DE69514542T2 - COATING MATERIALS WITH WAXY SUBSTANCES - Google Patents
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Abstract
Description
Diese Erfindung betrifft die Beschichtung von streifenförmigen Gegenständen mit wachsartigen Materialien.This invention relates to the coating of strip-shaped objects with waxy materials.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Beschichtungsverfahren, das besonders für die Beschichtung von Aluminium- und Aluminiumlegierungsstreifen, wie solchen, die für Kfz-Bleche auf Lager verwendet werden, mit wachsartigen Schmiermitteln geeignet ist.In particular, the invention relates to a coating process particularly suitable for coating aluminum and aluminum alloy strips, such as those used for automotive sheet metal in stock, with waxy lubricants.
Die Verwendung von Aluminium und Aluminiumlegierungen bei der Herstellung von Kfz-Karosserien und anderen Automobilteilen ist heute von steigenden Interesse, weil Hersteller und Behörden bemüht sind, den Treibstoffverbrauch und die Luftverschmutzung zu reduzieren. Dies hat zur Verwendung von Klebstoffen für die Verbindung von Aluminiumteilen geführt, da Schweißen von Aluminium problematisch und ineffizient ist. Konventionelle Schmiermittel, die für die Beschichtung von Blechoberflächen während der Blechherstellung verwendet werden, neigen jedoch dazu, nicht mit den für die Verbindungsverfahren geeigneten Klebstoffen kompatibel zu sein, und neue Schmiermittel wurden entwickelt, um dieses Problem zu beseitigen. Diese neuen Schmiermittel haben gewöhnlich Wachseigenschaften, d. h. sie sind bei Raumtemperatur fest, aber schmelzen zu Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität (d. h. Flüssigkeiten mit einer Viskosität unter 50 Centipoise und oft unter 30 Centipoise) bei leicht erhöhten Temperaturen (d. h. 30 bis 100ºC oder häufiger 30-50ºC, abhängig von der Art und Formulierung des Schmiermittels).The use of aluminium and aluminium alloys in the manufacture of car bodies and other automotive parts is of increasing interest today because of manufacturers' and governments' efforts to reduce fuel consumption and air pollution. This has led to the use of adhesives for joining aluminium parts, since welding aluminium is problematic and inefficient. However, conventional lubricants used for coating sheet surfaces during sheet metal manufacture tend to be incompatible with the adhesives suitable for the joining processes, and new lubricants have been developed to eliminate this problem. These new lubricants usually have wax properties, i.e. they are solid at room temperature, but melt to low viscosity liquids (i.e. liquids with a viscosity below 50 centipoise and often below 30 centipoise) at slightly elevated temperatures (i.e. 30 to 100ºC, or more commonly 30-50ºC, depending on the type and formulation of the lubricant).
Gegenwärtig wird normalerweise ein beheizter Rollenbeschichter verwendet, um solche Schmiermittel aufzubringen, aber dies ist teilweise ineffizient, weil die Verteilung des Beschichtungsmaterials über die Streifenoberfläche variabel wird infolge der Tendenz des Schmiermittels mit niedriger Viskosität, folgend auf seine anfängliche Applikation, in unregelmäßigen Mustern über die Metalloberfläche zu fließen.Currently, a heated roll coater is typically used to apply such lubricants, but this is partially inefficient because the distribution of the coating material over the strip surface becomes variable due to the tendency of the low viscosity lubricant to flow in irregular patterns over the metal surface following its initial application.
Darüber hinaus wird ausreichend Hitze während des Beschichtungsprozesses durch den Beschichter auf das Metallblech übertragen, so daß die Verfestigung des Schmiermittels verzögert wird. Wenn nicht spezielle Vorkehrungsmaßnahmen getroffen werden, z. B. die Installation einer separaten Kühlzone stromabwärts vom Beschichterapparat, kann das Schmiermittel sich immer noch im geschmolzenen Zustand befinden, wenn das Blech die Aufrollmaschine erreicht, die zum Aufrollen des streifenförmigen Gegenstandes nach dem Beschichten dient. Wenn das Schmiermittel immer noch geschmolzen ist, wenn der Streifen aufgerollt wird, bewirkt der auf die Streifenoberfläche wirkende Aufrolldruck, daß der Schmiermittelfilm unakzeptabel dünn wird, wobei überschüssiges Material durch die Seiten der Rolle herausgedrückt wird. Zusätzlich kann die sehr niedrige Streifenoberflächenreibung bewirken, daß die Rolle instabil wird und während der Aufrolloperation "teleskopiert" (sich ineinander verschiebt).In addition, sufficient heat is transferred to the metal sheet by the coater during the coating process so that solidification of the lubricant is retarded. Unless special precautions are taken, such as installing a separate cooling zone downstream of the coater apparatus, the lubricant may still be in a molten state when the sheet reaches the reeling machine used to reel the strip article after coating. If the lubricant is still molten when the strip is reeled, the reeling pressure acting on the strip surface will cause the lubricant film to become unacceptably thin, with excess material being squeezed out through the sides of the reel. In addition, the very low strip surface friction can cause the reel to become unstable and "telescoping" (shifting into one another) during the reeling operation.
Folglich existiert ein Bedarf an einem verbesserten Verfahren der Beschichtung von Metallflächen mit wachsartigen Materialien dieser Art.Consequently, there is a need for an improved method of coating metal surfaces with waxy materials of this type.
Es ist ein Ziel der Erfindung, in effizienter Weise Metallblechgegenstände mit wachsartigen Beschichtungsmaterialien, insbesondere Schmiermitteln, beschichten zu können.It is an aim of the invention to be able to efficiently coat sheet metal objects with waxy coating materials, in particular lubricants.
Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, wachsartige Beschichtungsmaterialien, insbesondere Schmiermittel, in relativ dicken Schichten auf Blechgegenstände aufbringen zu können.Another aim of the invention is to be able to apply waxy coating materials, in particular lubricants, in relatively thick layers to sheet metal objects.
