DE102018206151A1

DE102018206151A1 - Beschichtetes blechband und verfahren zur herstellung

Info

Publication number: DE102018206151A1
Application number: DE102018206151.3A
Authority: DE
Inventors: Ronald Fluch
Original assignee: Voestalpine Stahl GmbH
Current assignee: Voestalpine Stahl GmbH
Priority date: 2018-04-20
Filing date: 2018-04-20
Publication date: 2019-10-24
Also published as: US20210146657A1; JP7275458B2; EP3781394A1; WO2019201788A1; JP2021521024A; US11529796B2; CN112334300B; CN112334300A; KR102566470B1; KR20210005896A

Abstract

Ein beschichtetes Blechband weist ein gewalztes Blechband mit einer ersten Flachseite und einer zweiten Flachseite auf. Eine erste Schicht, welche einen Reaktionsbeschleuniger für einen Klebstoff aufweist, ist über der ersten Flachseite aufgebracht. Eine zweite Schicht, welche den Klebstoff aufweist, ist über der zweiten Flachseite aufgebracht.

Description

Die Erfindung betrifft ein beschichtetes Blechband sowie ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Blechbands.
Beschichtete Blechbänder kommen in vielen Bereichen der Technik zum Einsatz. Beispielsweise bilden sie als sogenannte Elektrobänder das Ausgangsmaterial beim Bau von Elektrokernen, die in Generatoren, Elektromotoren, Transformatoren oder anderen elektrischen Geräten verwendet werden. Derartige Elektrokerne werden durch Zuschneiden des beschichteten Elektrobands in einzelne Blechlamellen, Stapeln der Blechlamellen und Verkleben derselben zu einem Lamellenpaket hergestellt. Darüber hinaus können miteinander verklebte, beschichtete Blechbänder oder Blechlamellen auch in Anwendungen außerhalb von Elektrokernen Verwendung finden.
Um eine einfache Verklebung der Blechlamellen in solchen oder anderen Anwendungen zu ermöglichen, ist es bereits bekannt, das gewalzte Blechband auf einer oder beiden Flachseiten mit einer Klebstoffschicht, beispielsweise einer Backlack-Schicht zu bedecken. Dies ermöglicht es, die Lamellenpakete direkt aus den durch Zuschneiden des beschichteten Blechbands erhaltenen Blechlamellen aufzubauen, ohne dass dazwischenliegende Arbeitsschritte, wie beispielsweise eine Lackierung oder ein Klebstoffauftrag, erforderlich sind. Erst bei dem Verklebeprozess (Verbacken des Lamellenpakets) wird die Klebstoffschicht aktiviert und das Lamellenpaket erhält seine Formstabilität.
Ein bekannter Nachteil beim Herstellen von Blechlamellenpaketen durch einen Klebeprozess besteht darin, dass der Verklebeprozess im Vergleich zu alternativen Maßnahmen (beispielsweise Verschrauben bzw. Verspannen der Blechlamellen, usw.) vergleichsweise zeitintensiv ist. Die Verklebezeitdauer bei einem üblichen Backprozess erstreckt sich typischerweise über mehrere Stunden, wodurch die Herstellung von Elektrokernen (Lamellenpaketen) teuer und zeitaufwändig wird.
Ein weiterer Nachteil bei der Vorbeschichtung von Blechbändern mit einem Klebstoff besteht darin, dass der flüssige Klebstoff im noch nicht aufgetragenen Zustand eine geringe Lagerungsstabilität aufweist und nach der Auftragung eine rasche Alterungsneigung zeigt. Das heißt in der Praxis, dass der flüssige Klebstoff nur etwa maximal ein halbes Jahr gelagert werden kann, bevor er auf das Blechband aufgebracht werden muss. Anschließend muss der auf dem Blechband aufgetragene Klebstoff nach spätestens einem halben Jahr aktiviert (verklebt) werden, da das Lammellenpaket (z.B. Elektrokern) ansonsten nicht die gewünschte (hohe) mechanische Stabilität aufweist.
Die geringe Lager- und Alterungsstabilität von klebstoffbeschichteten Blechbändern stellt somit ein Problem dar, das sowohl den Hersteller als auch den Käufer der beschichteten Blechbänder betrifft und deshalb die Marktdurchsetzung klebstoffbeschichteter Blechbänder zur Herstellung von Lamellenpaketen stark behindert.
Aus DE 10 2015 012 172 A1 ist eine thermisch aktivierbare schnellhärtende Klebstoffschicht bekannt, welche aus einem Epoxidharz, einem latenten Härter und einem latenten Beschleuniger besteht.
WO 2016 / 033 630 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Backlack-beschichteten Blechbands, bei welchem ein Katalysator direkt auf die Backlack-Schicht aufgebracht wird.
DE 35 03 019 C2 beschreibt ein mit einer Klebstoffschicht und einer Isolierschicht beschichtetes Elektroblechband, wobei die Isolierschicht aus einer bereits ausgehärteten Klebstoffschicht besteht.
EP 0 756 297 B1 beschreibt ein beidseitig beschichtetes Elektroblech, bei welchem die beiden Beschichtungen eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen und zumindest eine der Beschichtungen einen Härtungsbeschleuniger aus der chemischen Gruppe der Aminoplaste enthält.
Eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung kann darin gesehen werden, ein beschichtetes Blechband zu schaffen, welches als Ausgangsmaterial für aus verklebten Blechlamellen aufgebauten Bauteilen vorteilhafte Eigenschaften, insbesondere in Bezug auf die Lager- und/oder Alterungsstabilität sowie den Herstellungsprozess aufweist. Ferner zielt die Erfindung darauf ab, ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Blechbands mit den genannten Eigenschaften anzugeben.
