DE102018108273A1 - Method for joining two packaging material substrate layers - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden einer ersten Lage eines Packstoffsubstrates und einer zweiten Lage eines Packstoffsubstrates durch ein Beschichtungsmittel mit einem thermoplastischen Material unter Verwendung einer Düse mit einer Fluidzufuhr und einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode zum Erzeugen eines Plasmas innerhalb der Düse. Plasma wird innerhalb der Düse durch die erste Elektrode und die zweite Elektrode erzeugt. In der Düse erzeugtes Plasma wird auf die erste Lage des Substrats durch Zuführen von Fluid mittels der Fluidzufuhr ausgelenkt. Das Beschichtungsmittel wird in das Plasma zugeführt. Hierbei erweicht das thermoplastische Material durch das Plasma und auf die erste Lage des Substrates aufgebracht. Die zweite Lage des Substrates wird auf die beschichtete erste Lage des Substrates aufgebracht, um die erste Lage des Substrates und die zweite Lage des Substrates durch das thermoplastische Material zu verbinden. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Verpackungsmaschine. The invention relates to a method for bonding a first layer of a packaging material substrate and a second layer of a packaging material substrate through a coating material with a thermoplastic material using a nozzle with a fluid supply and a first electrode and a second electrode for generating a plasma within the nozzle. Plasma is generated within the nozzle by the first electrode and the second electrode. Plasma generated in the nozzle is deflected to the first layer of the substrate by supplying fluid through the fluid supply. The coating agent is fed into the plasma. In this case, the thermoplastic material softens through the plasma and applied to the first layer of the substrate. The second layer of the substrate is applied to the coated first layer of the substrate to bond the first layer of the substrate and the second layer of the substrate through the thermoplastic material. The invention further relates to a packaging machine.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden einer ersten Lage eines Packstoffsubstrats mit einer zweiten Lage eines Packstoffsubstrats durch ein Beschichtungsmittel mit einem thermoplastischen Material. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Anordnung mit einer Düse mit einer Fluidzufuhr und einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode zum Erzeugen eines Plasmas.The invention relates to a method for connecting a first layer of a packaging material substrate to a second layer of a packaging material substrate by means of a coating material with a thermoplastic material. The invention further relates to an arrangement having a nozzle with a fluid supply and a first electrode and a second electrode for generating a plasma.
Packstoffe, insbesondere Papier, Pappe, Wellpappe oder Karton können kostengünstig hergestellt werden und werden häufig für Lieferungen als Packmaterial verwendet. Diese Packstoffe sind jedoch typischerweise flächige Werkstoffe, die zum Verpacken von Gegenständen umgeformt werden müssen, beispielsweise als quaderförmigen Karton. Hierfür können die Packstoffe aus Verpackungszuschnitten zusammengeklebt werden. Die Verklebung solcher Verpackungszuschnitte erfordert Klebematerial und Energie zum Aufbringen des Klebematerials.Packaging materials, in particular paper, cardboard, corrugated cardboard or cardboard can be produced inexpensively and are often used for deliveries as packaging material. However, these packaging materials are typically sheet-like materials that must be converted for packaging objects, for example, as a cuboid box. For this purpose, the packaging materials can be glued together from packaging blanks. The bonding of such packaging blanks requires adhesive material and energy to apply the adhesive material.