Als weiteres erfindungsgemäßes Ziel soll es ermöglicht werden, das zwangsläufige Kühlen eines streifenförmigen Gegenstandes nach dem Beschichten mit wachsartigen Beschichtungsmaterialien, insbesondere Schmiermitteln, vor dem Aufrollen zu vermeiden, ohne großes Risiko, die Beschichtungsschicht zu zerreißen und die Gestalt der Rolle zu destabilisieren, während sie sich beim Aufrollen bildet.Another aim of the invention is to make it possible to avoid the inevitable cooling of a strip-shaped article after coating with waxy coating materials, in particular lubricants, before rolling up, without a great risk of tearing the coating layer and destabilising the shape of the roll as it is being formed during rolling up.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Bildung einer Beschichtungslage eines festen wachsartigen Beschichtungsmaterials auf einer Oberfläche eines wärmeleitfähigen streifenförmigen Gegenstandes bereitgestellt, in welchem das feste wachsartige Beschichtungsmaterial zum Schmelzen erhitzt wird und eine Beschichtungslage auf der vorrückenden Oberfläche des streifenförmigen Gegenstandes gebildet wird, indem die Schmelze auf die Oberfläche aufgebracht wird und die Schmelze abgekühlt wird, um eine feste Beschichtungslage zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze auf die vorrückende Oberfläche aus einem länglichen, seitlich offenen Schlitz eines beweglichen Beschichtungskopfes fließt, der eine ausgedehnte Oberfläche angrenzend an den Schlitz besitzt, die in einem Winkel zum streifenförmigen Gegenstand orientiert ist, um so eine Beschichtungslücke zu definieren, die in Richtung des Vorschubs des streifenförmigen Gegenstandes zusammenläuft, und der Beschichtungskopf gegen die Oberfläche des streifenförmigen Gegenstandes gegen entgegengerichtete hydrodynamische Kräfte geschoben wird, die durch das Beschichtungsmaterial auf die ausgedehnte Oberfläche in der Lücke ausgeübt werden, wenn die Schmelze aus dem Schlitz auf die Oberfläche fließt, um die Dicke der Beschichtungsschicht zu steuern.According to the invention there is provided a method of forming a coating layer of a solid waxy coating material on a surface of a thermally conductive strip-shaped article, in which the solid waxy coating material is heated to melt and a coating layer is formed on the advancing surface of the strip-shaped article by applying the melt to the surface and cooling the melt to form a solid coating layer, characterized in that the melt flows onto the advancing surface from an elongated, laterally open slot of a movable coating head having an extended surface adjacent to the slot oriented at an angle to the strip-shaped article so as to define a coating gap extending in the direction of advance of the strip-shaped article and the coating head is pushed against the surface of the strip-shaped article against opposing hydrodynamic forces exerted by the coating material on the extended surface in the gap as the melt flows from the slot onto the surface to control the thickness of the coating layer.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der unerwarteten Entdeckung, daß wachsartige Beschichtungsmaterialien und insbesondere wachsartige Schmiermittel, die in der Automobilindustrie und verwandten Industriezweigen verwendet werden, mit Hilfe eines Beschichtungsapparates aufgebracht werden können, der mit einem "schwimmenden" Beschichtungskopf mit einem länglichen, seitlich offenen Schlitz ausgestattet ist. Der Erfolg dieses Verfahrens ist erstaunlich, weil Beschichtungsapparate dieser Art, obwohl sie für andere Anwendungen bekannt sind, als nicht geeignet für die Beschichtung von Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität angesehen wurden, da übermäßige Leckage solcher Flüssigkeiten stattfindet und einheitliche Beschichtungen nicht gebildet werden. Darüber hinaus erzeugen Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität gewöhnlich keine ausreichende hydrodynamische Kraft, um zu verhindern, daß Metall-Metall-Kontakte des Beschichtungskopfes mit der sich bewegenden Streifenoberfläche stattfinden. Im erfindungsgemäßen Verfahren scheint jedoch die teilweise Verfestigung der wachsartigen Beschichtungsmaterialien in der Beschichtungslücke in ausreichend verläßlicher Weise stattzufinden, so daß effektives Beschichten erreicht werden kann trotz der anfänglichen niedrigen Viskosität des Beschichtungsmaterials.The present invention is based on the unexpected discovery that waxy coating materials, and in particular waxy lubricants used in the automotive and related industries, can be applied by means of a coating apparatus equipped with a "floating" coating head with an elongated, side-open slot. The success of this process is astonishing because coating apparatus of this type, although known for other applications, have been considered unsuitable for coating low viscosity liquids because excessive leakage of such liquids occurs and uniform coatings are not formed. In addition, low viscosity liquids usually do not generate sufficient hydrodynamic force to prevent metal-to-metal contact of the coating head with the moving strip surface. However, in the process of the invention, the partial solidification of the waxy coating materials in the coating gap appears to take place in a sufficiently reliable manner so that effective coating can be achieved despite the initial low viscosity of the coating material.
Da unakzeptabel lange Verfestigungszeiten bei konventionellen Beschichtungsapparaten für die Herstellung wachsartiger Beschichtungen notwendig sind, waren andererseits ähnliche Probleme zu erwarten, wenn Beschichter des Schlitztyps zu diesem Zweck verwendet werden. Es hat sich jedoch erstaunlicherweise gezeigt, daß Apparate des "Schwimmkopf"- Typs die Bildung von Beschichtungen erlauben, die sich schnell verfestigen, vielleicht weil der heiße Beschichtungskopf nicht direkt den streifenförmigen Gegenstand berührt und so keine übermäßige Erwärmung des Streifens bewirkt.On the other hand, since unacceptably long setting times are required for conventional coating machines for the production of waxy coatings, similar problems were to be expected when slot-type coaters were used to be used for this purpose. However, it has been surprisingly found that apparatus of the "floating head" type permit the formation of coatings which solidify rapidly, perhaps because the hot coating head does not directly contact the strip-shaped object and so does not cause excessive heating of the strip.