Die Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Demnach umfasst ein beschichtetes Blechband ein gewalztes Blechband mit einer ersten Flachseite und einer zweiten Flachseite. Eine erste Schicht verläuft über der ersten Flachseite und weist einen Reaktionsbeschleuniger für einen Klebstoff auf. Über der zweiten Flachseite verläuft eine zweite Schicht, welche den Klebstoff aufweist.
Durch die Auftragung der Klebstoffschicht und des Reaktionsbeschleunigers auf unterschiedlichen Seiten des Blechbandes wird der Klebstoff und der Reaktionsbeschleuniger entkoppelt. Dadurch kann die Lagerungsstabilität des flüssigen Klebstoffes vor der Auftragung auf das Blechband und die Alterungsstabilität der Klebstoffschicht nach dem Beschichtungsvorgang im Vergleich zu konventionellen Lösungen mit zugemischtem Reaktionsbeschleuniger deutlich erhöht werden. Gleichzeitig kann der Verklebevorgang nach der Kopplung der beiden Schichten aufgrund des Vorhandenseins des Reaktionsbeschleunigers kurz gehalten werden.
Das beschichtete Blechband kann somit den gewünschten Anforderungen in Bezug auf Lager- und Alterungsstabilität sowie kurze Verklebezeitdauer und hohe mechanische Stabilität des aus dem Blechband hergestellten Lamellenpaketes in vollem Umfang genügen.
Beispielsweise kann die erste Schicht eine den Reaktionsbeschleuniger enthaltende Trägerschicht umfassen oder aus dieser bestehen. Die erste Schicht bildet somit eine Depot-Beschichtung, in welcher der in der Trägerschicht aufgenommene Reaktionsbeschleuniger für seine spätere Verwendung bereitgehalten wird.
Die erste Schicht kann eine weitgehend oder vollständig klebstofffreie Schicht sein. Das heißt, dass die erste Schicht gleich oder weniger als 20 Vol.-% Klebstoff, insbesondere gleich oder weniger als 10 Vol.-% Klebstoff aufweisen kann oder frei von Klebstoff ist. Mit Klebstoff kann in diesem Zusammenhang der Klebstoff der zweiten Schicht oder ein jeder mit dem Reaktionsbeschleuniger zusammenwirkender Klebstoff gemeint sein. Mit klebstofffrei kann in diesem Zusammenhang frei von dem Klebstoff der zweiten Schicht oder frei von jedem mit dem Reaktionsbeschleuniger zusammenwirkenden Klebstoff gemeint sein.
Die zweite Schicht kann frei von dem Reaktionsbeschleuniger der ersten Schicht oder frei von jeglichem Reaktionsbeschleuniger sein.
Der Reaktionsbeschleuniger kann beispielsweise einen Harnstoff oder ein Harnstoffderivat, eine Lewis Base (z.B. tertiäre Amine), eine Lewis Säure (z.B. BF₃) oder ein Imidazol, insbesondere 1-Methylimidazol, 2-Methylimidazol , 2-Ethyl-4-Methylimidazol (2E4MIm) oder andere Imidazolderivate oder Imidazoladdukte umfassen oder aus einem oder mehreren dieser Stoffe bestehen.
Imidazole sind effektive Katalysatoren für die Polymerisation von Harzen, beispielsweise von Epoxidharzen. Des Weiteren können auch modifizierte oder heterocyclische Amine als Reaktionsbeschleuniger eingesetzt werden.
Die Trägerschicht kann beispielsweise ein organisches Harz, Polyvinylalkohol (PVA) und/oder Phenoxyharz umfassen oder aus einer oder mehreren dieser Substanzen bestehen.
Die Dicke der ersten Schicht kann gleich oder kleiner als 2 µm, 1 µm oder 0,5 µm gewählt werden. Die Dicke der ersten Schicht kann größer als 50 nm, 100 nm oder 250 nm gewählt werden. Dadurch, dass der Reaktionsbeschleuniger in einer Schicht (Depot-Beschichtung) vergleichsweise geringer Dicke untergebracht ist, kann erreicht werden, dass er während des thermischen Verklebeprozesses durch Diffusion einfach (d.h. über kurze Diffusionsweglängen) in den Klebstoff der zweiten Schicht gelangen kann.
Die erste Schicht kann frei von mineralischen Füllstoffen sein. Hierdurch kann der Übertritt des Reaktionsbeschleunigers in die zweite Schicht (Klebstoffschicht) erleichtert werden.
Die erste Schicht kann weitgehend oder vollständig frei sein von jeglichem Klebstoff und insbesondere jenem Klebstoff, auf welchen der Reaktionsbeschleuniger wirkt. Dadurch kann ein unerwünschter Reaktionsprozess mit dem Reaktionsbeschleuniger verhindert werden. Vorteilhafterweise ist die erste Schicht komplett frei von Klebstoff. Jedoch kann beispielsweise der Anteil an Klebstoff insgesamt in der ersten Schicht von bis zu 20 Vol.-% beigefügt werden ohne eine unerwünschte 3-dimensionale Vernetzung zu bewirken. Der Anteil an Klebstoff auf welchem der Reaktionsbeschleuniger wirkt (z.B. ein Backlack bzw. der Klebstoff der zweiten Schicht) kann dabei maximal 10 Vol.-% aufweisen. Vol. -% Angaben bezüglich des Klebstoffes in der ersten Schicht beziehen sich auf das Gesamtvolumen der ersten Schicht.
Die zweite Schicht kann eine Epoxidharz-basierte Schicht und/oder eine Backlack-Schicht, insbesondere eine Epoxidharz-basierte Backlack-Schicht sein. Diese Schichten ermöglichen hohe Klebekräfte und eine gute elektrische Isolationswirkung. Insbesondere kann es sich bei dem beschichteten Blechband um ein Elektroblechband handeln, das zum Aufbau von Elektrokernen eingesetzt wird. Von der Offenbarung dieser Schrift umfasst sind jedoch auch Blechbänder, deren Verklebung Bauteile bereitstellt, die keine Elektrokerne darstellen.
