DE102016000064A1

DE102016000064A1 - Adhesive applicator

Info

Publication number: DE102016000064A1
Application number: DE102016000064.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Walther; Markus Jochheim; Christian Wattrodt; Swen Schneider
Original assignee: Baumer HHS GmbH
Current assignee: Baumer HHS GmbH
Priority date: 2016-01-06
Filing date: 2016-01-06
Publication date: 2017-07-06

Abstract

Klebstoffauftragsvorrichtung umfassend eine Düse (1) und mindestens einen in der Düse (1) ausgebildeten Fluidkanal, der mit einer Fluidquelle verbindbar ist und eine Austrittsöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (1) eine Oberflächentopographie besitzt, die Erhebungen und Kavitäten im Nano- oder Mikrometerbereich aufweist.Adhesive application device comprising a nozzle (1) and at least one fluid channel formed in the nozzle (1) which is connectable to a fluid source and has an outlet opening, characterized in that the nozzle (1) has a surface topography comprising elevations and cavities in the nano or micrometer range.

Description

Die folgende Erfindung betrifft eine Klebstoffauftragsvorrichtung, speziell eine Düse zur Verwendung in einer Klebstoffauftragsvorrichtung.The following invention relates to an adhesive applicator, especially a nozzle for use in an adhesive applicator.

Die erfindungsgemäße Klebstoffauftragsvorrichtung ist nicht auf die Verarbeitung von Heiß- und Kaltleime beschränkt, sondern kann Anwendung finden bei der Verarbeitung von Klebstoffen und thermoplastischer Vergussmassen aller Art.The adhesive application device according to the invention is not limited to the processing of hot and cold glues, but can find application in the processing of adhesives and thermoplastic casting compounds of all kinds.

Leim- oder allgemein Klebstoffauftragssysteme finden Ihre Anwendung unter anderem in der Verpackungsindustrie. Beispielhafte Anwendungsgebiete stellen die Faltschachtelproduktion, die Bogenverarbeitung (zum Beispiel für die Herstellung von Briefumschläge, Versandtaschen etc.) und/oder das Falzkleben, beispielsweise bei der Verarbeitung von Wellpappen oder Faltschachteln dar.Glue or general adhesive application systems find their application among others in the packaging industry. Exemplary fields of application are folding carton production, sheet processing (for example for the production of envelopes, mailers, etc.) and / or fold gluing, for example in the processing of corrugated cardboard or folding cartons.

Ein weiteres Anwendungsgebiet der Klebstoffauftragssysteme ist die Elektronikindustrie. Der Klebstoffauftrag dient dazu Komponenten auf Baugruppen zu fixieren oder zu vergießen. Klebstoffauftragssysteme finden auch Anwendung in der Automobilindustrie. Hier dienen die Klebstoffe dazu, Bauteile oder Baugruppen in Automobilen zu fixieren.Another application of the adhesive application systems is the electronics industry. The adhesive application is used to fix components on assemblies or to shed. Adhesive application systems are also used in the automotive industry. Here, the adhesives serve to fix components or assemblies in automobiles.

Eine bekannte und hier beispielhaft aufgeführte Klebstoffauftragsvorrichtung basiert auf Dosierventilen, wie sie beispielsweise in der DE 41 13 445 C2 beschrieben sind. Die Dosierventile verfügen im Allgemeinen über einen Dosierkolben, der Bestandteil eines Elektromagneten ist und durch den der Dosierkolben nach oben bewegt werden kann. Die Abwärtsbewegung erfolgt im Allgemeinen durch eine Druckfeder. In einem nicht eingeschalteten Zustand des Magneten liegt der Dosierkolben durch den vorhandenen Federdruck auf dem Ventilkörper, im Detail auf der Düse, auf: Das Ventil ist geschlossen. Es wird kein Klebstoff appliziert. In einem eingeschalteten Zustand des Magneten wird die Federkraft überwunden und der Dosierkolben von dem Ventilkörper abgehoben: Das Ventil ist geöffnet. Der Klebstoff wird appliziert. In einer anderen Variante ist der Ventilkörper in den Grundkörper integriert, auf den eine so genannte Vorschraubdüse angeschraubt oder anderweitig befestigt wird. Die Erfindung ist keineswegs auf das hier benannte Antriebssystem beschränkt. Das Dosiersystem kann kann auch einen pneumatisch betätigten Aktor, einen direkt oder indirekt wirkenden Piezoantrieb oder einen anderen geeigneten Antrieb aufweisen, mit dem ein Dosierkolben zwischen einer das Dosierventil öffnenden oder schließenden Stellung bewegt wird. Die Erfindung nicht auf das elektromagnetische Antriebssystems beschränkt, sondern kann auch auf Klebstoffauftragsvorrichtungen Anwendung finden, die einen pneumatischen Antrieb, einen Piezoantrieb oder einen anderen geeigneten Antrieb aufweist, der geeignet ist, eine Verschlussvorrichtung für den Austrittskanal so zu bewegen, dass diese abwechselnd zwischen einen öffnenden und einer schließenden Position bewegt wird.A well-known and here exemplified adhesive application device is based on metering valves, as for example in the DE 41 13 445 C2 are described. The metering valves generally have a metering piston which is part of an electromagnet and through which the metering piston can be moved upwards. The downward movement is generally by a compression spring. In a non-activated state of the magnet, the dosing piston is due to the existing spring pressure on the valve body, in detail on the nozzle, on: The valve is closed. There is no adhesive applied. In a switched-on state of the magnet, the spring force is overcome and the metering piston lifted from the valve body: The valve is open. The adhesive is applied. In another variant, the valve body is integrated into the base body, on which a so-called Vorschraubdüse is screwed or otherwise secured. The invention is by no means limited to the drive system named here. The metering system can also have a pneumatically actuated actuator, a directly or indirectly acting piezo drive or another suitable drive with which a metering piston is moved between a position opening or closing the metering valve. The invention is not limited to the electromagnetic drive system, but can also be applied to adhesive applicators having a pneumatic drive, a piezo drive or any other suitable drive suitable for moving a shutter for the discharge channel to alternate between one opening and the other and a closing position is moved.