Ein bevorzugtes Beispiel des für das erfindungsgemäße Verfahren verwendeten Apparatetyps, der für die einseitige Beschichtung eines streifenförmigen Gegenstandes geeignet ist, ist in US-Patent Nr. 4,675,230 vom 23. Juni 1987 des gleichen Patentinhabers wie die vorliegende Anmeldung offenbart. Darüber hinaus ist ein verwandter Apparat für die Zweiseitenbeschichtung von Blechmaterial in der anhängigen PCT-Patentanmeldung Nr. PCT/CA94/0029 des gleichen Patentinhabers wie die vorliegende Anmeldung offenbart, die am 26. Mai 1994 eingereicht und am 8. Dezember 1994 als WO 94/27739 offengelegt wurde.A preferred example of the type of apparatus used in the process of the present invention suitable for single-side coating of a strip-shaped article is disclosed in U.S. Patent No. 4,675,230, issued June 23, 1987, to the same assignee as the present application. In addition, a related apparatus for double-side coating of sheet material is disclosed in the same assignee as the present application's pending PCT Patent Application No. PCT/CA94/0029, filed May 26, 1994, and published December 8, 1994 as WO 94/27739.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist effektiv für die Beschichtung jeglicher streifenförmiger Gegenstände, die aus einem Material mit ausreichend guter thermischer Leitfähigkeit bestehen, so daß die Hitze von der wachsartigen Beschichtung sich schnell verteilen kann und sich die flüssige Beschichtung hierdurch schnell verfestigt. Während die minimale thermische Leitfähigkeit, die dieses Ergebnis erreicht, abhängig von einer Anzahl von Faktoren variiert (z. B. Art und Temperatur des Beschichtungsmaterials, Geschwindigkeit des Vorschubs des streifenförmigen Gegenstandes usw.), sind Metalle und insbesondere Aluminium und Aluminiumlegierungen allgemein geeignet für die Beschichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.The process of the invention is effective for coating any strip-shaped article made of a material with sufficiently good thermal conductivity so that the heat from the waxy coating can quickly dissipate and the liquid coating thereby quickly solidifies. While the minimum thermal conductivity that achieves this result varies depending on a number of factors (e.g. type and temperature of the coating material, speed of advance of the strip-shaped article, etc.), metals, and in particular aluminum and aluminum alloys, are generally suitable for coating according to the process of the invention.
Zahlreiche "wachsartige Beschichtungsmaterialien" sind für die erfindungsgemäße Verwendung geeignet, aber Schmiermittel des Wachstyps sind besonders bevorzugt. Diese Materialien sind bei Raum- oder Umgebungstemperatur fest und bilden Flüssigkeiten mit niedrigen Viskositäten, allgemein von unter 50 Centipoise und häufiger unter 30 Centipoise, wenn sie auf Temperaturen im Bereich von 30-100ºC, in den meisten Fällen 30-50ºC erhitzt werden. Wachsmaterialien, die Olefin enthalten, z. B. Alkoholester von Fettsäuren oder Fettdiamide, sind besonders für die erfindungsgemäße Verwendung geeignet, und besondere Beispiele für geeignete Schmiermittel des Wachstyps schließen die folgenden ein: Glycerinmonolaurat, Pentaerythritolmonostearat, Ethylenglycolmonolaurat, Glycerinmonopalmitat, Ethylenglycolmonostearat, Glycerindipalmitat und Propylenglycoldistearat.Numerous "waxy coating materials" are suitable for use in the present invention, but wax-type lubricants are particularly preferred. These materials are solid at room or ambient temperature and form liquids with low viscosities, generally below 50 centipoise and more often below 30 centipoise, when heated to temperatures in the range 30-100°C, in most cases 30-50°C. Wax materials containing olefin, e.g. alcohol esters of fatty acids or fatty diamides, are particularly suitable for use in the present invention and specific examples of suitable wax-type lubricants include the following: glycerol monolaurate, pentaerythritol monostearate, ethylene glycol monolaurate, glycerol monopalmitate, ethylene glycol monostearate, glycerol dipalmitate and propylene glycol distearate.
Da erfindungsgemäß ein rasches Abkühlen und Verfestigen des Beschichtungsmaterial während und unmittelbar nach dem Beschichten notwendig ist, wird das wachsartige Beschichtungsmaterial vorzugsweise vor der Beschichtung nur bis zu einer Temperatur erhitzt, die die niedrigst mögliche ist, um kein vorzeitiges Erstarren des Materials im Beschichtungsapparat zu riskieren. Temperaturen von 30-100ºC und mehr bevorzugt 30-50ºC sind allgemein geeignet.Since, according to the invention, rapid cooling and solidification of the coating material is necessary during and immediately after coating, the waxy coating material is preferably heated before coating only to a temperature that is the lowest possible in order not to risk premature solidification of the material in the coating apparatus. Temperatures of 30-100°C and more preferably 30-50°C are generally suitable.
Wie oben festgestellt, muß die Beschichtung fest sein bevor der streifenförmige Gegenstand aufgerollt werden kann; so sollte der Streifen vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit vorgeschoben werden, die eine Verfestigung erlaubt, bevor die Beschichtung die Aufrollmaschine erreicht, und für einen gegebenen streifenförmigen Gegenstand und ein gegebenes Beschichtungsmaterial wird diese mit dem Abstand zwischen dem Beschichtungsapparat und der Aufrollmaschine variieren. Selbstverständlich wird die höchste Produktivität erreicht, wenn der Streifen mit der oder nahe der maximalen Geschwindigkeit vorgeschoben wird, die eine vollständige Verfestigung vor Erreichen der Aufrollmaschine erlaubt, aber gewünschtenfalls können niedrigere Vorschubgeschwindigkeiten verwendet werden, vorausgesetzt, daß eine ebene glatte Beschichtung immer noch hergestellt werden kann. Die Minimalgeschwindigkeit, bei der ein geeignetes Beschichten immer noch möglich ist, hängt von solchen Faktoren wie der Größe der Beschichtungslücke, der Natur des streifenförmigen Gegenstandes und der Art des Beschichtungsmaterials ab. Geeignete Geschwindigkeiten können durch einfache Versuche und Experimente bestimmt werden.As stated above, the coating must be solid before the strip article can be rolled up; so the strip should preferably be fed at a speed which allows solidification before the coating reaches the reeling machine, and for a given strip article and coating material this will vary with the distance between the coating apparatus and the reeling machine. Of course, the highest productivity is achieved when the strip is fed at or near the maximum speed which allows complete solidification before reaching the reeling machine, but lower feed rates can be used if desired, provided that a flat smooth coating can still be produced. Minimum speed at which suitable coating is still possible depends on such factors as the size of the coating gap, the nature of the strip-shaped object and the type of coating material. Suitable speeds can be determined by simple trials and experiments.
