dynamisch veränderbaren Weg zurücklegt, so dass einerseits am Eingang des Bandspeichers eine kontinuierliche Zufuhr des Blechbandes ermöglicht wird, am Ausgang des Bandspeichers aber ein getakteter Weitertransport im Takt der Trenneinrichtung gewährleistet ist.
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Vorzugsweise ist das den Aktivator enthaltende Fluid eine Flüssigkeit, beispielsweise eine Flüssigkeit, in welcher der Aktivator in einem flüssigen Lösungsmittel, wie beispielsweise Wasser, gelöst ist. Unter „Trocknung“ wird daher im Rahmen des vorliegenden Verfahrens ein Prozess verstanden, in welchem das Lösungsmittel aus dem aufgetragenen Fluid entfernt wird, so dass nach dem Trocknen nur noch der Aktivator und gegebenenfalls weitere in dem Fluid vorhandene, nicht-flüchtige Hilfsstoffe auf dem mit Backlack beschichteten Blechband als definierte Zusatzschicht zurückbleiben. Derartige Flüssigkeiten werden vorzugsweise mittels Walzenauftrag oder als Flüssigkeitsstrahl auf die Bandoberfläche aufgetragen.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform ist das den Aktivator enthaltende Fluid ein Aerosol, welches in der Auftragseinrichtung, beispielsweise durch Vernebeln einer Flüssigkeit, erzeugt wird. In diesem Fall wird das Blechband durch das den Aktivator enthaltende Aerosol transportiert, so dass sich Aerosoltröpfchen auf der Oberfläche des Blechbandes anlagern und eine dünne Schicht bilden können. Auch hier ist üblicherweise eine Flüssigkeit als Träger des Aktivators vorhanden, welche nach Anlagerung der Aerosoltröpfchen auf dem Blechband im anschließenden Trocknungsprozess entfernt werden muss.
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Die Zwischenschaltung eines Bandspeichers zwischen die Auftragung des Fluids und der Abtrennung der Blechteile aus dem Blechband in der Trenneinrichtung ermöglicht auch eine große Flexibilität bei der Trocknung des aufgetragenen Fluids, da sowohl der räumliche als auch zeitliche Abstand zwischen Fluidauftrag und Zufuhr des Blechbandes in die Trenneinrichtung gegenüber dem Stand der Technik vergrößert sind. Bei Verwendung eines diskontinuierlichen Bandspeichers ist sogar eine vollständige Entkopplung von der Bandgeschwindigkeit in der Trenneinrichtung möglich. Geeignete Trocknungsvarianten umfassen den Transport des Bandes in Umgebungsluft, was bei dünnen Flüssigkeitsschichten bereits zum Trocknen ausreichen kann. Alternativ kann auch ein Luftstrom mit definierter relativer Luftfeuchtigkeit, insbesondere mit einer niedrigeren Luftfeuchtigkeit als in der Umgebungsluft, auf das fluidbeschichtete Blechband geleitet werden. Eine weitere Alternative der Trocknung stellt die Zufuhr von Heißluft dar, insbesondere von Heißluft mit einer niedrigen Luftfeuchtigkeit. Gegebenenfalls kann das Band selbst bei jedem dieser Trocknungsverfahren erwärmt werden, um das Verdampfen des Lösungsmittels zu begünstigen. Vorzugsweise wird dabei ein induktives Heizverfahren eingesetzt. Bei Wärmezufuhr im Rahmen des Trocknungsvorgangs des Aktivators ist jedoch darauf zu achten, dass die Temperatur des Blechbandes in einem Bereich bleibt, der unterhalb der Aushärtetemperatur des Backlackes, also der vorbeschichteten aushärtbaren polymeren Klebstoffschicht liegt.
