Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Metallbands, insbesondere eines Stahlbands, mittels eines metallischen Substrats, insbesondere Zink, in einer Bandbeschichtungsanlage, wobei das Beschichten nach dem Prinzip einer physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) erfolgt und die Schichtdicke über die Parameter der Bandgeschwindigkeit und der Verdampfungsrate eingestellt wird, sowie eine Anlage zum Beschichten des Metallbands mittels des metallischen Substrats.

Verfahren zum Beschichten von metallischen Bändern mit einer Passivierungsschicht sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. So offenbart beispielsweise die JPS6296669 ein Verfahren zur Beschichtung von Stahlbändern mit einer Zinkschicht, wobei die Temperatur des Stahlbands vor der Beschichtung auf einen spezifischen Temperaturbereich eingestellt wird.

Die JPS63128168 offenbart ein Verfahren zur Beschichtung von Stahlbändern mit einer Zinkschicht, welches eine verbesserte Tiefziehfähigkeit aufweist.

Aus der JPH05287528 ist eine Kontrolleinheit für einen Gasphasenabscheider bekannt, um die Qualität der abgeschiedenen Schicht zu verbessern. Hierbei werden mittels eines Schichtdickendetektors die abgeschiedene Schichtdicke und mittels eines Geschwindigkeitsdetektors die Bandgeschwindigkeit kontinuierlich ermittelt und an die Kontrolleinheit gesendet. Wird beispielsweise der Schichtdickensollwert unter- oder überschritten, so wird die Bandgeschwindigkeit über die Kontrolleinheit entsprechend angepasst, so dass die abgeschiedene Schichtdicke konstant gehalten werden kann. Aus der JPS6320448 ist ein Verfahren zur Beschichtung von Stahlbändern mit Aluminium bekannt, wobei durch vorherige Bildung einer AIN-Schicht die Bildung einer Al-Fe-Legierungsschicht verhindert wird. Die Schichtdicke der AIN-Schicht wird hierbei durch Anpassung der Bandgeschwindigkeit eingestellt.

Die DE 1 521 573 offenbart eine Regelanlage für kontinuierliche

Bandlackierverfahren im Vakuum, wobei auf einer Oberfläche eines Bandes entsprechend der Bandgeschwindigkeit Metalldampf abgeschieden wird, so dass eine gleichmäßige Schichtdicke erzielt wird

Die EP 0 176 852 offenbart eine Vakuumbeschichtungsvorrichtung zum kontinuierlichen Beschichten eines Metallbandes, bei der eine Steuereinrichtung zum Ändern der Breite des Metalldampfkanals vorgesehen ist, so dass Metallbänder mit unterschiedlichen Breiten mit einer gleichmäßigen Schichtdicke beschichtet werden können.

In einem PVD-Beschichtungsprozess wird das gewünschte metallische Substrat verdampft und auf einer metallischen Oberfläche abgeschieden, wobei die Verdampfung üblicherweise im Vakuum mittels bekannter Techniken erfolgt. Das verdampfte metallische Substrat wird sodann auf der Oberfläche des Metallbands abgeschieden.

Da der Verdampfungsprozess ein thermischer Prozess ist, verläuft die Anpassung der Verdampfungsrate bei einer Prozessänderung, wie beispielsweise einer Schichtdickenänderung und/oder einer Breitenänderung des Metallbands, nur langsam, so dass es zur Bildung eines Abschnitts auf dem Metallband kommt, der nicht die gewünschte Schichtdicke aufweist und somit den Qualitätsanforderungen nicht genügt. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren sowie eine Anlage bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik überkommen.

Diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 8 erzielt.

Die Unteransprüche betreffen jeweils bevorzugte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung, deren jeweilige Merkmale im Rahmen des technisch Sinnvollen ggf. auch über die Kategoriegrenzen der verschiedenen Ansprüche hinweg frei miteinander kombinierbar sind.

Das Verfahren ist zum Beschichten eines Metallbands mittels eines metallischen Substrats in einer Bandbeschichtungsanlage vorgesehen, wobei das Beschichten nach dem Prinzip einer physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) erfolgt und die Schichtdicke über die Parameter der Bandgeschwindigkeit und der Verdampfungsrate eingestellt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei einer Schichtdickenänderung und/oder einer Breitenänderung des Metallbands die Verdampfungsrate und die Bandgeschwindigkeit simultan geändert werden, so dass die Schichtdickenänderung unabhängig vom thermischen Verdampfungsprozess direkt umsetzbar ist. Mit anderen kann die

Verdampfungsrate bei einem Schichtdickenwechsel vorausschauend angepasst werden.

Die Beschichtung kann einseitig oder vorzugsweise beidseitig erfolgen, d.h. es werden sowohl die Oberseite als auch die Unterseite des Metallbands beschichtet.