Der streifenförmige Gegenstand selbst sollte vorzugsweise recht kühl sein, wenn die Beschichtung aufgebracht wird, um eine schnelle Verfestigung der Beschichtung sicherzustellen. Ein Vorkühlen des streifenförmigen Gegenstandes ist jedoch allgemein nicht erforderlich, da ein Streifen bei Umgebungstemperatur gewöhnlich geeignet ist.The strip article itself should preferably be quite cool when the coating is applied to ensure rapid solidification of the coating. However, pre-cooling of the strip article is generally not necessary, as a strip at ambient temperature is usually suitable.
Indem das wachsartige Beschichtungsmaterial in erfindungsgemäßer Weise aufgebracht wird, kann ein schnelles und effektives Beschichten mit wachsartigen Beschichtungsmaterialien, und insbesondere Schmiermitteln des Wachstyps, erreicht werden ohne die Nachteile bei der Verwendung konventioneller Geräte.By applying the waxy coating material in the manner of the invention, rapid and effective coating with waxy coating materials, and in particular wax-type lubricants, can be achieved without the disadvantages of using conventional equipment.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht, teilweise in Querschnitt, eines Beschichtungsapparates, der für die Durchführung einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform geeignet ist.Figure 1 is a side view, partially in cross-section, of a coating apparatus suitable for practicing a preferred embodiment of the invention.
Fig. 2 ist eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines Apparates zur Durchführung einer zweiseitigen Beschichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.Fig. 2 is a highly simplified schematic representation of an apparatus for carrying out a two-sided coating according to another preferred embodiment of the invention.
Fig. 3 ist ein Graph, der die Testresultate zeigt, die, wie in Beispiel 1 erklärt, erhalten wurden.Fig. 3 is a graph showing the test results obtained as explained in Example 1.
Fig. 4 ist ein Graph, der die Testergebnisse zeigt, die, wie in Beispiel 2 erklärt, erhalten wurden.Fig. 4 is a graph showing the test results obtained as explained in Example 2.
Fig. 1 zeigt in vereinfachter Form einen Apparat, der zur Durchführung einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform geeignet ist. Der Apparat 10 besteht aus einem Beschichtungskopf 12 des in US-Patent 4,675,230 beschriebenen Typs, der jedoch in der unten beschriebenen Weise modifiziert ist, welcher eine Schicht eines Schmiermittels des Wachstyps 13 auf einen Aluminiumstreifen 14 aufbringt, der um eine ungeheizte Stützrolle 16 in Richtung des Pfeils A geführt wird. Der Beschichtungskopf 12 besitzt allgemein einen seitlich offenen, ausgedehnten länglichen Beschichtungsschlitz 15, der sich über die gesamte Breite des Streifens an einer Position in Richtung des Streifenvorschubs erstreckt, an der der Streifen fest gegen die Oberfläche der Stützrolle 16 gedrückt wird. Das Ende des Beschichtungskopfes 12 hat, dem Streifen 14 gegenüberliegend, eine ausgedehnte Beschichtungsoberfläche 18, angrenzend an die äußere Öffnung des Schlitzes 15 zumindest auf der stromabwärts gelegenen Seite des Schlitzes, ausgestattet mit einer stromabwärts gelegenen Kante 20. Die ausgedehnte Oberfläche 18 ist in einem Winkel (normalerweise im Bereich von 0,1 bis 5º, mehr bevorzugt 0,5 bis 1º) zur Oberfläche des Streifens 14 angebracht und bildet so eine Beschichtungslücke 19, die in Richtung des Streifenvorschubs zusammenläuft.Fig. 1 shows in simplified form an apparatus suitable for carrying out a preferred embodiment of the invention. The apparatus 10 consists of a coating head 12 of the type described in U.S. Patent 4,675,230, but modified in the manner described below, which applies a layer of wax-type lubricant 13 to an aluminum strip 14 which is fed around an unheated back-up roller 16 in the direction of arrow A. The coating head 12 generally has an open-sided, extended elongated coating slot 15 which extends across the entire width of the strip at a position in the direction of strip advance where the strip is pressed firmly against the surface of the back-up roller 16. The end of the coating head 12, opposite the strip 14, has an extended coating surface 18 adjacent the outer opening of the slot 15 at least on the downstream side of the slot, provided with a downstream edge 20. The extended surface 18 is disposed at an angle (normally in the range 0.1 to 5º, more preferably 0.5 to 1º) to the surface of the strip 14, thus forming a coating gap 19 which converges in the direction of strip advance.
Der Beschichtungskopf 12 hat einen inneren Kanal 22, der in Verbindung steht mit dem Beschichtungsschlitz 15. Dieser Kanal wird mit geschmolzenem wachsartigen Beschichtungsmaterial durch einen beheizten Druckschlauch 24 gespeist, der in Verbindung steht mit einem Druckbehälter 25. Der Behälter enthält Beschichtungsmaterial 13, das durch die Wärmezufuhr von einem umgebenden Heißwassermantel 26, durch den andauernd heißes Wasser durch den Zulauf 26a und Ablauf 26b geführt wird, geschmolzen gehalten wird. Der Behälter wird unter Druck gesetzt durch komprimierte Luft, die durch den Zulauf 27 am oberen Teil des Behälters zugeführt wird. Der innere Kanal 22 in dem Beschichtungskopf enthält einen länglichen stabförmigen elektrischen Heizer 28 zu dem Zweck, ein Erstarren des Beschichtungsmaterials im Beschichtungskopf zu verhindern. Der auf das Beschichtungsmaterial im Behälter 25 ausgeübte Druck reicht aus, um das geschmolzene Beschichtungsmaterial aus dem Schlitz 15 auf die Oberfläche des Streifens 14 herauszudrücken, wo die ausgedehnte Oberfläche 18 des Beschichtungskopfes, die an den Schlitz angrenzt, das Beschichtungsmaterial ausbreitet und seine Dicke zumißt.The coating head 12 has an internal channel 22 which communicates with the coating slot 15. This channel is fed with molten waxy coating material through a heated pressure hose 24 which communicates with a pressure vessel 25. The vessel contains coating material 13 which is kept molten by the supply of heat from a surrounding hot water jacket 26 through which hot water is continuously passed through the inlet 26a and outlet 26b. The vessel is pressurized by compressed air which is supplied through the inlet 27 at the top of the container. The inner channel 22 in the coating head contains an elongated rod-shaped electric heater 28 for the purpose of preventing solidification of the coating material in the coating head. The pressure exerted on the coating material in the container 25 is sufficient to force the molten coating material out of the slot 15 onto the surface of the strip 14 where the extended surface 18 of the coating head adjacent to the slot spreads the coating material and measures its thickness.
