Beschichtungsanlage für Metallbänder und Verfahren zur Herstellung einseitig partiell beschichteter Metallbänder

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsanlage für Metallbänder, bestehend aus:
- einer Beschichtungsrolle,
- einer Auftragsvorrichtung für das Beschichtungsmaterial,
- einem mittels Umlenkrollen über die Beschichtungsrolle geführten Maskenband, wobei das Maskenband endlos geführt ist,
- einer Bandführung für das über die Beschichtungsrolle laufende Metallband.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einseitig partiell beschichteter Metallbänder mittels der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beschichtungsanlage für Metallbänder und ein Verfahren zur Herstellung einseitig partiell beschichteter Metallbänder mittels der Beschichtungsanlage.

[0002] Bekannt ist, einseitig verzinnte Metallbänder durch Feuerverzinnung oder durch galvanische Verzinnung herzustellen.

[0003] Hierzu ist aus der Druckschrift JP 09165661 A ein Beschichtungsverfahren für zweiseitig beschichtete Bänder bekannt. Die Oberfläche des zu beschichtenden Bandes wird auf der Vorder- und Rückseite mit jeweils einem Maskierungsband abgedeckt und anschließend durch ein Lötmittelbad geführt. Das Maskierungsband wird nach der Beschichtung wieder abgelöst und auf eine Trommel aufgespult. Eine ähnliche Methode zur Bandbeschichtung ist zudem aus der Druckschrift JP 57047857 A bekannt.

[0004] Aus der Patentschrift US 4,529,628 ist ein Beschichtungsverfahren für ein- oder zweiseitig verzinnte Bänder bekannt. Bei diesem Verfahren wird über eine Düse flüssiges Metall aus einem Schmelzevorrat auf ein vertikal an der Düse vorbei geführtes Band aufgebracht. Die Dicke der Beschichtung wird über die Bandgeschwindigkeit und die Düsenausbringung gesteuert. Die Beschichtung ist dabei über die Bandlänge durchgehend.

[0005] Des Weiteren sind aus der Patentschrift EP 0 735 156 B1 partiell feuerverzinnte Metallbänder bekannt, bei denen ein- oder beidseitig an der Oberfläche eine in Längsrichtung verlaufende metallische Beschichtung aufgebracht ist. Die Beschichtung kann aus mehreren Streifen bestehen, die in Längsrichtung in gewissen Abständen unterbrochen sind. Dazu wird das Band mit Flussmittel vor dem Aufbringen der Beschichtung vorbehandelt und erwärmt. Aus einer Vorratskammer wird die Metallschmelze über eine Öffnung einer Dosiereinheit auf das vorbeilaufende Band aufgebracht und überflüssige Metallschmelze abgestreift. Für eine partielle Beschichtung der Oberfläche in Längsrichtung des Bandes wird die Zufuhr der Metallschmelze über die Dosiereinheit gezielt geregelt. Derart beschichtete Bänder können in der Elektronikindustrie Verwendung finden. Beschichtungen unterschiedlicher Dicke bestehen beispielsweise aus Reinzinn oder Zinn-Legierungen, die auf Bändern aus Kupfer oder Kupfer-Legierungen aufgebracht werden.

[0006] Auch aus der Patentschrift DE 27 12 003 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung einseitig beschichteter Stahlbänder bekannt. Die Stahlbänder werden dabei aus einem Schmelzevorrat mit einem Überzug aus Zink, Zinklegierung, Aluminium oder Aluminiumlegierung zur Herstellung korrosionsbeständiger Oberflächen versehen. Zur Beschichtung wird das Metallband nicht in das Schmelzebad eingetaucht, sondern unmittelbar über der Schmelzeoberfläche entlang geführt. Dabei wird das Band über der Schmelzeoberfläche in eine Position gebracht, bei der die Oberflächenspannung und die Benetzungseigenschaften des geschmolzenen Beschichtungsmetalls die Ausbildung eines Meniskus an der Oberfläche des Schmelzebades erlauben. Durch den ausgebildeten Meniskus steht das Band in direktem Kontakt mit dem Schmelzebad und wird so auf einer Bandseite kontinuierlich mit einem Überzug versehen. Eine partielle, also teilweise Beschichtung der Bandoberfläche ist nicht vorgesehen.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beschichtungsanlage für partiell einseitig beschichtete Metallbänder weiterzubilden.