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Wenn das Trocknen des aufgebrachten Fluids mit einer Erwärmung des Blechbandes einhergeht, kann in einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch vorgesehen sein, dass das Blechband unmittelbar nach dem Trocknen des aufgebrachten Fluids gekühlt wird, beispielsweise indem Umgebungsluft oder gekühlte Umgebungsluft über das Blechband geblasen wird. Die Kühlung des Blechbandes erfolgt dann vorzugsweise vor Zufuhr des Blechbandes in den Bandspeicher.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Verbinden von Blechteilen zu einem Blechpaket, bei welcher zwischen einer Auftragseinrichtung zum Auftragen eines Fluids, das einen Aktivator enthält, und einer getaktet arbeitenden Trenneinrichtung ein Bandspeicher angeordnet ist. Gegenstand der Erfindung ist daher auch eine Vorrichtung zum Verbinden von Blechteilen zu Blechpaketen, umfassend eine Zufuhreinrichtung zur kontinuierlichen Zufuhr eines Blechbandes, dessen Oberseite und/oder Unterseite eine aushärtbare, polymere Klebstoffschicht aufweist, eine Auftragseinrichtung zum Auftragen eines Fluid, das einen Aktivator enthält, auf die Klebstoffschicht des Blechbandes, eine Trocknungseinrichtung zum Trocknen des aufgetragenen Fluid, eine getaktete Trenneinrichtung zum Abtrennen von Blechteilen aus dem Blechband, und eine Stapel- und Paketiereinrichtung zum Stapeln der abgetrennten Blechteile und zum Verbinden der Blechteile zu Blechpaketen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Auftragseinrichtung und der Trennrichtung ein Bandspeicher angeordnet ist.
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Gemäß einer Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Bandspeicher ein diskontinuierlicher Bandspeicher und kann beispielsweise zur Aufnahme eines Coils des mit Backlack und getrocknetem Aktivator beschichteten Blechbandes ausgebildet sein. In diesem Fall umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zwei von einander unabhängige Teilvorrichtungen. Die erste Teilvorrichtung umfasst die Auftragseinrichtung zum kontinuierlichen Auftragen und Trocknen des Aktivatorfluids und eine erste Komponente des diskontinuierlichen Bandspeichers für das mit getrocknetem Aktivator beschichtete Blechband. In dieser ersten Komponente, die beispielsweise eine Haspel aufweist, wird das mit getrocknetem Aktivator beschichtete Blechband als Coil aufgewickelt. Dieses Coil kann eine eine gewisse Zeit zwischengelagert werden und dann zur weiteren Verarbeitung zur zweiten Teilvorrichtung transportiert werden. Die zweite Teilvorrichtung umfasst eine zweite Komponente des diskontinuierlichen Bandspeichers für das mit getrocknetem Aktivator beschichtete Blechband, die Trenneinrichtung, sowie die Stapel- und Paketiereinrichtung. Das mit Aktivator beschichtet Band muss also von der ersten zur zweiten Teilvorrichtung transportiert werden. Daher bietet sich eine Speicherung des Bandes in Coilform besonders an. Da ein solches Coil zwischen der ersten und zweiten Teilvorrichtung transportabel ist, müssen sich die erste und zweite Teilvorrichtung auch nicht notwendigerweise am selben Ort befinden. Es ist sogar denkbar, das das Beschichten mit Aktivator in der ersten Teilvorrichtung von einem spezialisierten Hersteller durchgeführt wird, während das Trennen/Klebepaketieren in der zweiten Teilvorrichtung von einem anderen spezialisierten Hersteller durchgeführt wird.
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Gemäß einer anderen Variante der der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Bandspeicher ein kontinuierlicher Bandspeicher und kann beispielsweise zur Erzeugung einer dynamisch veränderbaren Bandschlaufe des mit Backlack und getrocknetem Aktivator beschichteten Blechbandes ausgebildet sein.