Die Klebstoffauftragsvorrichtung umfasst ein Düsenkörper und mindestens einem in dem Düsenkörper ausgebildeten Fluidkanal, der mit einer Fluidquelle verbindbar ist und eine Austrittsöffnung aufweist, durch welche das Fluid ausströmen und abgegeben werden kann.The adhesive application device comprises a nozzle body and at least one fluid channel formed in the nozzle body, which can be connected to a fluid source and has an outlet opening through which the fluid can flow out and be dispensed.

Klebstoffauftragsvorrichtungen mit derartigen Düsenanordnungen sind regelmäßig Teil eines komplexen Auftragssystems, dass einen Behälter für das Fluid, eine Förderpumpe oder ein Druckbehälter und eine Steuerungseinrichtung zum Steuern und/oder Regeln der einzelnen Komponenten umfasst. Das Substrat, auf welches das Fluid aufgetragen werden soll, wird bei vielen Anwendungen mit Hilfe einer Fördereinrichtung relativ zu der Klebstoffauftragsvorrichtung bewegt, oder die Klebstoffauftragsvorrichtung ist an einem Roboterarm oder dergleichen befestigt und auf diese Weise relativ zu dem Substrat bewegbar.Adhesive application devices with such nozzle arrangements are regularly part of a complex application system comprising a container for the fluid, a delivery pump or a pressure container and a control device for controlling and / or regulating the individual components. The substrate to which the fluid is to be applied is moved in many applications by means of a conveyor relative to the adhesive applicator, or the adhesive applicator is attached to a robot arm or the like and in this way movable relative to the substrate.

Ziel ist hierbei ein möglichst präzises Kleben, insbesondere sowohl hinsichtlich der Positionierung des Klebstoffs als auch hinsichtlich der applizierten Menge des Klebstoffs. Ein präzises Kleben erfordert zusätzlich das Vermindern von Verschmutzungen, insbesondere im Bereich der Dosierdüsenöffnung.The aim here is the most accurate possible bonding, in particular both in terms of the positioning of the adhesive as well as in terms of the applied amount of the adhesive. Precise bonding additionally requires the reduction of contamination, especially in the area of the metering nozzle opening.

Die Düsenverschmutzung wird durch Partikel beim Dosieren bzw. Auftragen des Klebstoffs generiert. Die Partikel werden insbesondere durch das Öffnen und Schließen des Dosierkolbens verursacht. Sie sind sozusagen ”Reste” des Klebstoffs, die sich beim Öffnen und Schließen noch in dem Raum zwischen dem Dosierkolben und dem Ventilkörper befinden und beim Schließvorgang weggeschleudert werden oder wegspritzen. Auch wird der Klebstoff nicht kugelförmig appliziert, sondern die dosierte Menge durch die Anhaftung des Klebstoffs an der Wand des Fluidkanals der Düse langgestreckt mit einem zum Ende hin immer dünneren Austrittsfaden, der bei dem Verlassen der Düse in kleine Partikel, auch Satelliten genannt, zerfällt. Eine andere und häufige Ursache von Düsenverschmutzungen ist insbesondere bei einer Dosierung mit hohem Klebstoffdruck, dass die dosierte Klebstoffmenge auf das Substrat aufprallt und sich durch diesen Aufprall Teile des Klebstoffs wegspritzen, die als Partikel (Satelliten) in der Luft schweben.The nozzle contamination is generated by particles during dosing or application of the adhesive. The particles are caused in particular by the opening and closing of the metering piston. They are, so to speak, "residues" of the adhesive, which are still in the space between the dosing piston and the valve body during opening and closing, and are thrown away or splashed away during the closing process. Also, the adhesive is not applied spherically, but the metered amount by the adhesion of the adhesive to the wall of the fluid channel of the nozzle elongated with an increasingly thinner towards the end exit thread, which decays when leaving the nozzle into small particles, also called satellite. Another common cause of nozzle fouling, especially with high adhesive pressure metering, is that the metered amount of adhesive impacts the substrate and, as a result of this impact, splash away portions of the adhesive that float in the air as particles (satellites).

Eine andere, stark von den Klebstoffeigenschaften abhängige Verschmutzungsbildung ist die Fadenbildung. Diese Fäden können sich von dem Düsenausgang bis zu dem Substrat erstrecken Wird der Faden getrennt, können aufgrund der häufig elastischen Eigenschaften des Klebstoffs dieser zurückschnellen und sich um die Düse legen.Another type of fouling that is highly dependent on adhesive properties is yarn formation. These threads may extend from the nozzle exit to the substrate. If the thread is separated, it may be due to frequent use elastic properties of the adhesive snap back this and wrap around the nozzle.

Diese Partikel (Satelliten) oder Fäden lagern sich häufig an der Düse, speziell der Düsenspitze an, und können zu Auftragsstörungen bei der Klebstoffapplikation führen. Typische Klebstoffauftragsstörungen sind zum Beispiel die Ablenkung des Klebstoffstrahls. Der Klebstoff gelangt nicht an den vorgesehenen Ort auf dem Substrat. Fehlverklebungen und Verschmutzungen an den Maschinen können die Folge sein.These particles (satellites) or filaments often attach themselves to the nozzle, especially to the tip of the nozzle, and can lead to problems with the adhesive application. Typical adhesive application disorders are, for example, the deflection of the adhesive jet. The adhesive does not reach the intended location on the substrate. Mismatches and dirt on the machines can be the result.