[0008] Die Erfindung wird bezüglich einer Beschichtungsanlage durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich eines Verfahrens zur Herstellung durch die Merkmale des Anspruchs 10 wiedergegeben. Die weiteren rückbezogenen Ansprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.

[0009] Die Erfindung schließt eine Beschichtungsanlage für Metallbänder ein, bestehend aus:

• einer Beschichtungsrolle,
• einer Auftragsvorrichtung für das Beschichtungsmaterial,
• einem über Umlenkrollen über die Beschichtungsrolle geführten Maskenband, wobei das Maskenband endlos geführt ist,
• einer Bandführung für das über die Beschichtungsrolle laufende Metallband.

[0010] Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass das partiell zu beschichtende Metallband gemeinsam mit dem Maskenband über die Beschichtungsrolle geführt wird. Insbesondere wird als Metallschicht beispielsweise flüssiges Zinn oder eine Zinnlegierung auf ein Metallband aus Kupfer oder einer Kupferlegierung aufgebracht. Das Maskenband hat an den Stellen Ausnehmungen, an denen die Beschichtung auf das Metallband aufgebracht werden soll. Überschüssiges Zinn wird vor der Trennung von Metallband und Maskenband über mehrere Stufen abgestreift.

[0011] Das Maskenband ist endlos geführt. Derartig über unterschiedliche Spann- und Führungsrollen umlaufende Bänder sind aus fertigungstechnischer Sicht besonders rationell. Je nach Material des Maskenbandes kann auch eine Reinigungseinrichtung vorgesehen sein, mit der Reste des Beschichtungsmaterials entfernt werden können. Bei nicht benetzenden Materialien kann jedoch auf eine zusätzliche Reinigung verzichtet werden.

[0012] Das zu beschichtende Metallband wird um die Beschichtungsrolle umgelenkt und mit dem erforderlichen Bandzug eingespannt, damit sichergestellt wird, dass kein flüssiges Beschichtungsmaterial auf die Rückseite des Metallbandes gelangt.

[0013] Ebenso ist das Maskenband mit dem erforderlichen Zug vorgespannt, damit kein Beschichtungsmaterial in den Zwischenraum zwischen Metallband und Maskenband eindringt. Die Vorschubgeschwindigkeiten des Metallbandes und des Maskenbandes sind entsprechend so aufeinander abgestimmt, dass keinerlei Relativbewegung zwischen Metallband und Maskenband entsteht.

[0014] Der besondere Vorteil besteht darin, dass eine einseitige Beschichtung auf Metallbändern zuverlässig und mit geringem Aufwand hergestellt werden kann. Das Metallband tritt in den Bereichen, in denen die Beschichtung aufgebracht wird, rückseitig mit der Beschichtungsrolle in Kontakt, wodurch weitere Vorkehrungen zum Schutz der Bandrückseite nicht mehr nötig sind. Je nach Prozessführung wird das überschüssige Beschichtungsmaterial gezielt entfernt, um die gewünschten Schichtdicken einzustellen. Insbesondere eignet sich die erfindungsgemäße Beschichtungsanlage zur Herstellung von zinnhaltigen Oberflächenschichten auf Bandmaterial aus Kupfer oder Kupferlegierungen.

[0015] In der einfachsten Form hat die Beschichtungsrolle über die ganze Länge eine gleichmäßige zylindrische Form. Bei einer zylindrischen Form liegt das Bandmaterial vollflächig auf der Rollenoberfläche an.

[0016] In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann die Oberfläche der Beschichtungsrolle zur Rollenmitte hin konkav oder konisch geformt sein. Bei konkaver Krümmung werden die Randbereiche des Metallbandes stärker auf die Rollenoberfläche gedrückt, wodurch eine zusätzliche Abdichtung an den Bandkanten erzielt wird. Ebenso wirkt eine konische Form, bei welcher der Radius der Beschichtungsrolle von beiden Enden aus gesehen zur Rollenmitte hin kontinuierlich abnimmt. Bei einer besonderen Form der konkaven Beschichtungsrolle weisen im Wesentlichen nur diejenigen Bereiche eine Krümmung der Rollenoberfläche auf, an denen die Beschichtungsrolle mit den Bandkanten in Berührung kommt. Mit anderen Worten, die Oberfläche der Beschichtungsrolle ist nur im Bereich der aufliegenden Bandkanten leicht konvex gekrümmt und weist im weiteren Verlauf in Richtung der Rollenmitte eine zylindrische Form auf. Die Beschichtungsrolle hat also zur Rollenmitte hin einen etwas kleineren Radius als der Rollenaußenrand. Durch diese besondere Ausgestaltung der Rollenoberfläche entsteht an den jeweiligen Kanten des Metallbandes gegenüber einer im übrigen eben aufliegenden Bandoberfläche eine geringfügige Aufwölbung, die unter Zugbeanspruchung die randseitigen Bereiche besonders gut gegenüber der Schmelze abdichtet. Ein Eindringen von flüssigem Beschichtungsmaterial in einen sich zwischen der Beschichtungsrolle und dem Bandmaterial bildenden Spalt kann so zuverlässig verhindert werden.