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Die Auftragseinrichtung für die wässrige Aktivatorlösung umfasst vorzugsweise eine Mindermengenschmiereinrichtung (auch als Minimalmengenschmiereinrichtung bezeichnet) mit Sprühdüsen aus einem korrosionsbeständigen Material. Es können daher kommerziell und daher kostengünstig erhältliche Mindermengenschmieranlagen verwendet werden. Das diese kommerziell erhältlichen Anlagen jedoch zur Abgabe ölhaltiger Fluide ausgelegt sind, die keine besonderen Anforderungen an die verwendeten Materialien stellen, müssen sie für den Einsatz in dem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest hinsichtlich der verwendeten Düsen insofern angepasst werden, als dass Düsen aus einem korrosionsbeständigen Material, beispielsweise aus einem korrosionsbeständigen und säure-/basenbeständigen Edelstahlmaterial, verwendet werden.
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Die Erfindung betrifft auch ein Blechpaket umfassend eine Vielzahl von übereinandergestapelten Blechteilen zwischen eine Klebeschicht ausgebildet ist, die einen vernetzten Epoxid-Backlack, vorzugsweise basierend auf einem Bisphenol-A-Epichlorhydrinharz-System, und ein Derivat eines Aktivator enthält, wobei der Aktivator ein Imidazol, vorzugsweise 2-Ethyl-4-methyl-imidazol, umfasst. Das Imidazolderivat wird bei der Aushärtung irreversible an die wachsenden Ketten des vernetzenden Backlacks gebunden und entfaltet dadurch eine Wirkung als Vernetzungsreagenz, was sich in sehr guten Eigenschaften wie z. B. einer hohen Glasübergangstemperatur des gehärteten Netzwerkes äußert.
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Die Klebeschicht zwischen den einzelnen Blechteilen bevorzugt eine Dicke im Mikrometerbereich, vorzugsweise im Bereich von 2 bis 10 µm.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf in den beigefügten Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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In den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung eines Blechpakets mit kontinuierlichem Bandspeicher;
- 2 eine schematische Darstellung der zwischen zwei Blechteilen befindlichen Klebeschicht in einem Blechpaket; und
- 3 eine Variante der Vorrichtung der 1 mit diskontinuierlichem Bandspeicher.
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In 1 ist eine insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnete Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum kontinuierlichen Verbinden von Blechteilen zu Blechpaketen dargestellt. Bei der in 1 dargestellten Vorrichtung wird ein kontinuierlicher Bandspeicher eingesetzt. Als Ausgangsmaterial des erfindungsgemäßen Verfahrens dient ein mit Backlack, also mit einer aushärtbaren, polymeren Klebeschicht beschichtetes Blechband, das im dargestellten Beispiel in Form einer Rolle, auch als Coil 11 bezeichnet, bereitgestellt wird. Das Backlack-beschichtete Blechband 12 durchläuft nach dem Abwickeln von Coil 11 üblicherweise eine Bandtransporteinrichtung und eine Richteinrichtung 13, welche das Band in Richtung des Pfeils 14 transportiert und nach Durchlaufen der Richteinrichtung eine ebene, verzugsfreie Lage des abgewickelten Bandes gewährleistet. Nach Durchlaufen der Richteinrichtung 13 wird das Blechband 12 kontinuierlich durch eine Auftragseinrichtung 15 transportiert, in der ein Fluid 16, das einen Aktivator enthält, auf die bereits vorhandene polymere Klebeschicht auf der Ober- und/oder Unterseite 17, 18 des Bandes 12 aufgetragen wird. Sollte das Band 12 sowohl