Der Beschichtungskopf 12 bildet einen Teil von oder ist angebracht an einen Metallblock 32, der von einem Boden 34 mit einer flachen oberen Oberfläche, auf der der Metallblock 32 ruht, getragen wird, wobei der Block für eine Gleitbewegung relativ zum Boden in einer im allgemeinen waagrechten Richtung, wie durch den Doppelpfeil B bezeichnet, gestützt wird. Eine Zahl von senkrechten Öffnungsschlitzen 36 (Fig. 1 zeigt nur einen davon), waagrecht in Richtung des Pfeils B verlängert, sind im Körper des Blocks 32 an der Rückseite des Kanals 22 an entlang der Blocklänge beabstandeten Stellen gebildet. Eine Zahl von Bolzen 38 (nur einer davon ist gezeigt) erstrecken sich jeweils durch diese Schlitze und sind an einem Ende im Boden verschraubt, während sie am anderen Ende vergrößerte Bolzenköpfe 38a zur Befestigung des Blocks 32 am Boden 34 haben. Wechselwirkung zwischen den Bolzenschaften 38b und den Seitenwänden des Schlitzes 36 verhindert eine seitliche Bewegung des Blocks 32 relativ zum Boden, aber die Verlängerung des Schlitzes erlaubt es dem Block 32, sich in Richtung des Pfeiles B über den vollen Bereich der Kopfposition beim Betrieb zu bewegen.The coating head 12 forms part of or is attached to a metal block 32 which is supported by a floor 34 having a flat upper surface on which the metal block 32 rests, the block being supported for sliding movement relative to the floor in a generally horizontal direction as indicated by the double arrow B. A number of vertical opening slots 36 (Fig. 1 shows only one of these), extending horizontally in the direction of the arrow B, are formed in the body of the block 32 at the rear of the channel 22 at spaced locations along the length of the block. A number of bolts 38 (only one of these is shown) each extend through these slots and are bolted into the floor at one end while having enlarged bolt heads 38a at the other end for securing the block 32 to the floor 34. Interaction between the bolt shafts 38b and the side walls of the slot 36 prevents lateral movement of the block 32 relative to the ground, but the extension of the slot allows the block 32 to move in the direction of arrow B over the full range of head position in operation.
Der Boden 34 ist auf einem Auflegegestell 40 für die Drehbewegung um eine waagrechte Achse 42 montiert, um den Block 32 zusammen mit dem Boden (z. B. mit einer geeigneten, nicht gezeigten pneumatischen Einrichtung) von der in Fig. 1 gezeigten Position in eine vom Weg des Streifenvorschubs entfernte Position nach oben schwenken zu können. Ein Arm 44, der am Gestell 40 befestigt ist und unter dem Boden 34 liegt, trägt eine Schraube 46, die vom Arm nach oben gerichtet ist und gegen die untere Oberfläche des Bodens 34 drückt und so die Anpassung der Winkelorientierung des Kopfes 12 in seiner Betriebsposition erlaubt.The base 34 is mounted on a support frame 40 for rotation about a horizontal axis 42 in order to remove the block 32 together with the base (e.g. with a suitable pneumatic device, not shown) from the position shown in Fig. 1. shown position to a position remote from the path of strip advance. An arm 44 secured to the frame 40 and located beneath the base 34 carries a screw 46 directed upwardly from the arm and pressing against the lower surface of the base 34, thus permitting adjustment of the angular orientation of the head 12 in its operative position.
Das Gestell 40 ist in einer Lage relativ zur Achse der Rolle 16 fixiert, wobei das Gestell und die Rolle beide auf eine gemeinsame Stützanordnung (nicht gezeigt) montiert sind. So ist die Achse 42 in einer Position relativ zur Achse der Rolle 16 fixiert und wenn der Boden 34 in der in Fig. 2 gezeigten Betriebsposition ist, mit der Schraube 46 eingestellt, um eine gewünschte Winkelorientierung zu erreichen, hält die Rolle 16 den vorrückenden Streifen 14 entgegengesetzt zum Schlitz 14 in einer festen Distanz vom Boden 34.The frame 40 is fixed in position relative to the axis of the roller 16, the frame and roller both being mounted on a common support assembly (not shown). Thus, the axis 42 is fixed in position relative to the axis of the roller 16 and when the floor 34 is in the operating position shown in Fig. 2, adjusted with the screw 46 to achieve a desired angular orientation, the roller 16 holds the advancing strip 14 opposite the slot 14 at a fixed distance from the floor 34.