In gleicher Weise sieht die Erfindung eine Anlage zum Beschichten eines Metallbands mittels eines metallischen Substrats vor, umfassend eine durchlaufende Behandlungslinie in der das Metallband in einer Bewegungsrichtung (T) bewegt wird, wobei in der Behandlungslinie eine

Beschichtungseinrichtung vorgesehen ist, in der das Metallband mindestens einseitig mit dem metallischen Substrat nach dem Prinzip einer physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) beschichtbar ist, und wobei die Schichtdicke über die Parameter der Bandgeschwindigkeit und der Verdampfungsrate einstellbar ist. Erfindungsgemäß weist die Anlage eine Regeleinheit auf, die bei einer Schichtdickenänderung und/oder einer Breitenänderung des Metallbands die Verdampfungsrate und die Bandgeschwindigkeit simultan ändert, so dass die Schichtdickenänderung unabhängig vom thermischen Verdampfungsprozess direkt umsetzbar ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, dass durch eine überlagerte Geschwindigkeitsanpassung die Schichtdickenänderung unabhängig von dem langsamen thermischen Umstellvorgang direkt am Metallband einstellbar ist. So kann die Bildung von größeren Metallbandabschnitten, die die gewünschte neu eingestellte Schichtdicke noch nicht aufweisen, wirkungsvoll umgangen werden. Des Weiteren ist die Anpassung der Verdampfungsrate vorteilhaft, um das Verfahren oder die Anlage mit optimaler Produktionsgeschwindigkeit zu betreiben.

Durch die und/oder-Formulierung ist für den Fachmann erkennbar, dass mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens oder der erfindungsgemäßen Anlage unterschiedliche Ausführungsvarianten realisierbar sind.

Soll beispielsweise eine neue Schichtdicke auf dem zu beschichtenden Metallband oder auf dem nachfolgenden Metallband aufgetragen werden, so wird die Verdampfungsrate entsprechend angepasst. Bei einer Schichtdickenreduzierung wird die Verdampfungsrate reduziert, bei einer Schichtdickenerhöhung erhöht. Die langsame Absenkung oder Erhöhung der Verdampfungsrate, die mehrere Minuten andauert, wird in dieser Phase durch eine kontinuierliche Anpassung, in Form einer Erhöhung oder Absenkung der Bandgeschwindigkeit, kompensiert, so dass die am nachfolgenden Metallband abgeschiedene Schichtdicke sofort der gewünschte Zielschichtdicke entspricht. Soll beispielsweise das Folgeband, welches breiter oder schmaler zum vorhergehenden Metallband ist, mit derselben Schichtdicke beschichtet werden, so wird die Verdampfungsrate entsprechend angepasst. Ist das Folgeband schmaler, so wird die Verdampfungsrate reduziert. Ist das Folgeband breiter, so wird die Verdampfungsrate erhöht. Die langsame Absenkung oder Erhöhung der Verdampfungsrate, die mehrere Minuten andauert, wird in dieser Phase durch eine kontinuierliche Anpassung, in Form einer Erhöhung oder Absenkung der Bandgeschwindigkeit, kompensiert, so dass die am Folgeband abgeschiedene Schichtdicke sofort der gewünschten Zielschichtdicke entspricht

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsvariante kann das Folgeband breiter ausgeführt sein als das vorhergehende Metallband, wobei die Schichtdicke am Folgeband größer sein soll als auf dem vorhergehenden Metallband. In diesem Fall wird die Verdampfungsrate entsprechend erhöht, die Bandgeschwindigkeit reduziert. Die langsame Erhöhung der Verdampfungsrate, die mehrere Minuten andauert, wird in dieser Phase durch eine kontinuierliche Absenkung der Bandgeschwindigkeit kompensiert, so dass die am Folgeband abgeschiedene Schichtdicke sofort der gewünschten Zielschichtdicke entspricht. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsvariante kann das Folgeband breiter ausgeführt sein als das vorhergehende Metallband, wobei die Schichtdicke am Folgeband kleiner sein soll als auf dem vorhergehenden Metallband. In diesem Fall ist die Änderung der Verdampfungsrate und der Bandgeschwindigkeit abhängig von der Breitenänderung des Folgebands und der Zielschichtdicke. Wird beispielsweise in dieser Konstellation die Verdampfungsrate und die Bandgeschwindigkeit konstant gehalten, so stellt sich, aufgrund der größeren zu beschichtenden Fläche am Folgeband, automatisch eine kleinere Schichtdicke ein. Wird beispielsweise nur die Bandgeschwindigkeit reduziert, so stellt sich, aufgrund der größeren zu beschichtenden Fläche am Folgeband, automatisch eine noch kleinere Schichtdicke ein. Grundsätzlich werden jedoch sowohl die Verdampfungsrate als auch die Bandgeschwindigkeit gemäß gewünschter Zielvorgaben derart simultan geändert, dass die am Folgeband abgeschiedene Schichtdicke sofort der gewünschten Zielschichtdicke entspricht.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsvariante kann das Folgeband schmaler ausgeführt sein als das vorhergehende Metallband, wobei die Schichtdicke am Folgeband größer sein soll als auf dem vorhergehenden