auf der Oberseite 17, als auch auf der Unterseite 18 mit Backlack beschichtet sein, ist eine entsprechende Auftragseinrichtung 15' zum Auftragen des Aktivatorfluids 16', wie in 1 gestrichelt dargestellt, auch unterhalb des Bandes 12 vorgesehen. Die Auftragseinrichtung 15, 15' umfasst eine Mindermengenschmiereinrichtung mit Sprühdüsen aus einem korrosionsbeständigen und säure-/basenbeständigen Edelstahlmaterial. Unmittelbar an die Auftragseinrichtung 15, 15' schließt sich eine Trocknungseinrichtung 19, 19' an, in welcher das aufgetragene Fluid getrocknet wird. Die Trocknungseinrichtung 19, 19' kann beispielsweise ein Gebläse für Trockenluft oder Heißluft und/oder Heizeinrichtungen, beispielsweise Induktionsheizungen, zum Erwärmen des Blechbandes 12 aufweisen, um das Abtrocknen der aufgebrachten Fluidschicht zu unterstützen. Die Erwärmung des Blechbandes 12 ist dabei so geregelt, dass ein Aushärten des vorbeschichteten Backlacks vermieden wird, die Temperatur des Blechbandes und der Backlackschicht also stets unterhalb der Aushärtetemperatur des Backlacks gehalten wird. An die Trocknungseinrichtung 19, 19' kann sich auch eine (in der Ausführungsform der 1 nicht dargestellte) Kühleinrichtung anschließen, welche beispielsweise über ein Gebläse das erwärmte Band möglichst rasch wieder auf Umgebungstemperatur abkühlt. Eine derartige Kühleinrichtung ist jedoch nicht zwingend erforderlich und könnte vor allem dann in Erwägung gezogen werden, wenn die Erwärmung des Blechbandes zum Abtrocknen des Aktivatorfluids auf höhere Temperaturen, nahe an der Aushärttemperatur des Backlacks, erfolgt. Nach Trocknung des aufgebrachten Aktivatorfluids und einer gegebenenfalls vorgesehenen Abkühlung wird das Blechband 12 in einen Bandspeicher 20 geführt, der im Beispiel der 1 als kontinuierlicher Bandspeicher ausgebildet ist. Im dargestellten Beispiel ist der kontinuierliche Bandspeicher 20 durch eine Schlaufenbahn 21, die das Blechband 12 durchläuft, symbolisiert. Der zusätzliche Weg, den das Band 12 im Bandspeicher 20 durchläuft, ist, beispielsweise über bewegliche Umlenkrollen, die in 1 durch den Pfeil 22 symbolisiert sind, dynamisch veränderbar. Aufgrund des dynamisch veränderbaren Wegs der Bandschlaufe 21 kann das Blechband 12 dem Eingang 23 des Bandspeichers 20 kontinuierlich zugeführt, am Ausgang 24 des Bandspeichers 20 aber getaktet weitertransportiert werden. Dazu schließt sich nach dem Bandspeicher 20 eine Vorschubeinrichtung 25 an, welche das Band 12 in eine insgesamt mit der Bezugsziffer 30 bezeichnete Trenneinrichtung weitertransportiert.
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Im dargestellten Beispiel ist die Trenneinrichtung 30 eine Stanzeinrichtung, in welcher ein oder mehrere Stanzwerkzeuge 31, 32, 33 Blechteile 40 aus dem Blechband 12 ausstanzen. Sind, wie dargestellt, mehrere Stanzwerkzeuge 31, 32, 33 vorhanden, so können die einzelnen Stanzwerkzeuge entweder einfache Blechteile 40 parallel ausstanzen, oder komplexere Blechteile in mehreren Stanzschritten fertigen. Im dargestellten Beispiel können die erste und zweite Stanze 31, 32 Blechteile 41, 42 aus dem Blechband 12 abtrennen, die als Verlustteile ausgeworfen werden und für den weiteren Herstellungsprozess des Blechpaketes nicht mehr benötigt werden.
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Wie durch den Pfeil 34 symbolisiert, werden die Oberwerkzeuge der Stanzwerkzeuge 31, 32, 33 getaktet auf und ab bewegt, während das Blechband durch den Bandvorschub 25 im selben Takt weiter transportiert wird.