Die Verschmutzungen haben auch eine wirtschaftliche Dimension. Bei schnell laufenden Faltschachtelklebemaschinen muss die Produktion in der Stunde mehrfach unterbrochen werden, um die Düsen von anhaftenden Klebstoff zu reinigen. Die Produktivität und der Ausstoß sinken. Es besteht durch die Verschmutzung zudem die Gefahr von Fehlbeleimungen, die zu Ausschuss bzw. Makulatur führen.The pollution also has an economic dimension. For fast-running folder gluers, the production must be interrupted several times per hour in order to clean the nozzles of adhering adhesive. The productivity and the output sink. There is also the risk of contamination due to the contamination, which lead to rejects or waste.

Das Problem ist in der Industrie weit bekannt und so sind aus dem Stand der Technik viele Ansätze bekannt, dem Problem der Düsenverschmutzung zu begegnen.The problem is well known in the industry and so many approaches are known in the art to address the problem of nozzle fouling.

Die Schrift EP 2 386 363 A2 schlägt vor, die beim Dosieren generierte Partikel des Klebstoffs durch ein elektrostatisch geladenes Bauteil anzuziehen bzw. aufzufangen und/oder durch das angelegte elektrische Feld auf ein Bauteil dies anzuziehen und zu fixieren. Diese Lösung kann funktionieren, wobei das elektrische Feld des elektrostatischen Fängers zur Ladung des herumfliegenden Partikels passen muss. Nachteilig ist, dass der elektrostatische Fänger ebenfalls gereinigt werden muss. Gerade Kaltleime trocknen physikalisch und sind häufig im ausgehärteten Zustand schwer und aufwendig zu entfernen.The font EP 2 386 363 A2 proposes to attract or capture the particles of the adhesive generated during metering by an electrostatically charged component and / or to attract and fix this by the applied electric field on a component. This solution can work, with the electric field of the electrostatic trap having to match the charge of the flying particle. The disadvantage is that the electrostatic catcher must also be cleaned. Especially cold glues dry physically and are often difficult and expensive to remove in the cured state.

Die Schriften DE 00 0009 115 872 U1 und DE 10 2007 008 822 U1 beschreiben unter anderem einen Schieber, der die Düsenöffnung in Ruhephasen abschließt und reinigen soll. Die Praxis jedoch hat gezeigt, dass die eine Funktion »Verhinderung des Eintrocknen des Klebstoffs« durch einen solchen Schieber gut erfüllt wird, die Reinigungswirkung eher gering ist. Der Klebstoff wird den mit einem PTFE-Belag versehenen Schieber mehr verschmiert als mitgenommen und gereinigt. Eine vergleichbare Lösung zeigt die EP486159A1 , die ein Wischeinrichtung offenbart, die mit der Düse einer Auftragsvorrichtung in Kontakt gebracht werden kann.The writings DE 00 0009 115 872 U1 and DE 10 2007 008 822 U1 describe, among other things, a slide that closes and cleans the nozzle opening in phases of rest. However, the practice has shown that a function of "preventing the drying of the adhesive" by such a slider is well met, the cleaning effect is rather low. The adhesive is more smeared on the slide with a PTFE coating than taken along and cleaned. A comparable solution shows the EP486159A1 which discloses a wiper device that can be brought into contact with the nozzle of an applicator device.

Die Schrift DE 20 2007 013 289 U1 schlägt vor, eine Bahn, die von einer Abwickelstation abgewickelt wird und von einer zweiten Station aufgewickelt wird, in Ruhezeiten mit der Auftragsdüse in Kontakt zu bringen und diese durch das Vorbeiführen der Bahn eines Reinigungstuchs zu reinigen. Diese Lösung ist konstruktiv aufwendig, lässt eine beliebige Anordnung der Klebstoffauftragsventile in der übergeordneten Maschine nicht zu und erfordert eine Überwachung und Wartung des Reinigungsmaterials. Eine ähnliche Vorrichtung schlägt die DE69732753T2 vor, die eine Klebstoffauftragsstation vorschlägt, die ein Reinigungsband enthält. Die Klebstoffauftragsvorrichtung ist dabei in verschiedene Positionen verlagerbar.The font DE 20 2007 013 289 U1 Proposes to contact a web which is unwound from a unwinding station and wound up by a second station at idle times with the application nozzle and to clean them by passing the web of a cleaning cloth. This solution is structurally complex, does not allow any arrangement of the adhesive application valves in the parent machine and requires monitoring and maintenance of the cleaning material. A similar device beats the DE69732753T2 suggesting an adhesive application station containing a cleaning tape. The adhesive application device is displaceable in different positions.

Die Schrift EP0568365B1 schlägt vor die Beschichtungsdüse in Stillstandszeiten der Produktion mit einer zweiten Düse mit einer Reinigungsflüssigkeit zu beaufschlagen, die Anhaftungen beseitigt. Diese Lösung maschinenbautechnisch schwer umzusetzen, da typischerweise Klebstoffauftragsvorrichtungen häufig in Maschinen neu platziert werden müssen. Dies würde bedeuten, dass die Reinigungsdüse und Auffangvorrichtungen für die Reinigungsflüssigkeit versetzt werden müssen. Dies ist praktisch schwer umsetzbar. Zudem haben Versuche gezeigt, dass für die Beseitigung von Klebstoffen die Auftragsdüse aufgrund der hohen Klebrigkeit und starken Anhaftung des Klebstoffs die Reinigungsflüssigkeit mit einem sehr hohen Druck appliziert werden muss. Dies führt zu weiteren Verschmutzungen der Umgebung durch die Reinigungsflüssigkeit. Eine ähnliche Lösung schlägt die Schrift US3876144 vor. Hier wird vorgeschlagen eine Lösemittel in einer Luftstrom einzubringen, der gegen die Düse eines Auftragssystem gerichtet ist.The font EP0568365B1 suggests applying a cleaning liquid to the coating die in production downtimes with a second die to eliminate buildup. This solution is technically difficult to implement because typically adhesive application devices often have to be repositioned in machines. This would mean that the cleaning nozzle and cleaning liquid collecting devices have to be added. This is practically difficult to implement. In addition, tests have shown that for the removal of adhesives, the application nozzle due to the high tack and strong adhesion of the adhesive, the cleaning fluid must be applied with a very high pressure. This leads to further contamination of the environment by the cleaning fluid. A similar solution suggests the font US3876144 in front. Here it is proposed to introduce a solvent in an air stream, which is directed against the nozzle of an application system.