Metallband. Entsprechend der Vorgaben werden die Verdampfungsrate als auch die Bandgeschwindigkeit derart simultan geändert, dass die am Folgeband abgeschiedene Schichtdicke sofort der gewünschten Zielschichtdicke entspricht

Letztendlich kann in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsvariante das Folgeband schmaler ausgeführt sein als das vorhergehende Metallband, wobei die Schichtdicke am Folgeband kleiner sein soll als auf dem vorhergehenden

Metallband. Entsprechend der Vorgaben werden die Verdampfungsrate als auch die Bandgeschwindigkeit derart simultan geändert, dass die am Folgeband abgeschiedene Schichtdicke sofort der gewünschten Zielschichtdicke entspricht.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante werden die Verdampfungsrate und die Bandgeschwindigkeit gemeinsam in festen Zeitintervallen geändert, so dass die die beiden Parameter besonders fein aufeinander abgestimmt werden können. Grundsätzlich gilt, dass je kleiner das Zeitintervall gewählt wird, umso genauer eine Schichtdickenänderung und/oder einer Breitenänderung des Metallbands durchführbar ist. Vorzugsweise erfolgt die Schichtdickenänderung und/oder die Breitenänderung des Metallbands über Wertepaare von Verdampfungsrate und Bandgeschwindigkeit pro Zeitintervall, die besonders bevorzugt auf historischen Daten und/oder einer Modellbeziehung basieren. Bei bekannten Änderungen der zu beschichteten Fläche und/oder der zu beschichteten Schichtdicke kann die Geschwindigkeitsanpassung entsprechend pro Zeiteinheit vorgesteuert werden, um eine sofortige Anpassung zu erreichen. Das Metallband ist vorzugsweise ein Stahlband. Das metallische Substrat umfasst vorzugsweise Zink, so dass als resultierende Beschichtung eine reine Zinkschicht gebildet wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante kann das metallische Substrat weiterhin Gehalte an Magnesium, Aluminium, Eisen oder Silizium aufweisen, so dass als resultierende Beschichtung eine Zinklegierungsschicht gebildet wird. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante beträgt die

Schichtdickenänderung und/oder die Breitenänderung des Metallbands mindestens 10 %, mehr bevorzugt 15 %, noch mehr bevorzugt 20 % und am meisten bevorzugt 25 %. Zur Bestimmung der Schichtdicke wird vorzugsweise ein Schichtdickenmessgerät verwendet, dass stromabwärts der Beschichtungseinrichtung angeordnet ist. Durch das nachgelagerte Schichtdickenmessgerät kann die Schichtdicke durch eine Anpassung der Bandgeschwindigkeit und der Verdampfungsrate geregelt werden.

Weitere Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Anlage ergeben sich aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen, die anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. In dieser zeigt:

Fig. 1 eine schematisch vereinfachte Seitenansicht einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anlage.

In Figur 1 ist eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Anlage 1 in einer schematisch stark vereinfachten Seitenansicht gezeigt. Die Anlage 1 ist dazu geeignet, dass erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, bei dem ein Metallband 10 mittels eines metallischen Substrats 12 nach dem Prinzip einer physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) erfolgt, wobei die Schichtdicke über die Parameter der Bandgeschwindigkeit und der Verdampfungsrate nach der folgenden Formel eingestellt wird.

mit

Verdampfungsrate S(T

Breite b [m]

Bandgeschwindigkeit v _stri [m/s]

Effizienz E(b,v,t) [-]

Schichtdicke d _Me [g/m ² ]

Die Anlage 1 umfasst zunächst eine durchlaufende Behandlungslinie 2, in der das Metallband 10 zunächst von einer ersten Haspeleinrichtung 11 abgewickelt und am Ende der Behandlungslinie 2 von einer zweiten Haspeleinrichtung 13 wieder aufgewickelt wird. Innerhalb der Behandlungslinie 2 wird das Metallband 10 in einer Bewegungsrichtung des Pfeils 3 bewegt und durchläuft dabei mehrere Stationen.

In der vorliegend dargestellten Ausführungsvariante umfasst die Anlage 1 eine in der Behandlungslinie 2 angeordnete Beizeinrichtung 14 und eine stromabwärts angeordnete Beschichtungseinrichtung 16.