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Die ausgestanzten Blechteile 40 werden in einer Leitung 43 in Säulenform übereinander gestapelt. Die beheizbare Innenwand der Leitung 43 weist nach unten einen leicht konisch zulaufendes Profil auf, so dass die Leitung 43 einen Widerstand nach Art einer Paketbremse auf die gestapelten Blechteile 40 ausübt. Ein Wandabschnitt 46 der Leitung 41 ist über eine Heizung 45 beheizt, so dass die Blechteile 40 über die Aushärtungstemperatur des Backlacks erhitzt werden und so ein Zusammenfügen der Blechteile 40 unter Erwärmung und Druck erfolgt. Dazu ist die Leitung 41 von einer Heizung 43 umgeben, welche die Blechteile in der Leitung 43 auf eine Temperatur oberhalb der Vernetzungstemperatur des aufgebrachten Backlacks aufheizt, und so eine Verbindung der einzelnen Blechteile 40 über die ausgehärte Backlackschicht 47 zwischen aufeinanderfolgenden Blechteilen 40 zu Blechpaketen 46 gewährleistet.
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In 2 ist ein schematischer Ausschnitt aus dem Blechpacket 46 mit zwei aufeinanderfolgenden Blechteilen 40 und dazwischen befindlicher ausgehärteter Backlackschicht 47 vergrößert dargestellt.
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Bevorzugt ist das Blechband 12 sowohl auf der Oberseite 17, als auch auf der Unterseite 18 mit Backlack beschichtet, so dass beim Verbinden der Blechteile 40 eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Backlackschichten der übereinanderliegenden Blechteile 40 gewährleistet wird. Je nach Hafteigenschaften des Backlacks am Blechteil selbst kann eine ausreichend feste Verbindung der Blechteile in einem Paket auch nur mit einseitig beschichteten Blechteilen erzielt werden.
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Wenn eine Anzahl von Blechteilen ausgestanzt wurde, die der gewünschten Höhe der entstehenden Blechpakete
46 entspricht, wird durch geeignete Maßnahmen dafür gesorgt, dass das als nächstes ausgestanzte Blechteil (beispielsweise das Blechteil
40a in
1) nicht mehr an dem letzten (obersten) Blechteil (beispielsweise dem Blechteil
40b in
1) anhaftet, und so die Blechteile aus der in der Leitung
41 gebildeten Blechteilsäule auch nach Aushärten des Backlacks leicht in einzelne Pakete
46 mit der gewünschten Anzahl von Blechteilen separiert werden können. Hierzu stehen dem Fachmann verschiedenste Maßnahmen zur Verfügung, die in Patentanmeldungen der vorliegenden Anmelderin ausführlicher beschrieben sind. Wie beispielsweise in der
EP 2 883 692 A1 oder der
EP 30 89 335 A1 beschrieben, können an den Stellen im Band, an denen Blechteile ausgestanzt werden, die keine Haftwirkung mit dem folgenden Blechteil entfalten sollen, an der Ober- bzw. Unterseite mit entsprechenden Trennmitteln, beispielsweise Trennfolien oder Trennetiketten, beschichtet werden. Es können auch beispielsweise strukturierte Trennelemente an geeigneter Stelle zwischengeschoben werden, die aufgrund ihrer geringen Kontaktfläche mit den Blechteilen keine große Haftwirkung entfalten und daher nach Auftrennung in einzelne Pakete leicht wieder entfernt werden können. Es können auch Noppen in die Blechteile eingeprägt werden, die als Abstandshalter zum vorhergehenden Blechteil fungieren, und so eine leichtere Abtrennung der einzelnen Pakete ermöglichen. In
1 ist das Auf- oder Einbringen geeigneter Trennmittel durch den Trennmittelapplikator
35,
35' symbolisiert, der im dargestellten Beispiel an der gewünschten Stelle ein Trennetikett
36,
36' auf die Ober- und/oder Unterseite des Bandes aufbringt. Wenn ein auszustanzendes Blechteil beispielsweise auf der Ober- und Unterseite ein Trennetikett aufweist, fungiert das entsprechende Blechteil als Opferlamelle und ist nicht Teil eines Pakets. Wenn das Blechteil (beispielsweise Blechteil
40a) an der Unterseite, und das vorhergehende Blechteil (beispielsweise
40b) an der Oberseite ein Trennetikett aufweist, bleiben die Blechteile Bestandteile der jeweiligen, unterschiedlichen Pakete
46.