Die Schrift DE 00 0007 704 627 U schlägt vor, in die Düse eine Nut einzubringen, die sich von dem Rand bis zur Düsenöffnung erstreckt. Mit dieser Lösung soll die Bildung eines Leimschwanzes und die daraus entstehenden Verschmutzungen vermieden werden. Diese Lösung hat sich nicht in der Praxis durchgesetzt. Zudem wirkt diese Ausführungsart einer Düse ausschließlich auf die Bildung eines Leimschwanzes, beseitigt aber nicht die anderen Ursachen der Düsenverschmutzung.The font DE 00 0007 704 627 U proposes to introduce into the nozzle a groove extending from the edge to the nozzle opening. With this solution, the formation of a glue tail and the resulting contamination is to be avoided. This solution has not prevailed in practice. In addition, this embodiment of a nozzle acts solely on the formation of a glue tail, but does not eliminate the other causes of nozzle contamination.

Die Schrift EP000001802191 A2 schlägt vor, die Düse mit einer Düsenkappe zum Umhüllen, die leicht lösbar ist. Diese Lösung ist eine pragmatische Lösung, bedingt aber für den Austausch weiterhin eine Produktionsunterbrechung. Zudem sind bei modernen Maschinen die Klebstoffauftragsvorrichtungen aufgrund der Sicherheitseinrichtungen und hoher Integration in die übergeordnete Produktionsmaschine nicht immer leicht zu erreichen. Zudem muss der Anwender mehrere Düsen vorhalten.The font EP000001802191 A2 suggests the nozzle with a nozzle cap for wrapping, which is easily solvable. This solution is a pragmatic solution, but still requires a break in production for the exchange. In addition, in modern machines, the adhesive application devices are not always easy to reach due to the safety devices and high integration into the parent production machine. In addition, the user must hold several nozzles.

Es wurden auch vielfach Versuche gemacht, Düsen mit einer flüssigkeitsabweisenden Beschichtung, die z. B. mit PTFE-Bestandteilen versehen ist, zu beschichten. Die praktische Erfahrung zeigte jedoch, dass der Klebstoff aufgrund seiner häufig hohen Klebrigkeit dennoch an den beschichteten Oberflächen anhaftet. Die Düsen lassen sich zwar wesentlich leichter und rückstandsfrei reinigen, die Problematiken, die durch anhaftenden Klebstoff entsteht, wird aber nicht beseitigt.There have also been many attempts to nozzles with a liquid-repellent coating, the z. B. is provided with PTFE components to coat. However, practical experience has shown that the adhesive still adheres to the coated because of its often high tack Adheres to surfaces. Although the nozzles are much easier to clean without residue, the problems caused by adhering adhesive are not eliminated.

Die Vielzahl der Schriften, die eine Reinigung einer Auftragsdüse betreffen, und die keineswegs auf die zuvor aufgeführten Schriften beschränkt sind, zeigt, dass für diese Problematik bis jetzt keine zufriedenstellende Lösung gefunden wurde. Die wirtschaftliche Bedeutung einer solchen Lösung ist jedoch hoch, da eine Reduzierung des Reinigungsaufwands eine deutliche Steigerung der Produktivität der Produktionsmaschinen zur Folge hätte.The variety of fonts relating to a cleaning of a Auftragdüse, and are not limited to the previously listed writings, shows that for this problem has not been found a satisfactory solution. However, the economic importance of such a solution is high, since a reduction of the cleaning effort would result in a significant increase in the productivity of the production machines.

Die Aufgabe der Erfindung ist daher eine Düse zur Verfügung zu stellen, die weniger zu Verschmutzungen an ihrer Außenfläche neigt und vorzugsweise zu einem besseren Ablösen des Klebstofftropfens bzw. Klebstofffadens von der Düsenspitze führt. Ziel der Erfindung ist es zudem die Aufgabe ohne großen apparativem Aufwand für eine Reinigungseinrichtung zu erreichen, indem die Düsenverschmutzung von Anbeginn an möglichst vermieden oder zumindest derart minimiert wird, dass die Anzahl der notwendigen Produktionsunterbrechungen für die Düsenreinigung vermindert sind.The object of the invention is therefore to provide a nozzle which is less susceptible to soiling on its outer surface and preferably leads to a better detachment of the adhesive drop or adhesive thread from the nozzle tip. The aim of the invention is also to achieve the object without great expenditure on equipment for a cleaning device by the nozzle contamination from the beginning of avoided as possible or at least minimized so that the number of production interruptions necessary for the nozzle cleaning are reduced.

Dabei soll es insbesondere möglich sein, die Erfindung in bereits bestehende Dosierungskonzepte integrieren zu können bzw. die bekannten Dosierungskonzepte erweitern zu können.It should be possible in particular to be able to integrate the invention into existing dosing concepts or to be able to expand the known dosing concepts.

Die erfindungsgemäße Düse weist zumindest abschnittsweise an ihren Außenflächen eine Oberflächentopographie auf, die die Grenzflächeneffekte zwischen dem Klebstoff und Oberfläche beeinflusst. Die Oberflächentopographie kann in das Grundmaterial der Düse selbst oder in einer auf der Düsenoberfläche befindlichen Beschichtung eingebracht sein. Die Düse kann auch eine Kappe aufweisen, die über die Düse gezogen, gestülpt, geschrumpft oder an dieser durch eine andere geeignete Befestigungsmethode an dieser fixiert wird, wobei die Kappe eine erfindungsgemäße Oberflächentopographie aufweist.The nozzle according to the invention has, at least in sections, on its outer surfaces a surface topography which influences the interface effects between the adhesive and the surface. The surface topography may be incorporated in the base material of the nozzle itself or in a coating located on the nozzle surface. The nozzle may also have a cap which is pulled over the nozzle, inverted, shrunk or fixed thereto by another suitable attachment method, the cap having a surface topography according to the invention.