Der Apparat schließt weiterhin Einrichtungen ein, die zwischen dem Boden 34 und dem Kopf 12 wirken, um eine ständige Last auf den Kopf auszuüben und so den Kopf gegen die gegenüberliegende Oberfläche des Streifens 14 zu drücken. Diese lastausübende Einrichtung umfaßt eine Zahl von Luftzylindern 17 (sie können im allgemeinen konventionell konstruiert sein und nur einer davon ist gezeigt), die fest am Boden 34 an der Rückseite von Block 32 fixiert sind. Wie dargestellt, sind die Zylinder 17 an den rückwärts gerichteten Leistenteilen 50 des Bodens befestigt. Ingangsetzen der Zylinder (die allgemein von konventioneller Art sein können) bewirkt, daß der Block 32 und Beschichtungskopf 12 gegen die Oberfläche des Streifens 14 gedrückt werden. Dieser Last wirkt der Flüssigkeitsdruck (hydrodynamische Kraft) des geschmolzenen (oder teilweise verfestigten) Beschichtungsmaterials 13 entgegen, der auf die ausgedehnte Oberfläche 18 wirkt, so daß der Kopf 12 auf der Materialschicht 13 "schwimmt". Hierdurch wird eine Dosierungsöffnung zwischen der stromabwärts gelegenen Kante 20 der Oberfläche 18 und der Streifenoberfläche definiert, wobei die Größe der Dosierungsöffnung (für ein gegebenes Beschichtungsmaterial) durch die Größe der durch die Zylinder ausgeübten Last bestimmt wird, welche generell 0,18- 27 kg/cm (1-150 lbs./linear inch) der Streifenbreite und mehr bevorzugt 0,9-9 kg/cm (5-50 lbs./linear inch) beträgt. Kein direkter mechanischer Kontakt zwischen dem Beschichtungskopf 12 und dem Streifen 14 findet statt, so daß ein Hitzetransfer zur Oberfläche des Streifens und ihre Verunstaltung verhindert wird.The apparatus further includes means acting between the base 34 and the head 12 to apply a constant load to the head and so urge the head against the opposite surface of the strip 14. This load applying means comprises a number of air cylinders 17 (they may generally be of conventional construction and only one of these is shown) fixedly secured to the base 34 at the rear of block 32. As shown, the cylinders 17 are secured to the rearward facing ledge members 50 of the base. Activation of the cylinders (which may generally be of conventional construction) causes the block 32 and coating head 12 to be pressed against the surface of the strip 14. This load is counteracted by the fluid pressure (hydrodynamic force) of the molten (or partially solidified) coating material 13 acting on the extended surface 18 so that the head 12 "floats" on the layer of material 13. This provides a Metering orifice is defined between the downstream edge 20 of surface 18 and the strip surface, the size of the metering orifice (for a given coating material) being determined by the magnitude of the load exerted by the cylinders, which is generally 0.18-27 kg/cm (1-150 lbs./linear inch) of strip width, and more preferably 0.9-9 kg/cm (5-50 lbs./linear inch). No direct mechanical contact occurs between the coating head 12 and the strip 14, thus preventing heat transfer to the surface of the strip and defacement thereof.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß das wachsartige Beschichtungsmaterial erfolgreich auf den Metallstreifen als Schicht aufgebracht werden kann, obwohl es gewöhnlich eine niedrige Viskosität im Bereich von unter 50 Centipoise, z. B. 20 bis 30 Centipoise, besitzt, wobei der beschriebene Apparatetyp verwendet wurde, in dem die Beschichtungsdicke durch einen dynamischen Lastkontrollmechanismus kontrolliert wird. Während dieser Typ Beschichtungsapparat prinzipiell zur Applikation jeder Flüssigkeit auf einen streifenförmigen Gegenstand verwendet werden kann, ist in der Praxis dieses Gerät nicht effektiv für Flüssigkeiten mit niederer Viskosität. Die Beschichtungslücke 19 zwischen dem Extruderkopf und dem streifenförmigen Gegenstand ist für ein gegebenes Beschichtungsmaterial nach der Viskosität, der Geschwindigkeit und der gewünschten Beschichtungsdicke ausgewählt, um sicherzustellen, daß die entstehenden Kräfte in einem praktisch kontrollierbaren Bereich liegen. Für Flüssigkeiten mit sehr niedriger Viskosität, niedrige Geschwindigkeiten und Beschichtungsdicken kann die erforderliche Breite der Lücke zu breit werden, um praktisch zu sein. Wir haben jedoch erstaunlicherweise gefunden, daß das Gerät für die Anwendung von geschmolzenen wachsartigen Materialien mit niedriger Viskosität geeignet ist. Weil kein Teil des beheizten Extruderkopfes 12 direkt den streifenförmigen Gegenstand 14 berührt, erhitzt sich, so die Theorie, der streifenförmige Gegenstand nicht übermäßig über Umgebungstemperatur, bevor er die Schicht des geschmolzenen wachsartigen Materials erhält, und wegen der hohen thermischen Leitfähigkeit des Metallblechartikels (insbesondere wenn er aus Aluminium oder Aluminiumlegierung besteht) und der relativ geringen Dicke der Schicht des Beschichtungsmaterials beginnt das Beschichtungsmaterial sofort zu erstarren, wenn es den streifenförmigen Gegenstand innerhalb der Beschichtungslücke zwischen der Oberfläche des Gegenstandes und dem Beschichtungskopf berührt. Dies vergrößert die effektive Viskosität der Beschichtung ausreichend, um das Beschichtungsgerät effektiv zu machen und es zu erlauben, relativ dicke Schichten eines Schmiermittels mit niedriger Viskosität (z. B. Dicken im Bereich von 1-100 um und mehr bevorzugt 2-25 um) bei relativ geringen Beschichtungsgeschwindigkeiten (z. B. ungefähr 15 m/min. (50 ft/min.)) aufzubringen. In der Praxis erweist es sich, daß das Schmiermittel innerhalb einiger Dezimeter vom. Beschichtungskopf an vollständig verfestigt ist.Surprisingly, it has been found that the waxy coating material can be successfully coated onto the metal strip even though it usually has a low viscosity in the range of less than 50 centipoise, e.g. 20 to 30 centipoise, using the type of apparatus described in which the coating thickness is controlled by a dynamic load control mechanism. While this type of coating apparatus can in principle be used to apply any liquid to a strip article, in practice this apparatus is not effective for low viscosity liquids. The coating gap 19 between the extruder head and the strip article is selected for a given coating material according to the viscosity, speed and desired coating thickness to ensure that the forces developed are within a practically controllable range. For very low viscosity liquids, low speeds and coating thicknesses, the required width of the gap may become too wide to be practical. However, we have surprisingly found that the device is suitable for the application of molten waxy materials with low viscosity. Because no part of the heated extruder head 12 directly touches the strip-shaped article 14, the Theory, the strip article does not heat excessively above ambient temperature before receiving the layer of molten waxy material, and because of the high thermal conductivity of the sheet metal article (particularly when made of aluminum or aluminum alloy) and the relatively small thickness of the layer of coating material, the coating material begins to solidify immediately when it contacts the strip article within the coating gap between the surface of the article and the coating head. This increases the effective viscosity of the coating sufficiently to make the coating apparatus effective and to permit relatively thick layers of low viscosity lubricant (e.g., thicknesses in the range 1-100 µm, and more preferably 2-25 µm) to be applied at relatively low coating speeds (e.g., about 15 m/min. (50 ft/min.)). In practice, the lubricant is found to be completely solidified within a few decimetres of the coating head.