Das beschichtete Blechband kann beispielsweise in Form eines Coils (Wickels, Bunds, Spule) aufgerollt sein. Eine unerwünschte Vorreaktion im Coil kann dabei durch ein geeignetes Material der Trägerschicht mit hoher Bindekraft gegenüber dem Reaktionsbeschleuniger (bei Umgebungstemperatur) unterbunden werden.
Ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Blechbands kann beispielsweise das Aufbringen einer ersten Schicht, welche einen Reaktionsbeschleuniger für einen Klebstoff aufweist, über einer ersten Flachseite eines gewalzten Blechbandes, und das Aufbringen einer zweiten Schicht, welche den Klebstoff aufweist, über einer zweiten Flachseite des gewalzten Blechbandes umfassen. Die den Reaktionsbeschleuniger (Aktivator) enthaltende erste Schicht (sogenannte Depot-Beschichtung) kann somit - ebenso wie die den Klebstoff enthaltende zweite Schicht - bereits am quasi endlosen Blechband aufgebracht werden.
Die erste Schicht kann klebstofffrei sein oder wie bereits erwähnt gegebenenfalls einen geringen Klebstoffanteil enthalten. Wie bereits erwähnt kann die zweite Schicht frei von dem Reaktionsbeschleuniger der ersten Schicht oder frei von jeglichem Reaktionsbeschleuniger sein.
Beispielsweise können die erste Schicht und/oder die zweite Schicht durch jeweils eine Rollenapplikation aufgetragen werden. Andere Aufbringungsverfahren, wie beispielsweise Druckverfahren oder Sprühverfahren, sind ebenfalls möglich.
Ferner kann das Verfahren ein Trocknen des beschichteten Blechbands bei einer Trocknungstemperatur gleich oder kleiner als 280°C, 270°C, 260°C oder 250°C umfassen. Durch Anwendung einer relativ niedrigen Trocknungstemperatur kann erreicht werden, dass der Reaktionsbeschleuniger größtenteils in dem Trägerschichtmaterial der ersten Schicht verbleibt, d.h. nicht oder nur im geringem Maß austreibt.
Nach einem weiteren Aspekt kann ein beschichtetes Blechband ein gewalztes Blechband mit einer ersten Flachseite und einer zweiten Flachseite aufweisen, wobei eine erste Schicht, welche einen Reaktionsbeschleuniger für einen Klebstoff aufweist von dem die erste Schicht frei ist, über der ersten Flachseite angeordnet ist und eine dritte Schicht, welche eine klebstofffreie Isolierlackschicht aufweist, über der zweiten Flachseite angeordnet ist. Ein solches Isolierlack-beschichtetes Blechband mit Depot-Beschichtung kann ebenfalls als Vormaterial zum Aufbau von aus Blechlamellen bestehenden Bauteilen, beispielsweise Elektrokernen, verwendet werden. Die Verklebung erfolgt in diesem Fall mit Blechlamellen, die aus einem weiteren Blechband hergestellt sind, welches auf einer ersten Flachseite mit der Klebstoffschicht und auf der zweiten Flachseite entweder unbeschichtet oder ebenfalls mit einer Isolierlackschicht versehen ist. Der bei dem Blechband mit Depot-Beschichtung über der ersten Flachseite vorhandene Reaktionsbeschleuniger ist hier also dafür vorgesehen, mit der auf dem anderen Blechband vorgesehenen Klebstoffschicht beim Verklebeprozess in Wechselwirkung zu treten.
In Bezug auf die erste Schicht kann das Isolierlack-beschichtete Blechband mit Depot-Beschichtung einzeln oder in Kombination sämtliche Merkmale aufweisen, die im Zusammenhang mit dem beschichteten Blechband genannt sind.
Die dritte Schicht (klebstofffreie Isolierlackschicht) kann eine Dicke gemäß den Dickenangaben der zweiten Schicht beim beschichteten Blechband aufweisen.
Als Isolierlackschichten werden in dieser Schrift Schichten bezeichnet, die elektrisch isolierend sind, aber keine wirksame Verklebung beim späteren Verklebeprozess ermöglichen.
Als Klebstoffschichten werden in dieser Schrift Schichten bezeichnet, die beim Verklebeprozess die Verklebung der Blechlamellen zur Erzielung der Formstabilität des Bauteils durch dreidimensionale Vernetzungsreaktionen (d.h. chemisch) bewirken. Zusätzlich können Klebstoffschichten optional ebenfalls eine ausreichende elektrische Isolation zwischen den verklebten Blechlamellen bewirken (beispielsweise wirken Backlack-Schichten sowohl als Klebstoffschichten als auch als elektrische Isolationsschichten) . Es kann jedoch bei manchen aus verklebten Blechlamellen aufgebauten Bauteilen auch vorgesehen sein, dass die Klebstoffschicht keine elektrische Isolationssicherheit gewährleistet oder gegebenenfalls sogar elektrisch leitfähig ist.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Weiterbildung in beispielhafter Weise anhand der schematischen Zeichnungen erläutert, wobei in den Zeichnungen teilweise ein unterschiedlicher Detailierungsgrad verwendet wird. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dieselben oder ähnliche Teile.

1 zeigt einen beispielhaften Prozess des Auftragens einer ersten Schicht mit Reaktionsbeschleuniger und einer zweiten Schicht mit Klebstoff über gegenüberliegenden Flachseiten eines gewalzten Blechbandes.
2 zeigt einen Querschnitt eines beidseitig beschichteten Blechbands, wie es beispielsweise durch den in 1 dargestellten Prozess produziert werden kann.
3 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus miteinander verklebten Lamellen des beidseitig beschichteten Blechbands aus 2.