Zum Verkleben von Lagen einer Verpackung, insbesondere eines Packstoffsubstrats, können Schmelzklebstoffe eingesetzt werden. Diese haben gegenüber Kaltleim den Vorteil, dass die Anfangshaftung der Fügestelle sehr hoch ist und die Klebestelle unmittelbar belastet werden kann. Die Applikation von Kaltleim benötigt ein relativ einfaches Auftragssystem, umfassend eine Pumpe oder einen Drucktank, eine oder mehrere Förderleitungen, mindestens einen Klebstoffauftragskopf, der gemäß einer Mustervorgabe einer Ventilsteuerung den Klebstoff auf die Fügestellen appliziert. Solche Auftragssysteme sind kostengünstig und benötigen während ihres Betriebs relativ wenig Energie. Zudem bilden Kaltleimverbindungen nach dem Abbinden sehr feste Verbindungen, die in der Regel bei Anwendung von porösen Oberflächen ohne Zerstörung der Klebstoffschicht nicht mehr lösbar sind. Kaltleim hat eine relativ lange Klebezeit. Die Klebezeit ist die Zeitspanne, in der ein Klebstoffaufstrich unter festgelegten Bedingungen in der Lage ist, eine Klebung zu bilden. Die lange Klebezeit erfordert daher eine lange Verpressung der Fügestellen, da sich diese ohne längere Pressung wieder öffnen können. Aus diesem Grund gibt es bei Faltschachtelklebemaschinen lange Pressstrecken, die viel Platz erfordern und auch den maschinellen Aufwand erhöhen. For bonding layers of a packaging, in particular a packaging material substrate, hot melt adhesives can be used. These have the advantage over cold glue that the initial adhesion of the joint is very high and the splice can be charged directly. The application of cold glue requires a relatively simple application system, comprising a pump or a pressure tank, one or more delivery lines, at least one adhesive application head, which applies the adhesive to the joints according to a pattern specification of a valve control. Such application systems are inexpensive and require relatively little energy during their operation. In addition, cold glue compounds form very strong compounds after setting, which are generally no longer soluble when using porous surfaces without destroying the adhesive layer. Cold glue has a relatively long gluing time. Adhesion time is the time that an adhesive spread is able to bond under specified conditions. The long gluing time therefore requires a long compression of the joints, as they can open again without prolonged pressure. For this reason, folding carton gluing machines have long pressing sections which require a lot of space and also increase the machine outlay.
Aus der Druckschrift
Ein Schmelzklebstoffauftragssystem kann ein Schmelzgerät, einen oder mehrere beheizbare Förderschläuche umfassen. Es sind auch andere Ausführungsformen von Schmelzklebstoffauftragssystemen bekannt. Gemein ist diesen, dass der Klebstoff erhitzt und während der gesamten Verarbeitung auf erhöhten Temperaturen gehalten werden sollte. Dies erfordert einen hohen apparativen Aufwand, und die erhöhten Temperaturen bilden Gefahren von Verbrennungen im Kontakt mit den Bestandteilen eines Schmelzklebstoffauftragssystems und von Verbrühungen in Kontakt mit der heißen Schmelze. Zudem neigen Schmelzklebstoffe bei dauernder Erwärmung zur thermischen Degradation bzw. Verkokung. Einzelne Bestandteile des Klebstoffs verbrennen, und die Verbrennungsreste verstopfen Filter oder Klebstoffauftragssysteme. Aus diesem Grund und aufgrund der dauernden Wärmebelastung haben Schmelzklebstoffauftragssysteme eine höhere Wartungsanfälligkeit und einen höheren Ersatzteilbedarf als Kaltleimsysteme.A hot melt adhesive application system may include a melter, one or more heatable delivery tubes. Other embodiments of hot melt adhesive application systems are known. Common to this is that the adhesive should be heated and kept at elevated temperatures throughout the processing. This requires a lot of equipment, and the elevated temperatures create dangers of burns in contact with the components of a hot melt adhesive application system and scalding in contact with the hot melt. In addition, hot melt adhesives tend to thermal degradation or coking with constant heating. Individual components of the adhesive burn and the burnt residues clog filters or adhesive application systems. For this reason, and because of the continuous heat load, hot melt adhesive systems have a higher maintenance susceptibility and a higher spare parts requirement than cold glue systems.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein effizientes Konzept zum Verbinden einer ersten Lage eines Packstoffsubstrats mit einer zweiten Lage eines Packstoffsubstrats aufzuzeigen.It is an object of the present invention to provide an efficient concept for joining a first layer of packaging material substrate to a second layer of packaging material substrate.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Beschreibung, der Zeichnungen sowie der abhängigen Ansprüche.This object is solved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the description, the drawings and the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die obige Aufgabe mit einer Düse gelöst werden kann, die ein Plasma erzeugt, wobei in dem Plasma ein thermoplastisches Material eines Beschichtungsmittels wenigstens angeschmolzen wird, das auf eine erste Lage eines Packstoffsubstrats ausgebracht wird.The present invention is based on the finding that the above object can be achieved with a nozzle that generates a plasma, wherein in the plasma, a thermoplastic material of a coating agent is applied at least, which is applied to a first layer of a packaging material substrate.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verbinden einer ersten Lage eines Packstoffsubstrates mit einer zweiten Lage eines Packstoffsubstrates in einer Verpackungsmaschine durch ein Beschichtungsmittel mit einem thermoplastischen Material unter Verwendung einer Düse mit einer Fluidzufuhr und einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode zum Erzeugen eines Plasmas innerhalb der Düse, mit:
- - Erzeugen von Plasma innerhalb der Düse durch die erste Elektrode und die zweite Elektrode;
- - Auslenken des erzeugten Plasmas auf die erste Lage des Substrats durch Zuführen von Fluid in die Düse mittels der Fluidzufuhr;
- - Zuführen des Beschichtungsmittels in das Plasma wobei das thermoplastische Material durch das Plasma erweicht und auf die erste Lage des Substrates aufgebracht wird;
- - Aufbringen der zweiten Lage des Substrates auf die beschichtete erste Lage des Substrates um die erste Lage des Substrates und die zweite Lage des Substrates durch das thermoplastische Material zu verbinden.