[0017] Weitere Vorteile ergeben sich, wenn zumindest die Oberfläche der Beschichtungsrolle aus einem Material besteht, das vom Beschichtungsmaterial nicht benetzbar ist. Bei der einseitigen Verzinnung mit einer in ein Schmelzebad eintauchenden Beschichtungsrolle ist es besonders wichtig, dass kein Beschichtungsmaterial an der Oberfläche der Rolle anhaftet. Dazu eignen sich entweder die Metallschmelze abweisende Oberflächen oder auch Vollmaterial. Insbesondere im Zusammenhang mit zinnhaltigen Beschichtungsmaterialien kommt Grauguss oder Keramikmaterial, beispielsweise Aluminiumoxid, Siliziumnitrid oder Graphit in Betracht.

[0018] Vorteilhafterweise kann zumindest die Oberfläche des Maskenbands aus einem Material bestehen, das vom Beschichtungsmaterial nicht benetzbar ist. Das Maskenband selbst kann so aus einem Vollmaterial gefertigt oder auch mit Material oberflächlich beschichtet sein, welches durch das Beschichtungsmaterial nicht benetzt wird.

[0019] In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann die Auftragsvorrichtung eine sich in axialer Richtung zur Beschichtungsrolle erstreckende schlitzförmige Beschichtungsdüse umfassen. Hierbei wird beispielsweise flüssiges Zinn als Beschichtungsmaterial oberhalb der Beschichtungsrolle, also unmittelbar nachdem das Maskenband mit dem Metallband zusammenläuft, aufgetragen. Überschüssiges Zinn kann dann auch über mehrere Stufen abgestreift oder abgeblasen werden, um die gewünschte Schichtdicke einzustellen.

[0020] Alternativ ist es weiterhin bevorzugt, dass die Auftragsvorrichtung ein Schmelzebad umfassen kann, in das die Beschichtungsrolle zum Teil eintaucht. Hierbei wird das einseitig zu beschichtende Metallband eng an die Beschichtungsrolle anliegend durch das Schmelzebad geführt. So wird ein ungewolltes Eindringen der Metallschmelze auf der Rückseite des Metallbandes vermieden.

[0021] In bevorzugter Ausgestaltung kann die Achse der in das Schmelzebad eintauchenden Beschichtungsrolle über der Schmelzebadoberfläche angeordnet sein. Hierdurch wird die Beschichtungsrolle nur partiell mit der Schmelze in Kontakt gebracht, wobei auch nur in diesem Kontaktbereich das zu beschichtende Metallband und das Maskenband aufeinander liegen müssen. Denkbar wäre auch, dass die Beschichtungsrolle nur nahe der Schmelzeoberfläche angeordnet wird, jedoch so nahe, dass mittels der Oberflächenspannung des Schmelzebades und der zu beschichtenden Bandoberfläche eine Beschichtung aufgebracht wird. Hierbei ist es allerdings nötig, dafür zu sorgen, dass der Schmelzekontakt nicht abreißt. Gegebenenfalls muss in diesem Fall außer dem zu beschichtenden Metallband auch das Maskenband partiell oder vollflächig von der Schmelze des Beschichtungsmaterials benetzt werden.

[0022] Vorteilhafterweise kann die Auftragsvorrichtung eine Abstreifeinrichtung aufweisen. Dabei kann die Abstreifeinrichtung ein Abstreifelement und/oder eine Abblasdüse sein. Über den Beschichtungsvorgang wird das Beschichtungsmaterial üblicherweise im Überschuss auf das zu beschichtende Metallband aufgebracht. Insbesondere liegen oft bei zinnhaltigen Metallschichten die gewünschten Enddicken der Beschichtung deutlich unter der Dicke des ursprünglich aufgebrachten Materials. Überschüssiges Zinn wird vor der Trennung von Metallband und Maskenband so über mehrere Stufen abgestreift und die Schichtdicke gezielt eingestellt.