4 zeigt einen Querschnitt eines weiteren Blechbands mit einer ersten Schicht mit Reaktionsbeschleuniger und einer dritten Schicht mit Isolierlack.
5 zeigt ein beispielhaftes Bauteil, welches aus miteinander verklebten Lamellen des weiteren Blechbands aus 4 und eines Klebstoff-beschichteten Blechbands hergestellt ist.
6 veranschaulicht in beispielhafter Weise den Rollenschälwiderstand (in N/mm) von Proben, die aus zwei verklebten Blechstreifen bestehen, direkt nach der Verklebung sowie nach einer Alterung.

Begriffe wie „Aufbringen“ oder „Auftragen“ sowie ähnliche Begriffe (z.B. „aufgebracht“ bzw. „aufgetragen“) sind in dieser Beschreibung nicht so zu verstehen, dass die aufgebrachten bzw. aufgetragenen Schichten einen direkten Kontakt zu der Oberfläche, auf der sie aufgebracht bzw. aufgetragen werden, aufweisen müssen. Es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten zwischen den „aufgebrachten“ oder „aufgetragenen“, Elementen oder Schichten und der darunterliegenden Oberfläche vorhanden sein. Jedoch können die oben erwähnten oder ähnliche Begriffe in dieser Offenbarung auch die spezielle Bedeutung haben, dass die Elemente oder Schichten einen direkten Kontakt zu der darunterliegenden Oberfläche haben, d.h. dass keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden sind.
Der Begriff „über“, der in Bezug auf ein Element oder eine Materialschicht verwendet wird, das oder die „über“ einer Oberfläche gebildet oder angebracht wird, kann hier in der Bedeutung verwendet werden, dass das Element oder die Materialschicht „indirekt auf“ der Oberfläche angebracht wird, wobei zwischenliegende Elemente oder Schichten zwischen der Oberfläche und dem Element oder der Materialschicht vorhanden sein können. Jedoch kann der Begriff „über“ auch die spezielle Bedeutung haben, dass das Element oder die Materialschicht, die „über“ einer Oberfläche aufgebracht oder aufgetragen wird, „direkt auf“, d.h. z.B. in direktem Kontakt mit der betreffenden Oberfläche angebracht wird. Das Gleiche gilt analog für ähnliche Begriffe wie z.B. „darüberliegend“, „unter“, „darunterliegend“ usw.
1 zeigt in beispielhafter Weise ein Verfahren 100 zur Herstellung eines beschichteten Blechbands 200 gemäß einem Aspekt der Erfindung. Ausgangsprodukt des Verfahrens 100 ist ein gewalztes Blechband 110. Das Blechband 110 kann beispielsweise aus Stahl bestehen. Bei dem Blechband 110 kann es sich beispielsweise um ein Elektroband handeln, welches für den Aufbau von Elektrokernen vorgesehen ist. Das gewalzte Blechband 110 kann als quasi endloses Blechband 110 im kontinuierlichen Bandlauf (siehe Pfeil P) beispielsweise in einem Stahlwerk vorliegen.
Bei dem Blechband 110 kann es sich beispielsweise um ein kaltgewalztes Blechband oder Elektroblechband im schlussgeglühten Zustand handeln. Andere Blechbänder, beispielsweise nicht-schlussgeglühte Blechbänder oder Elektroblechbänder sind ebenfalls möglich.
Das Blechband 110 wird einer Beschichtungsanlage 150 zugeführt. In dem hier dargestellten Beispiel ist die Beschichtungsanlage 150 als beidseitige Beschichtungsanlage 150 dargestellt. Es ist jedoch auch möglich, die ober- und unterseitigen Beschichtungen in unterschiedlichen Beschichtungsanlagen aufzutragen, die jeweils nur eine Flachseite des gewalzten Blechbandes beschichten. Ferner ist es möglich, eine oder beide Beschichtungen durch eine Mehrfach-Beschichtungsanlage vorzunehmen, d.h. jeweils in mehreren Beschichtungsschritten aufzutragen.
In 1 wird eine erste Schicht 120 über einer ersten Flachseite 110A des gewalzten Blechbandes 110 aufgetragen, und es wird eine zweite Schicht 130 über einer zweiten Flachseite 110B des gewalzten Blechbandes 110 aufgetragen, welche der ersten Flachseite 110A gegenüberliegt.
Bei der ersten Schicht 120 handelt es sich um eine sogenannte Depot-Beschichtung, die einen Reaktionsbeschleuniger für einen Klebstoff enthält. Die erste Schicht ist weitgehend oder vollständig klebstofffrei in Bezug auf denjenigen Klebstoff, für welchen der Reaktionsbeschleuniger vorgesehen ist, d.h. dieser ist nicht oder nur in geringem Maße (beispielsweise gleich oder kleiner als 20 Vol.-% oder 10 Vol.-%) in der ersten Schicht 120 enthalten. Dasselbe kann für jeglichen mit dem Reaktionsbeschleuniger zusammenwirkenden Klebstoff gelten. Die erste Schicht 120 kann auch vollständig klebstofffrei in dem Sinn sein, dass überhaupt kein Klebstoff in der ersten Schicht 120 enthalten ist.
Bei dem Reaktionsbeschleuniger kann es sich um einen Aktivator bzw. Katalysator für den (nicht in der ersten Schicht 120 vorhandenen) Klebstoff handeln. Das heißt, dass der Reaktionsbeschleuniger bei Kontakt mit dem Klebstoff und thermischer Aktivierung in der Lage ist, die für die Ausreaktion des chemischen Klebstoffes benötigte Zeitdauer beispielsweise um gleich oder mehr als den Faktor 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 im Vergleich zur Zeitdauer, die ohne Reaktionsbeschleuniger benötigt würde, zu verkürzen.
