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Technisches Gebiet (Technical Field)
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrostatischen Benetzen eines Metallflachprodukts mit einem flüssigen Medium, wobei das Metallflachprodukt einer Benetzungsvorrichtung zugeführt und/oder durch eine Benetzungsvorrichtung hindurchgeführt wird, welche mindestens einen Düsenbalken umfasst, welcher mindestens einer Seite des Metallflachprodukts zugeordnet ist und diese mit einem flüssigen Medium benetzt, wobei der Düsenbalken und damit das flüssige Medium in der Benetzungsvorrichtung elektrisch geladen werden und das Metallflachprodukt geerdet wird, so dass sich ein elektrostatisches Feld zwischen Düsenbalken und Metallflachprodukt ausbilden kann. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine elektrostatische Benetzungsvorrichtung.
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Technischer Hintergrund (Background Art)
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Beim elektrostatischen Beölen (Benetzen) wird ein Öl (flüssiges Medium) durch in einer Ölmaschine (Benetzungsvorrichtung) angeordnete(n) Düsenbalken gefördert und zum Aufbringen auf ein Metallflachprodukt bereitgestellt. Die Düsenbalken sind an isolierten Haltearmen in der Ölmaschine angeordnet. Das zu beölende Metallflachprodukt, insbesondere das zu beölende Metallband läuft zwischen einem oberen und einem unteren Düsenbalken durch die Ölmaschine, vgl. beispielsweise
DE 198 47 258 A1 . Die Düsenbalken werden an Hochspannungserzeugern angeschlossen. Durch Anlegen einer negativen oder positiven Hochspannung wird das Öl elektrostatisch aufgeladen. Das Metallflachprodukt wird geerdet. Zwischen den Düsenbalken und dem geerdeten Metallflachprodukt bildet sich dadurch ein elektrostatisches Feld aus, welches das Öl von den Düsenbalken zum Metallflachprodukt transportiert. Durch die elektrostatische Ladung in den Öltropfen zerplatzen diese in immer kleinere Tröpfchen und bilden im Wesentlichen einen Tröpfchennebel aus, welcher sich gleichmäßig auf dem Metallflachprodukt respektive auf der Seite(n) oder Oberfläche(n) des Metallflachprodukts niederschlägt und diese benetzen. Bei Ölmaschinen, die über die gesamte Breite des Düsenbalkens beim Hindurchführen des Metallflachprodukts ölen, ist elektrostatisch bedingt, dass eine starke Überölung (Randüberölung) der im Wesentlichen längsverlaufenden Ränder des Metallflachprodukts nicht zu vermeiden ist.
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Die Beölung, beispielsweise von Metallbändern, insbesondere von Stahlbändern bzw. die aufgebrachte Ölschicht liefert neben einem temporären Korrosionsschutz auch optional eine Verformungshilfe zum Umformen zu Bauteilen. Überölte Bandkanten machen sich erst durch Raustropfen des Öls aus den zu Coils aufgewickelten Metallbändern in den Lagern bemerkbar, was zu hohen und kostenintensiven Maßnahmen zur Beseitigung und Entsorgung der Verschmutzung führt. Des Weiteren führen überölte Bandkanten zu Fehlern beim Umformen, wodurch die Ausschuss- und Reklamationsrate steigt. Außerdem führen die überölten Bandkanten (Randüberölung/-übernetzung) auch zu einem höheren Verbrauch der Ölmengen und damit zu höheren Ölkosten und zusätzlichen Belastung der Umwelt.
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Zusammenfassung der Erfindung (Summary of Invention)
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum elektrostatischen Benetzen eines Metallflachprodukts bereitzustellen, mit dem eine Randübernetzung im Wesentlichen verhindert werden kann sowie eine entsprechende Benetzungsvorrichtung anzugeben.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum elektrostatischen Benetzen eines Metallflachprodukts mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Gelöst wird diese Aufgabe weiterhin durch eine elektrostatische Benetzungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass mindestens ein Metallteil zumindest einseitig mit Abstand zum Metallflachprodukt und im Wirkungsbereich des mindestens einen Düsenbalkens angeordnet wird, welches ebenfalls geerdet wird.