[0023] Vorteilhafterweise kann zumindest die Auftragsvorrichtung in einem geschlossenen Gehäuse mit Schutzgas angeordnet sein, um eine Oxidbildung, insbesondere auf der nicht beschichteten Bandseite, zu vermeiden.

[0024] Ein weiterer Aspekt der Erfindung schließt bezüglich des Verfahrens zur Herstellung einseitig partiell beschichteter Metallbänder mittels der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage folgende Schritte ein:

• ein Metallband wird über eine Beschichtungsrolle geführt,
• die der Beschichtungsrolle gegenüber liegende Bandoberfläche wird mit einem endlos geführten Maskenband abgedeckt,
• im abgedeckten Bereich auf dem Metallband wird eine Beschichtung aufgebracht, und
• das überschüssige Beschichtungsmaterial wird bis zur gewünschten Schichtdicke entfernt, bevor das Maskenband von der Oberfläche des Metallbandes entfernt wird.

[0025] Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Beschichtungsanlage mit Beschichtungsdüse und

Fig. 2 eine Beschichtungsanlage mit Schmelzebad.

[0026] Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.

[0027] Fig. 1 zeigt eine Beschichtungsanlage 1, bei der das partiell zu beschichtende Metallband 20 gemeinsam mit dem Maskenband 10 über die Beschichtungsrolle 2 geführt ist. Die Auftragsvorrichtung beinhaltet eine sich in axialer Richtung zur Beschichtungsrolle 2 erstreckende Beschichtungsdüse 3. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird beispielsweise flüssiges Zinn als Beschichtungsmaterial oberhalb der Beschichtungsrolle 2, also unmittelbar nachdem das Maskenband 10 mit dem Metallband 20 zusammenläuft, aufgetragen. Das Maskenband 10 hat an den Stellen Aussparungen, an denen die Beschichtung auf das Metallband 20 aufgebracht werden soll. Das Maskenband 20 ist aus einem flexiblen Material gefertigt, welches durch das Beschichtungsmaterial nicht benetzt wird.

[0028] Das zu beschichtende Metallband 10 wird über die Beschichtungsrolle 2 geführt und durch eine Umlenkrolle als Bandführung 21 mit dem erforderlichen Bandzug eingespannt, damit sichergestellt wird, dass kein flüssiges Beschichtungsmaterial auf die Rückseite des Metallbandes 20 gelangt. Die Laufrichtung L des Metallbandes 20 und des Maskenbandes 10 ist jeweils durch einen Pfeil gekennzeichnet.

[0029] Ebenso ist das Maskenband 10 mit dem erforderlichen Zug durch eine Umlenk-Spannrolle 12 vorgespannt, damit kein Beschichtungsmaterial in den Zwischenraum zwischen Metallband 20 und Maskenband 10 eindringen kann. Die Vorschubgeschwindigkeiten des Metallbandes 20 und des Maskenbandes 10 werden mittels der treibenden Maskenbandrolle 11 entsprechend aufeinander abgestimmt, dass es zu keiner Relativbewegung zwischen Metallband 20 und Maskenband 10 kommt.

[0030] Das Maskenband 10 ist über die treibende Maskenbandrolle 11, die Umlenk-Spannrolle 12 und zwei weitere Maskenband-Umlenkrollen 13 endlos geführt. Bei einem nicht durch die Schmelze benetzbaren Material des Maskenbandes 10 ist eine zusätzliche Reinigungsvorrichtung entbehrlich.

[0031] Da bei zinnhaltigen Metallschichten die gewünschten Enddicken der Beschichtung deutlich unter der Dicke des ursprünglich aufgebrachten Materials liegt, wird überschüssiges Zinn über zwei Stufen entfernt, um die gewünschte Schichtdicke einzustellen. Die hierfür vorgesehene Abstreifeinrichtung besteht aus einem Abstreifelement 5 und einer Abblasdüse 6.