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In 3 ist eine Variante der Vorrichtung der 1 dargestellt, die sich insofern von der Variante der 1 unterscheidet, als dass das Aufbringen des Aktivatorfluids in einem separaten Vorbereitungsschritt (3A) erfolgt, während das Ausstanzen der Blechteile in einem zeitlich unabhängigen, späteren Schritt (3B) erfolgt. In 3 werden Elemente, welche identisch mit entsprechenden Elementen der Ausführungsform der 1 sind, oder eine ähnliche Funktion erfüllen, mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
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Der erste Schritt gemäß 3A in der Ausführungsform der 3 beginnt, wie die Ausführungsform des Verfahrens gemäß 1, mit dem Abspulen des Blechbandes 12 vom Coil 11 mit anschließendem Richten in der Richteinrichtung 13. Dann schließt sich auch hier wieder die Beschichtung mit Aktivatorfluid in der Auftragseinrichtung 15 und das anschließende Trocknen der aufgebrachten Aktivatorschicht in der Trocknungseinrichtung 19 an. Wie im Verfahren der 1, wird anschließend das Band in der durch den Pfeil 14 symbolisierten Transportrichtung in einen Bandspeicher 20 geleitet. Im Gegensatz zur Form der 1 handelt es sich beim Bandspeicher 20 der Ausführungsform der 3 um einen diskontinuierlichen Bandspeicher, der in 3 durch ein Coil 50 symbolisiert wird, d. h. das mit Backlack vorbeschichtete und nunmehr auch mit einer getrockneten Aktivatorschicht beschichtete Blechband 12 wird auf einer Haspel zu dem Coil 50 aufgewickelt. Das Coil 50 kann nun zwischengelagert werden.
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Nach einer Lagerzeit, die typischerweise weit unterhalb der Lagerzeit für ein Aushärten des Backlacks liegt, wird das Coil 50 dann in einem separaten Schritt gemäß 3B der Trenneinrichtung 30 zugeführt. Nach Abwickeln von Coil 50 und gegebenenfalls Richten des Bandes über eine Richteinrichtung 13' erfolgt die weitere Verarbeitung in der Trenneinrichtung über den getakteten Vorschub 25 genauso, wie dies bereits in Zusammenhang mit der Ausführungsform der 1 beschrieben wurde.
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Man erkennt, dass auch bei der Variante der 3 die Abwicklung des mit Backlack vorbeschichteten Bandes 12 vom ursprünglichen Coil 11, die daran anschließende Beschichtung, Trocknung und gegebenenfalls Kühlung des aufgetragenen Aktivators, sowie das Aufwickeln auf dem als diskontinuierlicher Bandspeicher dienenden Coil 50 in einem kontinuierlichen Prozess erfolgt, während die weitere Verarbeitung des mit Aktivator beschichteten Blechbandes 12 nach dem Abwickeln von Coil 50 in einer an die Taktung der Trenneinrichtung angepassten Weise erfolgt.
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Auch hier gewährleistet der Bandspeicher 20, nun in Form eines diskontinuierlichen Bandspeichers, eine Trennung der kontinuierlichen und der getakteten Verfahrensschritte.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2014/089593 A1 [0007, 0008, 0009, 0019, 0022]
- EP 0008811 A1 [0014]
- WO 2016/151129 A1 [0017]
- EP 2883692 A1 [0042]
- EP 3089335 A1 [0042]