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Das zumindest einseitig, vorzugsweise beidseitig mit (jeweils) Abstand zum Metallflachprodukt angeordnete und geerdete Metallteil soll im Wirkungsbereich des zumindest einen Düsenbalkens als (jeweils) zusätzliches zu benetzendes Teil fungieren, indem das außerhalb der Flachproduktbreite vagabundierende und überschüssige flüssige Medium nicht mehr ausschließlich von der längsverlaufenden Kante des Metallflachprodukts, was zu einer Randübernetzung führen würde, sondern durch den oder durch die mit Abstand zu der längsverlaufenden Kante bzw. Kanten des Metallflachprodukts angeordneten Metallteile angezogen wird und sich dort niederschlägt. Das auf dem bzw. den Metallteilen aufgebrachte, durch die Erdung angezogene flüssige Medium kann abtropfen, dadurch aufgefangen und dem Kreislauf der Benetzungsvorrichtung wieder zugeführt werden, so dass keine Medien-„Verschwendung“ erfolgt und damit Medienkosten reduziert werden können.
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Unter Abstand ist zu verstehen, dass ein Kontakt, was zu einer Schädigung des vorbeigeführten Metallflachprodukts führen würde, zu vermeiden ist.
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Als Metallteil können beliebige Metallstücke verwendet werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung entspricht das Metallteil einem Metallblech bzw. einem Metallstreifen. Insbesondere weist das Metallteil eine Erstreckung im Wesentlichen parallel zur Längserstreckung des Metallflachprodukts auf, welche den Wirkungsbereich in Quererstreckung des Düsenbalkens im Wesentlichen vollständig abdeckt. Mit anderen Worten, das Metallteil weist eine Länge auf, welche parallel zur Längsrichtung des Metallflachprodukts in der Benetzungsvorrichtung angeordnet wird und dadurch den Wirkungsbereich in Querrichtung vollständig abdeckt.
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Unter Wirkungsbereich des mindestens einen Düsenbalkens ist der Bereich innerhalb der Benetzungsvorrichtung zu verstehen, in welchem das flüssige Medium durch den mindestens einen Düsenbalken bereitgestellt wird, aus diesem austritt und in Tropfenform respektive in Form eines Tröpfchennebels vorliegt bzw. sich in der Schwebe befindet. Der Wirkungsbereich ist daher eindeutig definierbar.
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Unter Metallflachprodukt ist beispielsweise ein Metallblech oder ein Metallband zu verstehen, beispielsweise aus Aluminium oder bevorzugt Stahl, unbeschichtet oder mit einem anorganischen Überzug auf Zink- oder Aluminiumbasis. Das zu benetzende Metallflachprodukt weist in der Regel eine größere Erstreckung in Längsrichtung als in Breitenrichtung auf, so dass das Metallflachprodukt in Längsrichtung in bzw. durch die Benetzungsvorrichtung geführt wird, und somit sukzessive in Längsrichtung über die gesamte Flachproduktbreite mit flüssigem Medium benetzt wird.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor. Ein oder mehrere Merkmale aus den Ansprüchen, der Beschreibung wie auch der Zeichnung können mit einem oder mehreren anderen Merkmalen daraus zu weiteren Ausgestaltungen der Erfindung verknüpft werden. Es können auch ein oder mehrere Merkmale aus den unabhängigen Ansprüchen durch ein oder mehrere andere Merkmale verknüpft werden.