Indem der Behälter 25, der Druckschlauch 24 und der Beschichtungskopf 12 (durch die Heizeinrichtung 28) geheizt werden, kann das Beschichtungsmaterial 13 in geschmolzenem Zustand innerhalb des obengenannten Viskositätsbereichs gehalten werden, bevor es als Beschichtung auf den Streifen 14 aufgebracht wird.By heating the container 25, the pressure hose 24 and the coating head 12 (by the heater 28), the coating material 13 can be maintained in a molten state within the above-mentioned viscosity range before it is applied as a coating to the strip 14.
Über der Rolle 16 kann der Streifen das geschmolzene wachsartige Material schnell unter seinen Erstarrungspunkt abkühlen, denn es wurde durch die Beschichtungsprozedur nicht übermäßig erhitzt, und so kann der Streifen in konventioneller Weise aufgerollt werden ohne die Notwendigkeit für einen separaten Kühlungsschritt.Above the roll 16, the strip can quickly cool the molten waxy material below its solidification point, since it has not been excessively heated by the coating procedure, and so the strip can be rolled up in a conventional manner without the need for a separate cooling step.
Obwohl der illustrierte Apparat für einseitiges Beschichten ausgelegt ist, kann die Erfindung auch für zweiseitiges Beschichten verwendet werden, indem Apparate des in der oben erwähnten Anmeldung offenbarten Typs verwendet werden, und zwar so modifiziert, daß sie mit geschmolzenem wachsartigen Beschichtungsmaterial, wie in dem für einseitiges Beschichten beschriebenen Apparat, gespeist werden können.Although the illustrated apparatus is designed for one-sided coating, the invention can also be used for two-sided coating by using apparatus of the type described in the above mentioned application, modified so that they can be fed with molten waxy coating material as in the apparatus described for single-side coating.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel für einen Apparat, der für zweiseitiges Beschichten geeignet ist. Der zu beschichtende Metallstreifen 14 wird kontinuierlich in Längsrichtung parallel zu seiner Längenausdehnung von einer Rolle 200 längs eines mit den Pfeilen A bezeichneten Weges, der sich nacheinander um beabstandete Führungsrollen 201, 202, 203 erstreckt, die drehbar in axial fixierten Positionen (durch einen nicht gezeigten Aufbau) gelagert sind, vorgeschoben. Die Rollen 201 und 202 definieren zusammenwirkend einen geradlinigen Teil 205 des Weges, in dem die Hauptoberflächen des vorrückenden Streifens im wesentlichen eben sind. An einer Stelle dieses Wegteiles 205 wird Beschichtungsmaterial auf die beiden Hauptoberflächen 206 und 207 des Streifens 14 von zwei Beschichtungsköpfen 12, 12' (zueinander paßgenau angeordnet und jeweils den zwei Hauptoberflächen des streifenförmigen Gegenstandes gegenüberliegend) aufgebracht, um auf jeder der Streifenoberflächen eine kontinuierliche Schicht oder Beschichtung des wachsartigen Materials zu erreichen. Nach Passieren der Rolle 203 wird der beschichtete Streifen wieder aufgerollt, z. B. auf einer angetriebenen Aufwickelrolle 208, welche die Einrichtung für den Vorschub des Streifens durch die Beschichtungsbahn darstellt.Fig. 2 shows an example of an apparatus suitable for two-sided coating. The metal strip 14 to be coated is continuously advanced longitudinally parallel to its length by a roller 200 along a path indicated by arrows A which extends successively around spaced guide rollers 201, 202, 203 which are rotatably supported in axially fixed positions (by a structure not shown). The rollers 201 and 202 cooperatively define a rectilinear portion 205 of the path in which the major surfaces of the advancing strip are substantially flat. At one point on this path portion 205, coating material is applied to the two main surfaces 206 and 207 of the strip 14 by two coating heads 12, 12' (aligned with one another and facing the two main surfaces of the strip-shaped object) to achieve a continuous layer or coating of the waxy material on each of the strip surfaces. After passing the roller 203, the coated strip is rolled up again, e.g. on a driven take-up roller 208, which represents the device for advancing the strip through the coating path.
Die Beschichtungsgeräte 12 und 12' können jeweils die gleichen wie Beschichtungskopf 12 sein, der für die vorige Ausführungsform beschrieben wurde, und in gleicher Weise mit Beschichtungsmaterial gespeist und gegen die Streifenoberfläche geschoben werden.The coating devices 12 and 12' may each be the same as the coating head 12 described for the previous embodiment and may be similarly fed with coating material and pushed against the strip surface.
In dieser Ausführungsform wird geschmolzenes Beschichtungsmaterial gleichzeitig auf beide Seiten des Streifens an ungefähr der gleichen Stelle aufgebracht, aber dennoch erfolgt das Erstarren der aufgebrachten Beschichtung innerhalb der Beschichtungslücken und dicke Schichten von Schmiermitteln können auf beide Seiten des Streifens 14 aufgebracht werden.In this embodiment, molten coating material is applied simultaneously to both sides of the strip at approximately the same location, but Nevertheless, solidification of the applied coating occurs within the coating gaps and thick layers of lubricants can be applied to both sides of the strip 14.
Zuletzt sollte betont werden, daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf die Beschichtung von Schmiermitteln des Wachstyps auf Automobilstreifen auf Lager begrenzt ist, sondern auch für ähnliche Anwendungen verwendet werden kann, in denen ein wachsartiges Material als Schicht auf einen streifenförmigen Gegenstand aufgebracht wird, z. B. die Beschichtung von Aluminiumdosen-Endstücken auf Lager mit Schutzschichten.Finally, it should be emphasized that the process of the invention is not limited to the coating of wax-type lubricants on automotive strips in stock, but can also be used for similar applications in which a waxy material is applied as a layer to a strip-shaped article, e.g., the coating of aluminum can ends in stock with protective layers.
Die folgenden Beispiele, welche den Schutzbereich der Erfindung nicht begrenzen sollen, erläutern die Erfindung genauer.The following examples, which are not intended to limit the scope of the invention, illustrate the invention in more detail.