[0032] In Fig. 2 ist ein weiteres Beispiel einer Beschichtungsanlage 1 mit Schmelzebad 4 dargestellt. Statt mit einer Beschichtungsdüse 3 wird nun die einseitige Verzinnung mit einer in ein Schmelzebad 4 eintauchenden Beschichtungsrolle 2 durchgeführt. Diese besteht aus keramischem Vollmaterial, wodurch kein Beschichtungsmaterial an der Oberfläche der Beschichtungsrolle 2 anhaftet.

[0033] Die Beschichtungsrolle 2 taucht nur zum Teil in das Schmelzebad 4 ein. Dabei wird das einseitig zu beschichtende Metallband 20 eng an die Beschichtungsrolle 2 anliegend durch das Schmelzebad 4 geführt, um ein ungewolltes Eindringen der Metallschmelze auf der Rückseite des Metallbandes 20 zu vermeiden.

[0034] Bei der in Fig. 2 dargestellten Beschichtungsanlage 1 taucht die Achse der Beschichtungsrolle 2 nicht in das Schmelzebad 4 ein. Hierdurch wird die Beschichtungsrolle 2 nur partiell mit der Schmelze in Kontakt gebracht, wobei auch nur in diesem Kontaktbereich, im Bereich des Abstreifelements 5 und der Abblasdüse 6 das zu beschichtende Metallband 20 und das Maskenband 10 aufeinander liegen.

[0035] Es können weitere Prozesseinheiten vorgeschaltet sein, wie beispielsweise eine chemische oder mechanische Reinigungseinrichtung der Bandoberfläche vor der Beschichtung. Ebenso können weitere Prozesseinheiten auch nachfolgen, wie beispielsweise ein Ofen zur Temperaturbehandlung der aufgebrachten Metallschicht.

Bezugszeichenliste

[0036] 

1

Beschichtungsanlage

2

Beschichtungsrolle

3

Beschichtungsdüse

4

Schmelzebad

5

Abstreifelement

6

Abblasdüse

10

Maskenband

11

treibende Maskenbandrolle

12

Umlenk-Spannrolle

13

Maskenband-Umlenkrolle

20

Metallband

21

Bandführung für Metallband

L

Laufrichtung

Ansprüche

1. Beschichtungsanlage (1) für Metallbänder, bestehend aus:

- einer Beschichtungsrolle (2),

- einer Auftragsvorrichtung (3, 4, 5, 6) für das Beschichtungsmaterial,

- einem mittels Umlenkrollen (11, 12, 13) über die Beschichtungsrolle (2) geführten Maskenband (10), wobei das Maskenband (10) endlos geführt ist,

- einer Bandführung (21) für das über die Beschichtungsrolle (2) laufende Metallband (20).

2. Beschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Beschichtungsrolle (2) zur Rollenmitte hin konkav oder konisch geformt ist.

3. Beschichtungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Oberfläche der Beschichtungsrolle (2) aus einem Material besteht, das vom Beschichtungsmaterial nicht benetzbar ist.

4. Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Oberfläche des Maskenbands (10) aus einem Material besteht, das vom Beschichtungsmaterial nicht benetzbar ist.

5. Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsvorrichtung (3, 5, 6) eine sich in axialer Richtung zur Beschichtungsrolle (2) erstreckende schlitzförmige Beschichtungsdüse (3) umfasst.

6. Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsvorrichtung (4, 5, 6) ein Schmelzebad (4) umfasst, in das die Beschichtungsrolle (2) zum Teil eintaucht.

7. Beschichtungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse der in das Schmelzebad (4) eintauchenden Beschichtungsrolle (2) über der Schmelzebadoberfläche angeordnet ist.

8. Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsvorrichtung (3, 4, 5, 6) ein Abstreifelement (5) und/oder eine Abblasdüse (6) aufweist.

9. Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Auftragsvorrichtung (3, 4, 5, 6) in einem geschlossenen Gehäuse mit Schutzgas angeordnet ist.

10. Verfahren zur Herstellung einseitig partiell beschichteter Metallbänder (20) mittels einer Beschichtungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass

- ein Metallband (20) über eine Beschichtungsrolle (2) geführt wird,

- die der Beschichtungsrolle (2) gegenüber liegende Bandoberfläche mit einem endlos geführten Maskenband (10) abgedeckt wird,

- im abgedeckten Bereich auf dem Metallband (20) eine Beschichtung aufgebracht wird, und

- das überschüssige Beschichtungsmaterial bis zur gewünschten Schichtdicke entfernt wird, bevor das Maskenband (10) von der Oberfläche des Metallbandes (20) entfernt wird.

Zeichnung