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Der Abstand kann beispielsweise durch Versuche und/oder simulativ ermittelt werden und beträgt mindestens 1 mm, um einen Kontakt bei möglichen Toleranzen/Schwankungen der Flachproduktbreite zu vermeiden. Ab einem gewissen Abstand ist die Wirkweise des Metallteils nicht mehr gewährleistet und es kommt wieder zu einer Randübernetzung, so dass der maximale Abstand 200 mm beträgt. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung beträgt somit der Abstand zwischen Metallteil und Metallflachprodukt respektive der längsverlaufenden Kante(n) des Metallflachprodukts 1 mm bis 200 mm. Der Abstand kann insbesondere zwischen 2 mm und 150 mm, vorzugsweise zwischen 3 mm und 100 mm, bevorzugt zwischen 4 mm und 50 mm, besonders bevorzugt zwischen 5 mm und 30 mm betragen. Der Abstand kann auch in Abhängigkeit von den Benetzungsparametern gewählt werden, insbesondere unter Berücksichtigung der Benetzungsdicke in g/m2 auf dem Metallflachprodukt und der Geschwindigkeit des zugeführten und/oder hindurchgeführten Metallflachprodukts in m/min.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann das Metallteil in der Ebene des Metallflachprodukts angeordnet werden, welche beispielsweise der Passlinie zum vorbeigeführten Metallflachprodukt entspricht. Schwankungen oberhalb bzw. unterhalb parallel zur Passlinie sind ebenfalls bis zu 300 mm denkbar.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann das Metallteil automatisiert angesteuert und verfahren werden. Mit anderen Worten, das Metallteil kann auf die Abmessungen des zu benetzenden Metallflachprodukts automatisch in seiner Lage im Wirkungsbereich des mindestens einen Düsenbalkens angepasst werden, ohne dass händisch eingewirkt werden muss, so dass individuell und vollautomatisiert jede Abmessung ohne Randübernetzung benetzt werden kann.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren auch eine elektrostatische Benetzungsvorrichtung zum elektrostatischen Benetzen eines Metallflachprodukts mit einem flüssigen Medium, welche mindestens einen Düsenbalken umfasst, welcher mindestens einer Seite des zuzuführenden und/oder hindurchzuführenden Metallflachprodukts zuordenbar ist und diese mit einem flüssigen Medium benetzt, wobei die Benetzungsvorrichtung Mittel zum elektrischen Laden des Düsenbalkens und Mittel zum Erden des Metallflachprodukts umfasst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mindestens ein Metallteil zumindest einseitig und mit Abstand zum Metallflachprodukt und im Wirkungsbereich des mindestens einen Düsenbalkens angeordnet und mit dem Mittel zum Erden verbunden ist.
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Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.
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Figurenliste
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Teile sind stets mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Einzelnen zeigen:
- 1: eine schematische, perspektivische Ansicht einer Benetzungsvorrichtung zum Hindurchführen einer elektrostatischen Benetzung eines Metallflachprodukts mit einem flüssigen Medium,
- 2: eine schematische Teilschnittansicht zur Darstellung eines Verfahrens zur elektrostatischen Benetzung gemäß dem Stand der Technik,
- 3: eine schematische Teilschnittansicht zur Darstellung eines Verfahrens zur elektrostatischen Benetzung gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführung und
- 4: visuelle Darstellungen von Benetzungsdicken-Aufnahmen in-situ während des Benetzens eines Flachmaterials mit einem flüssigen Medium gemäß dem Stand der Technik, linke Ausführung, und gemäß eines erfindungsgemäßen Verfahrens, rechte Ausführung.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen (Best Mode for Carrying out the Invention)
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In 1 ist eine schematische, perspektivische Ansicht einer Benetzungsvorrichtung (2) zum Hindurchführen einer elektrostatischen Benetzung eines Metallflachprodukts (1) mit einem flüssigen Medium (3) dargestellt.