In der Beizeinrichtung 14 wird die Oberflächen des Metallbands 10, beispielsweise ein Stahlband, vorbereitet, um im Anschluss in der Beschichtungseinrichtung 16 beschichtet werden zu können. In der Beschichtungseinrichtung 16 wird das Metallband 10 sodann mindestens einseitig, vorzugsweise beidseitig, mit dem metallischen Substrat 12, beispielsweise einer Zinkschicht, nach dem Prinzip einer physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) beschichtet. Die Schichtdicke wird ist hierbei über die Parameter der Bandgeschwindigkeit und der Verdampfungsrate gemäß obiger Formel einstellbar.

Soll beispielsweise eine andere Schichtdicke eingestellt werden, so kann durch Umstellung der obigen Formel die Bandgeschwindigkeit angepasst werden. Somit gilt: Der gleiche Zusammenhang gilt auch für eine Breitenänderung bzw. für eine Kombination.

Wenn alle Prozesseinstellungen, wie die Verdampfungsrate und die Breite, unverändert bleiben, so gilt lediglich:

_ d Me, neu

Vstrip,neu ^~ V strip, alt *

aMe,alt

Sofern alle Prozesseinstellungen, wie die Verdampfungsrate und die Schichtdicke, unverändert bleiben, so gilt lediglich:

_ b ^U neu

strip,neu ^~ strip, alt * T

^D alt

Hiernach können Schichtdicken- oder Breitenänderungen bis zu einer spezifischen Höhe ohne Änderungen der Verdampfungsrate angepasst werden. Die Schnelligkeit des Umstellvorgangs ist allerdings durch eine Geschwindigkeitsänderung pro Zeiteinheit limitiert. Müssen größere Schichtdicken- und/oder Breitenänderungen realisiert werden, so muss die Verdampfungsrate angepasst werden.

Erfindungsgemäß ist bei dem Verfahren daher vorgesehen, dass bei einer Schichtdickenänderung und/oder einer Breitenänderung des Metallbands 10 die Verdampfungsrate und die Bandgeschwindigkeit simultan geändert werden, so dass die Schichtdickenänderung unabhängig vom thermischen Verdampfungsprozess direkt umsetzbar ist. Mit anderen kann die

Verdampfungsrate bei einem Schichtdickenwechsel vorausschauend angepasst werden. Hierzu umfasst die Anlage 1 eine Regeleinheit 18, die bei einer Schichtdickenänderung und/oder einer Breitenänderung des Metallbands 10 die Verdampfungsrate und die Bandgeschwindigkeit simultan ändert, so dass die Schichtdickenänderung unabhängig vom thermischen Verdampfungsprozess direkt umsetzbar ist. In der vorliegend dargestellten Ausführungsvariante ist die Regeleinheit 18 EDV gestützt und umfasst zusätzlich eine Speichereinheit 19, in der Wertepaare von Verdampfungsraten und Bandgeschwindigkeiten pro Zeitintervall gespeichert sind. Diese können beispielsweise auf vergangenen Daten oder Modellen basieren. Soll beispielsweise eine neue, um 25 % kleinere Schichtdicke auf dem Metallband 10 aufgetragen werden, so wird die Verdampfungsrate über die Regeleinheit 18 reduziert. Die langsame Absenkung der Verdampfungsrate, die mehrere Minuten andauert, wird in dieser Phase durch eine kontinuierliche Anpassung, in Form einer Erhöhung der Bandgeschwindigkeit auf Basis der Wertepaare, kompensiert, so dass die am nachfolgenden Metallband abgeschiedene Schichtdicke sofort der gewünschten Zielschichtdicke entspricht. Da sich auch die Effizienz ändern kann, muss diese ggf. berücksichtigt werden. Daher ist in der Behandlungslinie 2 stromabwärts der Beschichtungseinrichtung 16 zusätzlich ein Schichtdickenmessgerät 20 angeordnet, über welches die Beschichtung kontrolliert wird.

Mit diesem Messwert kann sodann ein Korrekturwert ermittelt und adaptiert werden. Es gilt: d

c = Me, gemessen

d Me, soll

Hiernach kann die obige Formel umgeschrieben werden zu:

Wie der Figur 1 entnehmbar, ist das Schichtdickenmessgerät 20 mit der Regeleinheit 18 verbunden, so dass bei Unter- oder Überschreiten von vorgegebenen Werten die Beschichtung entsprechend dem gezeigten mathematischen Zusammenhang nachjustiert werden kann, um eine gleichmäßige Beschichtung zu realisieren.

Bezugszeichen

I Anlage

2 Behandlungslinie

3 Pfeil

10 Metallband

I I erste Haspeleinrichtung

12 metallische Substrat 13 zweite Haspeleinrichtung

14 Beizeinrichtung

16 Beschichtungseinrichtung

18 Regeleinheit

19 Speichereinheit

20 Schichtdickenmessgerät