Der Klebstoff ist in der zweiten Schicht 130 enthalten, welche über der zweiten Flachseite 110B des gewalzten Blechbandes 110 aufgebracht wird. Somit sind der Klebstoff und der Reaktionsbeschleuniger beim Auftragen und im weiteren Bandlauf durch das dazwischenliegende Blechband 110 getrennt.
Die Beschichtung der ersten Flachseite 110A und/oder der zweiten Flachseite 110B kann mittels einer Rollenapplikation erfolgen. Beispielhaft sind in 1 zwei Rollen 151, 152 dargestellt, welche die erste Schicht 120 bzw. die zweite Schicht 130 z.B. nass auftragen. Es ist jedoch auch möglich, die Schichtauftragung der ersten und/oder der zweiten Schicht 120, 130 durch andere Verfahren, z.B. einen Sprühprozess oder ein Druckverfahren vorzunehmen.
Die Auftragung der ersten und zweiten Schicht 120, 130 kann entweder auf ein unbeschichtetes gewalztes Blechband 110 oder auf ein schon vorbeschichtetes Blechband 110 erfolgen. Beispielsweise kann eine Vorbeschichtung (nicht dargestellt) in Form einer Grundierung vorliegen, auf welche die erste Schicht 120 und/oder die zweite Schicht 130 appliziert werden. Es ist auch möglich, dass das Blechband 110 im Bandlauf vor der Beschichtungsanlage 150 bereits einseitig oder beidseitig mit einer Isolierlackschicht versehen wurde, so dass die erste Schicht 120 und/oder die zweite Schicht 130 auf die zuvor aufgetragene Isolierlackschicht aufgebracht werden. Materialien, die beispielsweise für eine Isolierlackschicht verwendet werden können, werden im Folgenden noch genannt.
Die erste Schicht 120 und/oder die zweite Schicht 130 kann (können) vollflächig oder auch lediglich teilflächig auf die jeweilige Flachseite 110A bzw. 110B des gewalzten Blechbands 110 aufgetragen werden. Beispielsweise kann die zweite Schicht 130 mit einem Bedeckungsgrad von gleich oder kleiner als 80 %, 60 %, 40 % oder 20 % der Fläche der Flachseite 110B des Blechbands 110 erzeugt werden. Die zweite Schicht 130 kann beispielsweise als Streifenmuster aufgetragen werden. Die erste Schicht 120 wird vorzugsweise vollflächig auf die erste Flachseite 110A aufgebracht, gegebenenfalls ist auch für diese Schicht ein nur teilflächiger Auftrag möglich, wobei die nicht bedeckten (ausgesparten) Bereiche dann ebenfalls von der zweiten Schicht 130 nicht bedeckt sein sollten.
Im Bandlaufweg hinter der Beschichtungsanlage 150 kann sich eine Trocknungsanlage 160 befinden. Die Trocknungsanlage 160 kann beispielsweise als Durchlauftrockenofen ausgeführt sein, der von dem beschichteten Blechband 110 kontinuierlich durchlaufen wird.
Beispielsweise kann die maximale Temperatur des Blechbands 110 in der Trocknungsanlage 160 zwischen 150°C und 280°C betragen, wobei insbesondere Temperaturwerte gleich oder kleiner als 270°C, 260°C, 250°C, 240°C, 230°C, 220°C, 210°C, 205°C, 195°C, 185°C, 175°C oder 165°C vorgesehen sein können.
Die Dauer der Wärmebehandlung in der Trocknungsanlage 160 kann beispielsweise zwischen 10 s und 40 s betragen und insbesondere kleiner, gleich oder größer als 20 s oder 30 s sein. Durch eine geeignete Wahl der Trocknungstemperatur und/oder der Zeitdauer der Wärmebehandlung kann sichergestellt werden, dass der Reaktionsbeschleuniger vollständig oder nahezu vollständig in der ersten Schicht 120 verbleibt.
Es ist auch möglich, den Reaktionsbeschleuniger im Bandlauf hinter der Trocknungsanlage 160 aufzubringen, beispielsweise indem die Rollenapplikation mittels der Rolle 151 erst hinter der Trocknungsanlage 160 stattfindet oder indem die Trägerschicht der ersten Schicht 120, wie in 1 gezeigt, im Bandlauf vor der Trocknungsanlage 160 aufgetragen wird, aber der Reaktionsbeschleuniger durch einen weiteren Aufbringungsprozess erst hinter der Trocknungsanlage 160 appliziert wird.
In der Trocknungsanlage 160 wird die zweite Schicht 130 und gegebenenfalls die erste Schicht 120 zumindest soweit getrocknet, dass diese Schichten 120, 130 im Bandlauf hinter der Trocknungsanlage 160 mechanisch stabil und abriebfest sind. Dies ermöglicht dann das weitere Handling des getrockneten, beschichteten Blechbands 110 beispielsweise durch Umlenkrollen oder durch Aufwickeln zu einem Coil. Bei der Trocknung in der Trocknungsanlage 160 wird der Klebstoff in der zweiten Schicht 130 noch nicht aktiviert, d.h. es wird nicht die chemische Reaktion (beispielsweise Vernetzung) des Klebstoffes eingeleitet oder es erfolgt zumindest nicht die Ausreaktion des Klebstoffes.
2 zeigt beispielhaft ein durch den in 1 durchgeführten Prozess hergestelltes, doppelseitig beschichtetes Blechband 200. Die erste Schicht 120 kann eine Dicke D1 gleich oder kleiner oder größer als 0,5 µm, 1,0 µm oder 2,0 µm aufweisen. Die erste Schicht 120 kann aus einer Trägerschicht bestehen, welcher der Reaktionsbeschleuniger zugesetzt ist. Die Trägerschicht kann beispielsweise aus einem organischen Harz, Polyvinylalkohol (PVA) und/oder Phenoxyharz bestehen bzw. die genannten Substanzen umfassen.