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Im Stand der Technik, s. 2, am Beispiel eines mit einem flüssigen Medium (3) zu benetzenden Metallflachprodukts (1) erfolgt in einer Benetzungsvorrichtung (2), wobei nur der linke Teil der Benetzungsvorrichtung schematisch in einer Teilschnittansicht dargestellt ist, der rechte Teil ist spiegelsymmetrisch ausgeführt und nicht dargestellt, das Zuführen respektive das Hindurchführen eines Metallflachprodukts (1) in Richtung Bildebene, was auch der Transportrichtung entspricht. Die Benetzungsvorrichtung (2) umfasst mindestens einen Düsenbalken, vorzugsweise zwei Düsenbalken (2.1, 2.2), welche jeweils einer Seite des Metallflachprodukts (1) zugeordnet sind und diese mit einem flüssigen Medium (3) beim Hindurchführen des Metallflachprodukts (1) benetzen. Beim elektrostatischen Benetzen wird flüssiges Medium durch die in der Benetzungsvorrichtung (2) angeordneten Düsenbalken (2.1, 2.2) gefördert und zum Aufbringen auf ein Metallflachprodukt (1) bereitgestellt. Die Düsenbalken (2.1, 2.2) sind an nicht gezeigten isolierten Haltearmen befestigt und werden während des Benetzungsvorgangs mit einer negativen oder positiven Hochspannung beaufschlagt bzw. elektrisch geladen, wobei die Düsenbalken (2.1, 2.2) an Hochspannungserzeugern angeschlossen sind. Um eine elektrostatische Ladung abzuleiten, wird das Metallflachprodukt (1) geerdet. Das flüssige Medium (3) wird somit in der Benetzungsvorrichtung (2) elektrisch geladen, so dass sich ein elektrostatisches Feld zwischen Düsenbalken (2.1, 2.2) und Metallflachprodukt (1) ausbilden kann. Durch die elektrostatische Ladung wird das flüssige Medium (3) beim Verlassen der Düsenbalken (2.1, 2.2) beispielsweise als Tropfen zerplatzen und sich in immer kleinere Tröpfchen respektive im Wesentlichen als Tröpfchennebel ausbilden, welcher sich gleichmäßig auf dem Metallflachprodukt (1) respektive auf den Oberflächen des Metallflachprodukts (1) niederschlägt und diese benetzen. Aufgrund der größeren Abmessung der Düsenbalken (2.1, 2.2) im Vergleich zur Flachproduktbreite überragen die Düsenbalken (2.1, 2.2) die Breitenrichtung des Metallflachprodukts (1), so dass zwar die gesamte Breite des Flachprodukts (1) benetzt werden kann, aber elektrostatisch bedingt, eine Randübernetzung der im Wesentlichen längsverlaufenden Kanten des Metallflachprodukts (1) nicht vermieden werden kann, vgl. auch 4, linke Ausführung.
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Im Unterschied zum Stand der Technik ist aus der 5 ersichtlich, dass ein zumindest einseitig, vorzugsweise beidseitig mit (jeweils) Abstand zum Metallflachprodukt (1) angeordnete und geerdete Metallteile (4) im Wirkungsbereich des zumindest einen Düsenbalkens (2.1, 2.2) als (jeweils) zusätzliches zu benetzendes Teil fungieren, indem das außerhalb der Flachproduktbreite vagabundierende und überschüssige flüssige Medium (3) nicht mehr ausschließlich von der längsverlaufenden Kante des Metallflachprodukts (1), was zu einer Randübernetzung (R) führen würde, sondern durch den oder durch die mit Abstand zu der längsverlaufenden Kante bzw. Kanten des Metallflachprodukts (1) angeordnete(n) Metallteile (4) angezogen wird und sich dort niederschlägt. Der Abstand zwischen Metallteil (4) und Metallflachprodukt (1) respektive längsverlaufender Kante des Metallflachprodukts (1) beträgt 1 mm bis 200 mm. Das Metallteil (4) kann in der Ebene des Metallflachprodukts (1) angeordnet sein, quasi in der Passlinie des Metallflachprodukts (1). Mit den Pfeilen in 4 soll ein automatisiertes Ansteuern und Verfahren des Metallteils (4) in der Benetzungsvorrichtung (2) symbolisiert werden. Vorzugsweise ist das Metallteil (4) senkrecht zu den bzw. in der Ebene der Düsenbalken (2.1, 2.2) angeordnet.