Der Begriff Topographie – auch Oberflächenbeschaffenheit – bezeichnet die Beschreibung sowohl der geometrischen Gestalt als auch der physikalischen und chemischen Eigenschaften von technischen Oberflächen oder Mikrostrukturen.The term topography - also surface texture - describes the description of both the geometric shape and the physical and chemical properties of technical surfaces or microstructures.

Die erfindungsgemäße Oberflächentopographie ist dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff nur noch auf Spitzen der Oberfläche aufliegt und sich zwischen den Spitzen ein Luftpolster oder eine klebstoffabweisende Flüssigkeit befindet. Die Struktur muss so gewählt werden, dass der Klebstoff nicht in die Zwischenräume zwischen den Oberflächenspitzen eindringt. Der Klebstoff muss quasi auf der Oberfläche schweben. Der Terminus Spitzen ist im Sinne der Erfindung nicht auf Spitzen im eigentlichen Sinne beschränkt, sondern kann auch zylinderförmige, kalottenförmige oder andere Oberflächenstrukturen umfassen, bei denen eine Flüssigkeit einer gegebenen Viskosität auf den Erhebungen aufliegt.The surface topography according to the invention is characterized in that the adhesive rests only on tips of the surface and is located between the tips of an air cushion or an adhesive repellent liquid. The structure must be chosen so that the adhesive does not penetrate into the spaces between the surface tips. The adhesive has to float on the surface. For the purposes of the invention, the term "tips" is not limited to tips in the true sense, but may also include cylindrical, dome-shaped or other surface structures in which a liquid of a given viscosity rests on the elevations.

Dieser Effekt wird auch als Lotuseffekt bezeichnet und wird über den Kontaktwinkel zwischen der Oberflächenstruktur und der Flüssigkeit bestimmt. Bei einem Kontaktwinkel grösser 90° spricht man von einer hydrophoben Oberfläche, welche für den Lotuseffekt benötigt wird.This effect is also called the lotus effect and is determined by the contact angle between the surface structure and the liquid. At a contact angle greater than 90 ° is called a hydrophobic surface, which is needed for the lotus effect.

Im Falle eines Luftpolsters zwischen den Oberflächenspitzen, verhindert das Luftpolster das Eindringen des Klebstoffs in die Kavitäten. Der Luftdruck muss dabei höher sein als der Klebstoffdruck, der sich aus dem aufliegenden Gewicht des Klebstoffs ergibt. Vorteilhaft wirkt sich dabei aus, dass Klebstoff eine sehr viel höhere Viskosität aufweist als Wasser, wodurch das Einfließen des Klebstoffs schwieriger und langsamer von Statten geht. Dadurch sind die Anforderungen an die Oberflächentopographie tendenziell etwas geringer als bei einer wasserabweisenden Oberfläche.In the case of an air cushion between the surface tips, the air cushion prevents the penetration of the adhesive into the cavities. The air pressure must be higher than the adhesive pressure, which results from the overlying weight of the adhesive. The advantage here is that the adhesive has a much higher viscosity than water, which makes the inflow of the adhesive more difficult and slower. As a result, the demands on the surface topography tend to be slightly lower than for a water-repellent surface.

Sind die Zwischenräume mit einer klebstoffabweisenden Flüssigkeit, z. B. einem Öl wie ein Silikonöl, benetzt, gleitet der Klebstoff an der abweisenden Flüssigkeitsoberfläche ab. Er kann auch nicht oder nur sehr schwer in die Kavitäten der Oberfläche eindringen, da hierzu die klebstoffabweisende Flüssigkeit verdrängt werden muss. Bei einer geeigneten Auslegung der Kavitäten ist die Adhäsionsoberfläche der Kavitäten so groß, dass die klebstoffabweisende Flüssigkeit fest in den Kavitäten verankert bleibt und sich nicht mit dem Klebstoff ablöst. Zudem kommt keine oder nur eine äußerst geringe Haftung zwischen dem Klebstoff und der Oberfläche zustande, so dass der Klebstoff eher auf der Flüssigkeitsoberfläche gleitet als diese mitreißt.Are the spaces with an adhesive repellent liquid, eg. As an oil such as a silicone oil wetted, the adhesive slides on the repellent liquid surface. It also can not or only very difficult to penetrate into the cavities of the surface, as this the adhesive-repellent liquid must be displaced. With a suitable design of the cavities, the adhesion surface of the cavities is so large that the adhesive-repellent liquid remains firmly anchored in the cavities and does not detach with the adhesive. In addition, no or only a very low adhesion between the adhesive and the surface comes about, so that the adhesive rather slides on the surface of the liquid as this entrains.

Die Benetzung ist das Verhalten einer Flüssigkeit beim Kontakt mit der Oberfläche eines Festkörpers. Die Benetzbarkeit von Oberflächen ist abhängig von der spezifischen Oberflächenspannung der aufgetragenen Flüssigkeit, der Sauberkeit, der Rauheit und des Profils der Oberfläche. Eine Möglichkeit zur quantitativen Bestimmung der Benetzbarkeit liefert der statische Kontaktwinkel der aufgetragenen Flüssigkeitstropfen. Der Kontaktwinkel ist der Winkel zwischen der an der Tropfenkontur angelegten Tangente und der Grenzfläche zum benetzten Stoff. Wenn eine Flüssigkeit eine hydrophile Oberfläche benetzt, beträgt der Kontaktwinkel 0° ≤ θ ≤ 90°. Für eine hydrophobe Oberfläche beträgt der Kontaktwinkel 90° < θ ≤ 180°.Wetting is the behavior of a liquid when it comes into contact with the surface of a solid. The wettability of surfaces depends on the specific surface tension of the applied liquid, the cleanliness, the roughness and the profile of the surface. One way to quantitatively determine wettability is to provide the static contact angle of the applied liquid drops. The contact angle is the angle between the tangent applied to the drop contour and the wetted material interface. When a liquid wets a hydrophilic surface, the contact angle is 0 ° ≦ θ ≦ 90 °. For a hydrophobic surface, the contact angle is 90 ° <θ ≤ 180 °.