Der Reaktionsbeschleuniger kann beispielsweise aus einem Imidazol, insbesondere 1-Methylimidazol, 2-Methylimidazol oder 2-Ethyl-4-Methylimidazol (2E4MIm) oder aus einem oder mehreren anderen Imidazolderivaten oder deren Addukte mit beispielsweise Epoxidharz bestehen oder Harnstoff oder Harnstoffderivate, eine Lewis Base (z.B. tertiäre Amine), eine Lewis Säure (z.B. BF₃) umfassen oder aus einem oder mehreren der genannten Stoffe bestehen. Des Weiteren können auch modifizierte oder heterocyclische Amine als Reaktionsbeschleuniger eingesetzt werden.
Sämtliche der genannten Substanzen können einzeln oder in Mischung im Reaktionsbeschleuniger enthalten sein.
Die Trägerschicht dient dazu, den Reaktionsbeschleuniger zu speichern, d.h. zu verhindern, dass der Reaktionsbeschleuniger aus der ersten Schicht 120 entweicht, bevor die Kopplung mit der zweiten Schicht 130 erfolgt. Das Trägerschichtmaterial kann den Reaktionsbeschleuniger allein auf physikalische Weise speichern, wozu die genannten Trägerschichtmaterialien geeignet sind.
Insbesondere bei leicht abdampfbaren Reaktionsbeschleunigern mit geringer Molmasse kann die Speicherung auf physikalischer Basis optional dadurch verbessert werden, dass dem Trägerschichtmaterial der ersten Schicht 120 eine geringe Menge an Klebstoff zugesetzt wird, welcher die Speicherung des Reaktionsbeschleunigers in der Trägerschicht durch einen chemischen Prozess unterstützt. Dabei ist die Klebstoffmenge so gering (z.B. gleich oder kleiner als 20 Vol.-% oder 10 Vol.-% der ersten Schicht 120 bzw. der Trägerschicht), dass es weder zu einem signifikanten Verbrauch an Reaktionsbeschleuniger noch zu einer 3-dimensionalen Vernetzung der ersten Schicht 120 bzw. der Trägerschicht kommt. Bei dem zugesetzten Klebstoff kann es sich beispielsweise um den in der zweiten Schicht enthaltenen Klebstoff und/oder um einen anderen mit dem Reaktionsbeschleuniger wechselwirkenden Klebstoff handeln.
Das Verhältnis von Trägerschichtmaterial der Trägerschicht (ohne oder mit geringem Klebstoffanteil) zu Reaktionsbeschleuniger kann beispielsweise zwischen 1/1 und 3/1 betragen und insbesondere bei etwa 2/1 liegen (in Vol.-%).
Das Trägerschichtmaterial kann ferner auch weitere Wirksubstanzen enthalten, wie beispielsweise einen Vernetzer (z.B. aus der Gruppe der Isocyanate).
Für die zweite Schicht 130 kann beispielsweise ein sogenannter Backlack verwendet werden. Backlack-Schichten sind speziell für den Elektrokernbau entwickelte chemisch aushärtbare, klebefähige Isolierlackschichten mit hoher Formstabilität, Betriebsfestigkeit und hohen Klebekräften. Beispielsweise kann ein so genannter Backlack-V® eingesetzt werden, der hohe Klebekräfte, eine lange Verwendungsdauer aufgrund geringer Alterung, ein verbessertes Langzeitverhalten und eine kurze Backzeit bei vermindertem Druck ermöglicht. Die zweite Schicht 130 kann eine Dicke D2 gleich oder kleiner oder größer als beispielsweise 4 µm, 6 µm, 8 µm, 10 µm, 12 µm oder 15 µm aufweisen.
Das Blechband 110 kann beispielsweise aus Stahl gefertigt sein. Die Dicke D3 des Blechbands 100 kann beispielsweise gleich oder größer oder kleiner als 0,35 mm, 0,5 mm, 0,75 mm, 1,0 mm, 1,5 mm, 2,0 mm oder 2,5 mm sein.
3 veranschaulicht in beispielhafter Weise ein Verfahren 300 zur Herstellung von Bauteilen, die beispielsweise aus dem beschichteten Blechband 200 hergestellt sind. Das beschichtete Blechband 200 kann beispielsweise als Coil (Wickel, Bund, Spule) 310 vorliegen, welcher beispielsweise von einem Stahlwerk zu einem Kunden ausgeliefert wurde.
In einem Verfahrensschritt erfolgt ein Vereinzeln des beschichteten Blechbands 200 in einzelne Blechlamellen (Blechtafeln) 320. Die Vereinzelung kann in einer Vereinzelungsanlage 330 beispielsweise durch Querteilung des beschichteten Blechbandes 200 erfolgen. Danach kann ein Zuschnitt der Blechlamellen 320 in ihre Endform erfolge.
Anschließend werden zumindest zwei Blechlamellen 320_1 und 320_2 gestapelt und mittels der klebstoffenthaltenden zweiten Schicht 130 verklebt. Hierfür werden bei 340 zumindest zwei Blechlamellen 320_1, 320_2 so gestapelt, dass die zweite Schicht 130 der einen Blechlamelle 320 1 der ersten Schicht 120 der anderen Blechlamelle 320 2 zugewandt ist, und unter Anwendung eines Flächendrucks (F) von 0,5 bis 10 MPa, insbesondere 2 bis 5 MPa und unter Energiezufuhr (durch Wärme, UV-Strahlung, Infrarot-Strahlung oder ähnliches) zusammengepresst.
Hierbei erfolgt die Aktivierung des Klebstoffes in der zweiten Schicht 130, welche auf einer chemischen Reaktion, beispielsweise einem 3-dimensionalen Vernetzen des Klebstoffes, beruhen kann. Während des (thermischen) Verklebeprozesses findet eine Diffusion des Reaktionsbeschleunigers aus der ersten Schicht 120 in den Klebstoff der zweiten Schicht 130 statt. Der Reaktionsbeschleuniger (Aktivator, Katalysator) kann eine enorme Beschleunigung der chemischen Reaktion und damit des Verklebeprozesses bewirken.