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Die Benetzungsvorrichtung (2) in 3 unterscheidet sich somit durch mindestens ein darin angeordnetes und während des Benetzungsvorgangs geerdetes Metallteil (4) von der Benetzungsvorrichtung (2) in 2. Somit lassen sich zum Beispiel bestehende Benetzungsvorrichtungen (2) durch zusätzliche Metallteile (4) nachträglich ausstatten, um Probleme mit der überhöhten Benetzung an den längsverlaufenden Kanten der zu benetzenden Metallflachprodukte (1) beheben zu können. Dadurch umfasst die elektrostatische Benetzungsvorrichtung (2) zum elektrostatischen Benetzen eines Metallflachprodukts (1) mit einem flüssigen Medium (3) mindestens einen Düsenbalken (2.1, 2.2), welcher mindestens einer Seite des zuzuführenden und/oder hindurchzuführenden Metallflachprodukts (1) zuordenbar ist und diese mit einem flüssigen Medium (3) benetzt, wobei die Benetzungsvorrichtung (2) hier nicht dargestellte Mittel zum elektrischen Laden des Düsenbalkens und hier nicht dargestellte Mittel zum Erden des Metallflachprodukts (1) umfasst, wobei das mindestens eine Metallteil (4) zumindest einseitig und mit Abstand zum Metallflachprodukt (1) und im Wirkungsbereich des mindestens einen Düsenbalkens (2.1, 2.2) angeordnet und mit dem Mittel zum Erden verbunden ist.
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Ein mit einem zinkbasierten Überzug beidseitig beschichtetes Stahlband (1) wurde mit einem temporären Korrosionsschutz in Form eines Öls (3) beim Hindurchführen des Stahlbands (1) durch eine Ölmaschine (2) benetzt, wobei die Benetzungsdicke des Öls von der Oberseite des Stahlbands gezeigt ist, s. linke Ausführung in der 4. Die Transportrichtung des Stahlbands (1) ist mit einem Pfeil von rechts nach links angegeben. Strichliniert ist die Messstelle im Wirkbereich der hier nicht dargestellten Düsenbalken (2.1, 2.2), welche beidseitig das Stahlband (1) mit Öl (3) beaufschlagen, symbolisiert, welche visuell die Benetzungsdicke des aufgebrachten Öls auf dem Stahlband (1) darstellt. Im linken Bild ist die Benetzungsdicke im Profil in der Breite des Stahlbands (1) der linken Ausführung in 4 dargestellt und es ist gut zu erkennen, dass links und rechts im linken Bild eine Überhöhung des Profils dargestellt ist, was eine Randübernetzung (R) anzeigt und nicht erwünscht ist. Abhilfe leistet jeweils ein Metallteil (4), welches beidseitig mit Abstand zum Stahlband (1) und im Wirkungsbereich der Düsenbalken (2.1, 2.2) angeordnet und geerdet wird. Dadurch lässt sich eine Randübernetzung, s. linkes Bild in der rechten Ausführung in 4, vermeiden.
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Die Geschwindigkeit des Stahlbands (1) betrug in beiden Fällen 120 m/min und die Breite des Stahlbands (1) war 1.500 mm. In den beiden Fällen wurde ein Korrosionsschutzöl (3) mit einer Fördermenge von 3,64 mg/s und einer Dichte von 910 kg/m3 verwendet. Das Öl (3) wies eine Temperatur von ca. 50°C auf. Der Düsenbalken oben (2.1) wurde mit einer Spannung von 80 kV und der Düsenbalken unten (2.2) wurde mit einer Spannung von 90 kV beaufschlagt. Daraus resultierte ein Tropfendurchmesser von 110 µm und eine Ladungsdichte von 7,5 As/m3. Die sich jeweils auf dem Stahlband (1) ausgebildete Benetzungsschicht ist in 4 gezeigt.
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Soweit es technisch möglich ist, sind alle Merkmale miteinander kombinierbar und gelten, auch wenn nicht explizit beschrieben, als Kombination offenbart.