Mit Hilfe der Wenzel-Gleichung lässt sich berechnen, welcher Rauheitsfaktor benötigt wird, um einen gewissen Kontaktwinkel zu erreichen. Die Gleichung lautet: cosθ = r·cosθ₀ r = A_SL/A_f The Wenzel equation can be used to calculate which roughness factor is needed to achieve a certain contact angle. The equation is: cosθ = r · cosθ ₀ r = A _SL / A _f

Hierbei ist θ der Kontaktwinkel für die raue Oberfläche, r der Rauheitsfaktor, A_SL ist die tatsächliche Kontaktfläche zwischen Tropfen und Festkörper, A_f ist eine geometrische Projektion der tatsächlichen Kontaktfläche auf eine glatte Oberfläche und θ₀ ist der Youngsche Kontaktwinkel auf einer glatten Oberfläche.Here, θ is the contact surface for the rough surface, r is the roughness factor, A _SL is the actual contact area between droplet and solid, A _f is a geometric projection of the actual contact surface on a smooth surface and θ ₀ is the Young's contact angle on a smooth surface.

Wie man anhand der Gleichung erkennen kann, werden hydrophobe Oberflächen durch eine Erhöhung des Rauheitskoeffizienten hydrophober und hydrophile Oberflächen werden noch hydrophiler. Die Gleichung ist jedoch ausschließlich bei relativ geringen r-Werten gültig, da die benetzende Flüssigkeit von den größeren Unebenheiten komplett absorbiert würde.As can be seen from the equation, hydrophobic surfaces become more hydrophobic by increasing the roughness coefficient, and hydrophilic surfaces become even more hydrophilic. However, the equation is valid only at relatively low r values because the wetting liquid would be completely absorbed by the larger bumps.

Ziel ist es eine Oberflächentopographie zu schaffen, bei der der Klebstofftropfen nur noch auf wenigen Oberflächenspitzen aufliegt, die gegenüber der unbehandelten Oberfläche eine um mindestens 70% reduziert Auflagefläche bilden. Vorzugweise wird die Auflagefläche um 90% reduziert. Durch die verringerte Oberfläche wird die Adhäsion des Klebstoffs mit der Oberfläche verringert und der Klebstoff kann sich einfacher von dieser lösen. In den meisten Fällen wird die verringerte Auflagefläche dazu führen, dass der Klebstoff sich in den strukturierten Bereichen leichter löst.The aim is to create a surface topography in which the drop of adhesive only rests on a few surface tips that form a surface area that is at least 70% smaller than the untreated surface. Preferably, the contact surface is reduced by 90%. The reduced surface reduces the adhesion of the adhesive to the surface, and the adhesive is easier to peel off. In most cases, the reduced contact surface will cause the adhesive to dissolve more easily in the textured areas.

Die Ablösung des anhaftenden Klebstoffs wird dadurch gefördert, dass in einer Klebstoffauftragsvorrichtung ein Dosierkolben zwischen einer öffnenden und schließenden Stellung hin- und her bewegt wird, und dadurch Erschütterungen/Vibrationen erzeugt werden, bedingt durch das Anschlagen des Dosierkolbens an die Endlagenflächen.The detachment of the adhering adhesive is promoted by moving a metering piston back and forth between an opening and closing position in an adhesive application device, and thereby vibrations / vibrations are generated due to the abutment of the metering piston against the end-face surfaces.

Das Lösen des anhaftenden Klebstoff kann in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung gefördert werden, indem in das Klebstoffauftragsvorrichtung und damit in die darin enthaltende Düse oder in die Düse selbst bewusst eine Schwingung oder Vibration eingeleitet wird. Diese Schwingung oder Vibration kann durch einen Piezoschwinger, eine Unwucht oder ein anderes geeignetes Mittel in den Körper des Klebstoffauftragsventils oder in die Düse selbst eingeleitet werden.The release of the adhesive adhesive can be promoted in a further embodiment of the invention by deliberately introducing a vibration or vibration in the adhesive application device and thus in the nozzle contained therein or in the nozzle itself. This vibration or vibration may be introduced into the body of the glue application valve or into the nozzle itself by a piezo vibrator, imbalance or other suitable means.

Bei einem elektromagnetischen angetriebenen Klebstoffauftragventil kann die Schwingung durch ein Brummen der Spule des elektromagnetischen Antriebs erzeugt werden. Ein solches Brummen wird zum Beispiel erzeugt, in dem über die Spule ein geringer Wechselstromanteil geleitet wird. Dies kann als Oberwelle über die Gleichstromansteuerung gelegt werden oder die Spannungsversorgung zwischen Gleich- und Wechselstrom umgeschaltet werden. Vorteilhaft ist es das Brummen nur in Pausen oder in kurzen Intervallen zu erzeugen, um eine übermäßige Erhitzung der Spule zu vermeiden. Vorzugsweise weist die Wechselspannung eine Frequenz und/oder Leistung auf, die ein Öffnen des Klebstoffauftragsventils aufgrund der anliegenden Wechselspannung verhindert.In an electromagnetic driven adhesive applicator valve, the vibration may be generated by a buzzing of the coil of the electromagnetic drive. Such hum is generated, for example, by passing a small alternating current component across the coil. This can be applied as a harmonic over the DC drive or the power supply can be switched between DC and AC. It is advantageous to generate the hum only during pauses or at short intervals in order to avoid excessive heating of the coil. Preferably, the AC voltage has a frequency and / or power, which prevents opening of the adhesive application valve due to the applied AC voltage.