- Generating plasma within the nozzle through the first electrode and the second electrode;
- Deflecting the generated plasma onto the first layer of the substrate by supplying fluid into the nozzle by means of the fluid supply;
- - supplying the coating agent into the plasma wherein the thermoplastic material is softened by the plasma and applied to the first layer of the substrate;
- - Applying the second layer of the substrate to the coated first layer of the substrate to connect the first layer of the substrate and the second layer of the substrate by the thermoplastic material.
Das Substrat, d. h. das Packstoffsubstrat kann einen Verpackungszuschnitt und/oder eine Verpackung umfassen. Das Plasma ist insbesondere Atmosphärendruckplasma, also Plasma, das unter Atmosphärendruck entsteht.The substrate, d. H. The packaging material substrate may comprise a packaging blank and / or a packaging. The plasma is in particular atmospheric pressure plasma, ie plasma which is produced under atmospheric pressure.
Das Verfahren kann durch eine Verpackungsmaschine ausgeführt werden. Die Düse kann Teil einer Verpackungsmaschine sein. Verpackungsmaschinen sind beispielsweise in der
Solche Verpackungsmaschinen können dazu dienen, Packgut zu verpacken. Eine solche Verpackungsmaschine kann mindestens eine Klebstoffauftragsvorrichtung umfassen, die dazu dient, Teile der Verpackung miteinander zu verbinden. Verpackungen, d.h. Verpackungsteile, Verpackungszuschnitte oder Substratteile, können somit miteinander verbunden werden. Verpackungsmaschinen können auch Vorprodukte herstellen, wie beispielsweise Faltschachteln oder andere Verpackungsformen, die durch eine Verpackungsmaschine befüllt und verschlossen werden können. Hierzu gehören Faltschachtelmaschinen, aber auch Maschinen der Sack- und Beutelherstellung. Im Sinne dieser Anmeldung ist der Begriff „Verpackungsmaschinen“ gleichermaßen für Verpackungsmaschinen und Maschinen der Verpackungsherstellung zu verstehen.Such packaging machines can be used to package packaged goods. Such a packaging machine may comprise at least one adhesive applicator which serves to join parts of the package together. Packaging, i. Packaging parts, packaging blanks or substrate parts can thus be joined together. Packaging machines can also produce precursors, such as cartons or other forms of packaging that can be filled and sealed by a packaging machine. These include folding box machines, but also machines for bag and bag production. For the purposes of this application, the term "packaging machines" is to be understood equally for packaging machines and machines of packaging production.
Ein Vorteil von Schmelzklebstoffsystemen besteht darin, dass diese nach dem Verpressen der Flächen fast unmittelbar eine Klebeverbindung herstellen und die Fügestelle nicht mehr öffenbar ist. Die Verpackung ist unmittelbar nach dem Fügen belastbar. Die Verpackung hat zum Zeitpunkt des Fügens in Verpackungsmaschinen meist einen Inhalt, das Produkt. Dieses belastet die Fügestelle zusätzlich, wodurch eine schnelle Herstellung einer belastbaren Klebstoffverbindung erforderlich ist.An advantage of hot melt adhesive systems is that they produce an adhesive bond almost immediately after pressing the surfaces and the joint is no longer openable. The packaging can be loaded immediately after joining. The packaging usually has a content, the product, at the time of joining in packaging machines. This additionally loads the joint, as a result of which a rapid production of a reliable adhesive bond is required.
Das thermoplastische Material ist eine thermoplastische Komponente des Beschichtungsmaterials und kann ein Schmelzklebstoff sein. Ein Schmelzklebstoff umfasst thermoplastische Natur- oder Kunststoffe, Harz, Wachs oder andere Stoffe, die geeignet sind, nach der Wärmeaktivierung zwei Lagen miteinander zu verbinden.The thermoplastic material is a thermoplastic component of the coating material and may be a hot melt adhesive. A hot melt adhesive includes thermoplastic natural or plastic, resin, wax, or other materials capable of bonding two layers together after heat activation.