Die Tests wurden an einem Automobilblech (Aluminiumlegierung) der Stärke 0,09 cm (0,036 inch) unter Verwendung eines 0,762 m (30 inch) Zweiseiten-Beschichtungsapparates des hierin dargestellten Typs (mit 5 Zylindern 17 für die Ausübung von Last ausgestattet) und von AL070 Schmiermittel des Wachstyps (Ethylenglycolmonolaurat mit einem Schmelzpunkt von ungefähr 35 bis 37ºC), das bei einer Temperatur von 44ºC aufgebracht wurde, durchgeführt. Das Beschichtungsmaterial wurde den Beschichtungsköpfen mit einem Druck von 34,5 kPa (5 Pfund pro Quadratinch) zugeführt und die Beschichtungsköpfe wurden gegen die Streifenoberfläche mit einer durchschnittlichen Kraft von 6,25 kg/cm (35 Pfund pro linear inch) der Streifenbreite gedrückt. Die Testergebnisse sind in dem Graphen von Fig. 3 dargestellt, der die Verteilung der Beschichtungsdicke auf der oberen und unteren Oberfläche des Bleches (wenn das Blech waagrecht vom Apparat vorgeschoben wird) über die Breite des Bleches zeigt. Die senkrechten Pfeile in dem Graphen zeigen die Positionen der fünf Lastluftzylinder, die auf Drucke von 0, 138, 138, 138 bzw. 0 kPa (0, 20, 20, 20 bzw. 0 Pfund pro Quadratinch) Luftdruck eingestellt wurden. Die Geschwindigkeit der Streifenbewegung war 15 m/min. (50 ft/min.), die Breite des Meßfeldes 0,8 cm (0,3 inch) und der Winkel des Beschichtungskopfes 0,5º. Unter diesen Bedingungen ist das Gewicht des Filmes, das für eine Beschichtungsflüssigkeit mit einer Viskosität von 30 Centipoise theoretisch berechnet wurde, ungefähr 0,1 g/m². Die Tatsache, daß die tatsächliche Dicke der Beschichtung von 1 bis 3,5 g/m² reichte, zeigt, daß die Erfindung in der Lage ist, Filme mit größerer als der theoretischen Dicke herzustellen. Man ist der Auffassung, daß die so hergestellten Beschichtungen eine akzeptable Dicke und Einheitlichkeit für die Verwendung in Kfz-Anwendungen haben.The tests were carried out on an automotive sheet (aluminum alloy) of 0.09 cm (0.036 inch) thickness using a 0.762 m (30 inch) two-side coating apparatus of the type shown herein (equipped with 5 cylinders 17 for applying load) and AL070 wax type lubricant (ethylene glycol monolaurate having a melting point of approximately 35 to 37°C) applied at a temperature of 44°C. The coating material was fed to the coating heads at a pressure of 34.5 kPa (5 pounds per square inch) and the coating heads were pressed against the strip surface with an average force of 6.25 kg/cm (35 pounds per linear inch) of strip width. The test results are shown in the graph of Fig. 3, which shows the distribution of the coating thickness on the upper and lower surfaces of the sheet (when the sheet is fed horizontally by the apparatus) across the width of the sheet. The vertical Arrows in the graph indicate the positions of the five load air cylinders which were set at pressures of 0, 138, 138, 138 and 0 kPa (0, 20, 20, 20 and 0 pounds per square inch, respectively) of air pressure. The speed of strip travel was 15 m/min. (50 ft/min.), the width of the measuring field 0.8 cm (0.3 inch) and the angle of the coating head 0.5º. Under these conditions the weight of the film theoretically calculated for a coating liquid having a viscosity of 30 centipoise is approximately 0.1 g/m². The fact that the actual thickness of the coating ranged from 1 to 3.5 g/m² shows that the invention is capable of producing films of greater than theoretical thickness. It is believed that the coatings thus produced have an acceptable thickness and uniformity for use in automotive applications.
Streifenbeschichtung wurde an Aluminiumdosen auf Lager der Stärke 0,03 cm (0,011 inch) unter Verwendung eines Zweiseiten-Beschichtungsapparates mit einem 30 cm (12 inch) breiten Beschichtungskopf (Beschichtungsbreite 29 cm (11,5 inch)) durchgeführt. Erneut wurde das Wachsschmiermittel AL070 verwendet, aber diesmal bei einer Anwendungstemperatur von 51ºC. Zwei Lastzylinder, jeder an einem Ende mit einem inneren Zylinderdurchmesser von 3,8 cm (1,5 inch), wurden pro Beschichtungskopf verwendet und jeder war mit einem Luftdruck von 310 kPa (45 Pfund pro Quadratinch) beaufschlagt. Die durchschnittliche Last auf jedem Beschichtungskopf, die sich aus den Zylindern ergab, war 2,5 kg/cm (13,9 Pfundlinear inch) der Streifenbreite. Jeder Beschichtungskopf hatte eine Feldbreite von 0,63 cm (0,25 inch) und wurde auf einen Winkel von 0,5º zur Streifenoberfläche eingestellt. Das Beschichtungsmaterial wurde jedem Beschichtungskopf mit 24 kPa (3,5 Pfund/Quadratinch) Druck zugeführt und der Streifen wurde mit 15 m pro Minute (50 Fuß pro Minute) vorgeschoben. Der Graph in Fig. 4 zeigt die Ergebnisse. Man ist der Auffassung, daß die so hergestellten Beschichtungen eine akzeptable Dicke und Einheitlichkeit für die Verwendung in Kfz-Anwendungen haben.Strip coating was carried out on stock aluminum cans of 0.03 cm (0.011 inch) thickness using a two-side coater with a 30 cm (12 inch) wide coating head (coating width 29 cm (11.5 inch)). Again, AL070 wax lubricant was used, but this time at an application temperature of 51ºC. Two load cylinders, each at one end with an inner cylinder diameter of 3.8 cm (1.5 inch), were used per coating head and each was pressurized with 310 kPa (45 pounds per square inch) of air. The average load on each coating head resulting from the cylinders was 2.5 kg/cm (13.9 pounds linear inch) of strip width. Each coating head had a field width of 0.63 cm (0.25 inch) and was set at an angle of 0.5º to the strip surface. The coating material was fed to each coating head at 24 kPa (3.5 pounds per square inch) pressure and the strip was fed at 15 m per minute (50 feet per minute). The graph in Fig. 4 shows the results. believes that the coatings thus produced have an acceptable thickness and uniformity for use in automotive applications.
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