Vibration und/oder Schwingungen dienen ausschließlich anhaftenden Klebstoff von den strukturierten Oberflächen zu lösen. Diese müssen nicht permanent anliegen, sondern können z. B. in Pausen oder zwischen zwei Klebstoffaufträgen bei einem intermittierenden Klebstoffauftrag eingeleitet bzw. erzeugt werden.Vibrations and / or vibrations are used exclusively to dissolve adhering adhesive from the structured surfaces. These do not have to rest permanently, but can z. B. in breaks or between two adhesive applications in an intermittent adhesive application initiated or generated.

Diese Strukturierung bzw. die erfindungsgemäße Oberflächentopographie kann direkt in den Düsenkörper eingebracht werden, z. B. durch eine Laserstrukturierungsmethode, Beschichtung aus dem Plasma oder durch Mikroätzen. Die Strukturen können aber auch alternativ in eine Düsenkappe eingebracht werden, die über den Düsengrundkörper gesteckt, gestülpt oder aufgezogen wird. Das Material der Düsenkappe ist nicht auf einen metallischen Stoff beschränkt, sondern kann auch Kunststoffe umfassen.This structuring or the surface topography according to the invention can be introduced directly into the nozzle body, for. Example by a laser structuring method, plasma coating or by microetching. Alternatively, however, the structures can also be introduced into a nozzle cap which is inserted, slipped or pulled over the nozzle main body. The material of the nozzle cap is not limited to a metallic substance, but may also include plastics.

Bei der Laserstrukturierungsmethode wird durch einen Laserimpuls geringste Mengen des Materials mittels kurzer Laserimpulse abgetragen oder die Oberfläche durch lokale Schmelzen verändert und somit eine Mikrostrukturierung der Oberfläche geschaffen. Durch die Nutzung von Lasersystemen mit unterschiedlicher Pulsdauer (Femto-, Piko- und Nanosekundenbetrieb) ist es möglich, die Oberflächenparameter wie Periodizität, Strukturtiefe oder Aspektverhältnis gezielt zu variieren und somit den Einfluss der auf die Flüssigkeitsfixierung und -verteilung zu studieren. Abhängig von dem Düsenmaterial können unterschiedliche Lasertypen zur Anwendung kommen, wie zum Beispiel Picosekunden-, Femto- oder Excimerlaser. Materialien können unter dem Einfluss von ultrakurzen Laserpulsen sich selbst organisierende Mikrostrukturen zu bilden. Form und Größe der Strukturen beeinflussen die Eigenschaften der Oberfläche und können gezielt durch Laserparameter verändert werden. Die durch den Laserimpuls eingebrachte Wärme verändert die Oberflächentopographie und die oberflächennahen mikrostrukturellen sowie chemischen Eigenschaften der Oberfläche in einer definierten Weise.In the laser structuring method, very small amounts of the material are removed by means of a laser pulse by means of short laser pulses or the surface is changed by local melting, thus creating a microstructure of the surface. By using laser systems with different pulse duration (femtosecond, pico and nanosecond operation), it is possible to selectively vary the surface parameters such as periodicity, structure depth or aspect ratio and thus to study the influence of the on the liquid fixation and distribution. Depending on the nozzle material, different laser types may be used, such as picosecond, femto or excimer lasers. Materials can form self-organizing microstructures under the influence of ultrashort laser pulses. The shape and size of the structures influence the properties of the surface and can be specifically changed by laser parameters. The heat introduced by the laser pulse changes the surface topography and near-surface microstructural and chemical properties of the surface in a defined manner.

Alternativ zu der Einbringung der Grundkörper können diese mit einem Laser in eine Beschichtung eingebracht werden, die zuvor auf den Düsengrundkörper aufgetragen wurde. Eigenschaften von Beschichtungen lassen sich oftmals leichter steuern und so gezielter auf die Anforderungen des Laserstrukturierungsverfahrens abstimmen. Die Beschichtung kann auf den Düsenkörper aufgestrichen, aufgesprüht oder in einer anderen geeigneten Weise appliziert werden. As an alternative to the introduction of the base body, they can be introduced with a laser into a coating which has been previously applied to the nozzle main body. Coating properties are often easier to control and more targeted to the requirements of the laser patterning process. The coating can be spread on the nozzle body, sprayed on or applied in any other suitable manner.

Die Mikroätzung kann mit bekannten Ätzverfahren, z. B. nasschemisch, erfolgen. Zur Strukturierung können bekannte Verfahren der Photo- oder Elektronenstrahllithographie oder ein anderes geeignetes Maskierungsverfahren eingesetzt werden. Die Strukturierung kann ebenso in eine Beschichtung eingebracht werden, die zuvor in geeigneter Weise auf den Grundkörper eingebracht wurde.The micro-etching can be carried out by known etching methods, for. B. wet-chemical, take place. For structuring, known methods of photo or electron beam lithography or another suitable masking method can be used. The structuring can also be introduced into a coating which has previously been suitably applied to the base body.

2 zeigt eine Düse (1), die eine Austrittsöffnung (7) für den Klebstoff aufweist, durch die der Klebstoff auf das Substrat appliziert wird, und ein Gewinde (8), mit dem die Düse (1) mit dem Modul (2) verschraubt wird. 2 shows a nozzle ( 1 ), which has an outlet opening ( 7 ) for the adhesive, by which the adhesive is applied to the substrate, and a thread ( 8th ), with which the nozzle ( 1 ) with the module ( 2 ) is screwed.

Die Bauform der Düse (1) ist nicht erfindungswesentlich. Die Erfindung kann auf alle bekannten Düsenbauformen Anwendung finden. Dies gilt ebenso für die Befestigung der Düse. Diese kann auch gesteckt, geklemmt oder in einer anderen geeigneten Art befestigt sein.The design of the nozzle ( 1 ) is not essential to the invention. The invention can be applied to all known nozzle designs. This also applies to the attachment of the nozzle. This can also be plugged, clamped or fastened in another suitable manner.