Die Verklebung bei 340 kann durch eine Erwärmung der verpressten Blechlamellen 320_1, 320_2 beispielsweise in einem Ofen oder einer aufheizbaren Presse (nicht dargestellt) auf eine gegenüber der Umgebungstemperatur erhöhte Temperatur T von beispielsweise 100°C bis 250°C, insbesondere 80°C bis 150°C erfolgen, wodurch sowohl die Diffusion des Reaktionsbeschleunigers in die zweite Schicht 130 als auch die Aktivierung des Klebstoffes eingeleitet werden können. Andere Aktivierungsprozesse, die beispielsweise auf der Anwendung von Strahlungsenergie beruhen können, sind ebenfalls denkbar. Nach einer kurzen Verklebezeitdauer t, beispielsweise gleich oder weniger als 20 min, 15 min, 10 min, 5 min, 1 min ist das Bauteil mechanisch fertiggestellt und kann aus der Verklebeanlage (z.B. Ofen oder Presse) entnommen werden. Gegebenenfalls kann die Verklebungsreaktion auch nach der Presse abschließen und noch außerhalb des Werkzeuges weiterlaufen.
Neben der Reaktionsbeschleunigung bewirkt die Verwendung des Reaktionsbeschleunigers weitere Vorteile. Aufgrund der kurzen Verklebezeitdauer t kann eine Verbesserung des Ausfließverhaltens erreicht werden, d.h. ein seitlicher Klebstoffaustritt am Klebespalt wird minimiert. Ferner ermöglicht es der Reaktionsbeschleuniger, einen alterungsresistenteren Reaktionsmechanismus einzuleiten, d.h. die Alterungsstabilität der Verklebung mit Reaktionsbeschleuniger kann gegenüber einer Verklebung ohne Reaktionsbeschleuniger erhöht sein (siehe auch 6).
4 zeigt einen Querschnitt eines weiteren Blechbands 400 mit einer ersten Schicht 120 mit Reaktionsbeschleuniger und einer optionalen dritten Schicht 430, welche einen Isolierlack umfasst oder daraus besteht.
Bezüglich des Blechbandes 110 und der ersten Schicht 120 wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obige Beschreibung Bezug genommen.
Der Isolierlack der dritten Schicht 430 kann beispielsweise ein C6-Lack sein. Insbesondere kann beispielsweise der C6-Lack Remisol EB500FF eingesetzt werden. Dabei steht „FF“ für formaldehydfrei (d.h. frei von Formaldehyd-Emissionen). Ebenfalls einsetzbar ist beispielsweise ein C5-Lack oder ein C3-Lack. Der Isolierlack der dritten Schicht 430 kann klebstofffrei sein.
5 zeigt ein beispielhaftes Bauteil 500, welches aus miteinander verklebten Lamellen des weiteren Blechbands 400 mit Depot-Beschichtung (siehe 4) und eines Klebstoff-beschichteten Blechbands 510 hergestellt ist.
Das Klebstoff-beschichtete Blechband 510 kann ein Blechband 110 und eine über der zweiten Flachseite 110B des Blechbands 110 angeordnete zweite Schicht 130 aufweisen, welche gemäß er obigen Beschreibung ausgeführt sein können. Im Unterschied zu dem beschichteten Blechband 200 weist das Klebstoff-beschichtete Blechband 510 jedoch keine erste Schicht 120 (Depot-Beschichtung) auf. Stattdessen kann die erste Flachseite 110A des Blechbands 110 entweder unbeschichtet sein oder gegebenenfalls mit einer Isolierlackbeschichtung 530 entsprechend der dritten Schicht 430 beschichtet sein.
Zur Herstellung des in 5 gezeigten Bauteils 500 werden also zwei unterschiedliche Blechbänder - üblicherweise geliefert in Form von zwei Coils - benötigt, wobei das eine Coil (nicht dargestellt) das Blechband 400 mit der Depot-Beschichtung und das andere Coil (nicht dargestellt) das Blechband 510 mit der Klebstoff-Beschichtung enthält.
Die Verklebung erfolgt dann analog wie anhand 3 erläutert, wobei auch hier der Kontakt des Reaktionsbeschleunigers mit dem Klebstoff erst beim Verklebeprozess stattfindet und somit dieselben Merkmale, Eigenschaften und Vorteile wie oben beschrieben vorhanden sind bzw. erreicht werden.
Die anhand der 3 und 5 veranschaulichten Bauteile können in allen Ausführungsbeispielen wesentlich mehr als die zwei dargestellten verklebten Blechlamellen enthalten und beispielsweise durch einen Stapel einer großen Anzahl (z.B. gleich oder mehr als 10, 50, 100, usw.) von Blechlamellen realisiert sein.
Das Schaubild der 6 veranschaulicht Versuchsergebnisse, die den Rollenschälwiderstand (in N/mm) von Proben, die aus zwei verklebten Blechstreifen bestehen, direkt nach der Verklebung sowie nach einer Alterung darstellen. Der Rollenschälwiderstand ist ein Maß für die Auseinanderreißkraft, die benötigt wird, um die zwei verklebten Blechstreifen auseinanderzureißen.
Die Verklebetemperatur T betrug bei den Versuchen 150°C, es wurde eine Verklebezeitdauer t von 10 min abgewartet und ein Pressdruck (F) von 3 MPa angewandt. Als Reaktionsbeschleuniger wurde 2E4MIm in der ersten Schicht 120 verwendet, die zweite Schicht 130 war eine Backlack-V®-Schicht.