3 zeigt eine Düse (1) mit einem Gewinde (8) und einem Ventilsitz (9), der Teil der Düse (1) ist. Der Ventilsitz wird durch den Verschlusskörper der Klebstoffauftragsvorrichtung im unbetätigten Zustand verschlossen. Der Ventilsitz muss im Sinne der Erfindung nicht Bestandteil der Düse (1) sein. Die Düse kann auch als Vorschraubdüse ausgeführt sein, wobei der Ventilsitz Bestandteil des Grundkörpers oder Moduls der Klebstoffauftragsvorrichtung ist. 3 shows a nozzle ( 1 ) with a thread ( 8th ) and a valve seat ( 9 ), the part of the nozzle ( 1 ). The valve seat is closed by the closure body of the adhesive application device in the unactuated state. The valve seat does not have to be part of the nozzle according to the invention ( 1 ) be. The nozzle can also be designed as a Vorschraubdüse, wherein the valve seat is part of the main body or module of the adhesive application device.

4 zeigt den Bereich der erfindungsgemäßen Oberfläche (10), der sich von der Düsenaustrittsöffnung (7) entlang des Schafts der Düse erstreckt. 4 shows the area of the surface according to the invention ( 10 ) extending from the nozzle exit opening ( 7 ) extends along the stem of the nozzle.

5 zeigt, dass die erfindungsgemäße Oberfläche (10) sich auch nur auf Teilbereiche der außen liegenden Düsenoberfläche erstrecken kann. Vorteilhafterweise ist die Oberfläche nur in dem unmittelbaren Umgebungsbereich der Düsenaustrittsöffnung (7) vorhanden. In diesem Bereich ist die größte Gefahr einer Düsenverschmutzung zu erwarten. 5 shows that the surface according to the invention ( 10 ) may extend only to portions of the outer nozzle surface. Advantageously, the surface is only in the immediate vicinity of the nozzle outlet opening ( 7 ) available. In this area, the greatest risk of nozzle contamination is to be expected.

Durch die erfindungsgemäße Oberflächenstrukturierung bzw. -topographie wird die Verschmutzungsneigung der Düsen eines Klebstoffauftragssystems stark verhindert. Die Adhäsion der Klebstoffanhaftungen wird verringert, die Klebstoffanhaftung fallen früher in die Maschine und bauen sich nicht an der Düsenspitze auf. Die Produktion muss aus diesem Grund weniger häufig oder gar nicht wegen der Reinigung der Düsenspitzen unterbrochen werden. Ein weiterer Vorteil der Strukturierung und erfindungsgemäßen Oberflächenstruktur der Düse des Klebstoffauftragssystems ist, dass der Klebstofftropfen sich schneller löst und daher weniger zur Schwanzbildung neigt. Die Gefahr, dass der Schwanz zerreißt und Sattelitentropfen oder Partikel bildet, die sich an der Düsenspitze anlagern, ist durch die Erfindungsgemäße Strukturierung stark verringert.The surface structuring or topography according to the invention greatly prevents the tendency of the nozzles of an adhesive application system to foul. Adhesion adhesion adhesion is reduced, adhesive adherence falls earlier into the machine and does not build up on the nozzle tip. For this reason, the production must be interrupted less frequently or not at all because of the cleaning of the nozzle tips. Another advantage of the structure and surface structure of the nozzle of the adhesive application system according to the invention is that the adhesive droplet dissolves faster and therefore less prone to tailing. The danger that the tail tears and forms satellite drops or particles which accumulate on the nozzle tip is greatly reduced by the structuring according to the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4113445 C2 [0005]
EP 2386363 A2 [0014]
DE 000009115872 U1 [0015]
DE 102007008822 U1 [0015]
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DE 202007013289 U1 [0016]
DE 69732753 T2 [0016]
EP 0568365 B1 [0017]
US 3876144 [0017]
DE 000007704627 U [0018]
EP 000001802191 A2 [0019]

Claims

Adhesive application device comprising a nozzle ( 1 ) and at least one in the nozzle ( 1 ) formed fluid channel which is connectable to a fluid source and having an outlet opening, characterized in that the nozzle ( 1 ) has a surface topography that has elevations and cavities in the nanometer or micrometer range.

Adhesive application device according to claim 1, characterized in that the elevations and cavities in sections or over the entire surface in the region of the surface of the nozzle ( 1 ) are formed.

Adhesive application device according to claim 1, characterized in that the nozzle ( 1 ) is coated at least in sections with a coating, preferably made of plastic or metal, and the surface of the coating has the elevations and cavities.

Adhesive application device according to claim 1, characterized in that the nozzle ( 1 ) is at least partially insertable into a nozzle cap and the nozzle cap preferably consists of a sintered metal, a microporous film or a plastic and the surface of the nozzle cap has elevations and cavities.

Adhesive application device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the contact angle between the adhesive and the elevations and cavities is greater than 90 °.

Adhesive application device according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the cavities an adhesive repellent liquid, preferably an oil, is located.

Adhesive applicator according to claim 6, characterized in that the contact angle between the adhesive-repellent liquid and the elevations and cavities is less than 90 °.

Adhesive application device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the adhesive application device has a vibration exciter, wherein the Schwindungserreger example, a driven imbalance, a piezoelectric vibrator, a coil or a magnetic oscillator.

Method for dosing and applying an adhesive, comprising the method steps - providing a flowable adhesive for an adhesive application device, - applying pressure to the flowable adhesive, - dosing the provided adhesive at an exit channel of the adhesive application device by opening and closing a dosing piston, - applying the Adhesive through at least one nozzle ( 1 ), which has a surface topography having elevations and cavities in the nanometer or micrometer range, wherein preferably in the adhesive application device and / or in the nozzle ( 1 ) a vibration or vibration is initiated.

A method for dosing and applying an adhesive according to claim 9, characterized in that the vibration or vibration in pauses or between two adhesive applications, in an intermittent adhesive application, is initiated.