Die Versuchsergebnisse zeigen, dass bei diesen Parametern direkt nach der Verklebung (Balken 601) eine hochfeste Verbindung der Blechstreifen mit Auseinanderreißkräften im Mittel über 6 N/mm erzielt wurde. Nach einer Alterung über 1 Monat (Balken 602) lagen die Festigkeitswerte im gleichen Bereich (siehe Versuchstoleranzen), d.h. eine signifikante Verschlechterung der Klebeverbindung durch Alterung war nicht festzustellen.
Im Vergleich dazu konnte ohne Depot-Beschichtung (d.h. ohne den Einsatz des Reaktionsbeschleunigers) bei diesen Parametern keine brauchbare Klebeverbindung erzielt werden (siehe rechter Balken 603) .
Es ist davon auszugehen, dass die in 6 anhand von Versuchen erläuterten Resultate allgemeingültige Aussagen darstellen, die auf sämtliche in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsbeispiele übertragbar sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015012172 A1 [0007]
DE 3503019 C2 [0009]
EP 0756297 B1 [0010]

Claims

Beschichtetes Blechband, aufweisend: ein gewalztes Blechband mit einer ersten Flachseite und einer zweiten Flachseite; eine erste Schicht über der ersten Flachseite, welche einen Reaktionsbeschleuniger für einen Klebstoff aufweist; und eine zweite Schicht über der zweiten Flachseite, welche den Klebstoff aufweist.
Beschichtetes Blechband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schicht eine den Reaktionsbeschleuniger enthaltende Trägerschicht umfasst.
Beschichtetes Blechband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schicht gleich oder weniger als 20 Vol.-% Klebstoff, insbesondere gleich oder weniger als 10 Vol.-% Klebstoff aufweist.
Beschichtetes Blechband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schicht frei von Klebstoff ist.
Beschichtetes Blechband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Schicht frei von dem Reaktionsbeschleuniger oder jeglichem Reaktionsbeschleuniger ist.
Beschichtetes Blechband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägerschicht ein organisches Harz, Polyvinylalkohol und/oder Phenoxyharz umfasst.
Beschichtetes Blechband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Reaktionsbeschleuniger einen Harnstoff oder ein Harnstoffderivat, eine Lewis Base, insbesondere tertiäre Amine, eine Lewis Säure, insbesondere BF₃ oder ein Imidazol, insbesondere 1-Methylimidazol, 2-Methylimidazol, 2-Ethyl-4-Methylimidazol, oder andere Imidazolderivate oder Imidazoladdukte, oder modifizierte oder heterocyclische Amine umfasst.
Beschichtetes Blechband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dicke der ersten Schicht gleich oder kleiner als 2 µm, 1 µm oder 0,5 µm ist.
Beschichtetes Blechband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schicht frei von mineralischen Füllstoffen ist.
Beschichtetes Blechband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Schicht eine Epoxidharz-basierte Schicht und/oder eine Backlack-Schicht, insbesondere eine Epoxidharz-basierte Backlack-Schicht ist.
Beschichtetes Blechband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dicke der zweiten Schicht gleich oder größer als 4 µm, 6 µm, 8 µm, 10 µm, 12 µm oder 15 µm ist.
Beschichtetes Blechband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Blechband ein Elektroblechband ist.
Beschichtetes Blechband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Blechband zu einem Coil aufgewickelt ist.
Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Blechbands, umfassend: Aufbringen einer ersten Schicht, welche einen Reaktionsbeschleuniger für einen Klebstoff aufweist, über einer ersten Flachseite eines gewalzten Blechbandes; und Aufbringen einer zweiten Schicht, welche den Klebstoff aufweist, über einer zweiten Flachseite des gewalzten Blechbandes.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die erste Schicht gleich oder weniger als 20 Vol.-% Klebstoff oder 10 Vol.-% Klebstoff aufweist oder frei von Klebstoff ist.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei die erste Schicht durch Rollenapplikation aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die zweite Schicht durch Rollenapplikation aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, ferner umfassend: Trocknen des beschichteten Blechbands bei einer Trocknungstemperatur gleich oder kleiner als 280°C, 270°C, 260°C oder 250°C.
Isolierlackbeschichtetes Blechband, aufweisend: ein gewalztes Blechband mit einer ersten Flachseite und einer zweiten Flachseite; eine erste Schicht über der ersten Flachseite, welche einen Reaktionsbeschleuniger für einen Klebstoff aufweist; und eine zweite Schicht über der zweiten Flachseite, welche eine klebstofffreie Isolierlackschicht aufweist.
Isolierlackbeschichtetes Blechband nach Anspruch 19, wobei die erste Schicht eine den Reaktionsbeschleuniger enthaltende Trägerschicht enthält, die ein organisches Harz, Polyvinylalkohol und/oder Phenoxyharz umfasst, und/oder wobei der Reaktionsbeschleuniger einen Harnstoff oder ein Harnstoffderivat, eine Lewis Base, insbesondere tertiäre Amine, eine Lewis Säure, insbesondere BF₃ oder ein Imidazol, insbesondere 1-Methylimidazol, 2-Methylimidazol, 2-Ethyl-4-Methylimidazol oder andere Imidazolderivate oder Imidazoladdukte, oder modifizierte oder heterocyclische Amine umfasst.
Isolierlackbeschichtetes Blechband nach einem der Ansprüche 19 oder 20, wobei die Dicke der ersten Schicht gleich oder kleiner als 2 µm, 1 µm, oder 0,5 µm ist und/oder die Dicke der zweiten Schicht gleich oder größer als 4 µm, 6 µm, 8 µm, 10 µm, 12 µm oder 15 µm ist.
Isolierlackbeschichtetes Blechband nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei die erste Schicht gleich oder weniger als 20 Vol.-% Klebstoff oder 10 Vol.-% Klebstoff aufweist oder frei von Klebstoff ist.