Ein Vorteil des Verfahrens ist es, dass die Materialauswahl weiter gewählt werden kann als im Vergleich mit einem klassischen Schmelzklebstoffauftragsverfahren. Es können z.B. Thermoplaste mit höheren Erweichungstemperaturen gewählt werden, da die Temperatur des Plasmastrahls einstellbar ist, insbesondere zwischen 100°C und 600°C. Die Gefahr, dass sich eine Verpackung ungewollt bei einer erhöhten Umgebungstemperatur öffnet, ist aufgrund einer höheren Erweichungstemperatur nicht mehr gegeben. Beim Auftreffen des Plasmastrahls auf die erste Lage des Packstoffsubstrats kann das Plasma eine Temperatur unter 200°C, insbesondere zwischen 80°C und 160°C haben, beispielsweise 140°C.An advantage of the method is that the material selection can be chosen further than in comparison with a conventional hot melt adhesive application method. It can e.g. Thermoplastics are selected with higher softening temperatures, since the temperature of the plasma jet is adjustable, in particular between 100 ° C and 600 ° C. The risk that a package unintentionally opens at an elevated ambient temperature is no longer due to a higher softening temperature. When the plasma jet impinges on the first layer of the packaging material substrate, the plasma may have a temperature below 200 ° C., in particular between 80 ° C. and 160 ° C., for example 140 ° C.
Es können unterschiedliche Thermoplaste eingesetzt werden. Aufgrund der hohen Bandbreite an Materialien für thermoplastische Stoffe können Stoffe gewählt werden, die weniger zur Migration und/oder Geruchsbildung beitragen als in herkömmlichen Verfahren. Migration von Bestandteilen aus dem Schmelzklebstoff oder eine Geruchsbildung können daher vermieden werden. Dies ist beispielsweise in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie wünschenswert.Different thermoplastics can be used. Due to the high range of materials for thermoplastics, it is possible to choose materials that contribute less to migration and / or odor formation than in conventional processes. Migration of components from the hot melt adhesive or odor formation can therefore be avoided. This is desirable, for example, in the food and pharmaceutical industries.
Ein Vorteil besteht darin, dass ein Verfahren bereitgestellt wird, das den Schmelzklebstoff bedarfsgerecht zum Zeitpunkt des Auftragens schmilzt, d.h. ein Melt-on-demand-Verfahren. Hierbei findet keine dauerhafte Erhitzung des Schmelzklebstoffs statt. Die Gefahr des Verbrennens bzw. der Verkokung des Klebstoffs ist damit nicht gegeben. Der zugeführte Klebstoff, d.h. das zugeführte thermoplastische Material, muss nicht vollständig geschmolzen werden. Wird das thermoplastische Material nicht vollständig durchgeschmolzen, kann dies den Vorteil haben, dass das aufgeschmolzene Material eine gewisse Höhe beibehält und nicht vollständig auf dem Substrat spreitet. Ein höherer Klebstoffauftrag ermöglicht eine bessere Überbrückung der Fügespalte. Oberflächenunebenheiten des Substrats werden damit eher ausgeglichen. Daher muss auch weniger Energie eingesetzt werden, als wenn der Klebstoff durchgeschmolzen würde. Ein Durchschmelzen würde hierbei eine erhöhte Plasmatemperatur benötigen, was ein Verbrennen des Klebstoffs und/oder des wärmeempfindlichen Packstoffsubstrats, insbesondere Papiersubstrats oder Kartonsubstrats nach sich ziehen kann.One advantage is that a process is provided which melts the hot melt adhesive as needed at the time of application, i. a melt-on-demand process. There is no permanent heating of the hot melt adhesive. The risk of burning or coking of the adhesive is thus not given. The supplied adhesive, i. the supplied thermoplastic material does not have to be completely melted. Failure to completely melt through the thermoplastic material may have the advantage that the molten material maintains a certain height and does not spread completely on the substrate. A higher adhesive application allows a better bridging of the joint gap. Asperities of the substrate are more balanced. Therefore, less energy must be used than if the adhesive were melted through. Melting would in this case require an increased plasma temperature, which may entail a burning of the adhesive and / or the heat-sensitive packaging material substrate, in particular paper substrate or cardboard substrate.
Das Zuführen des Beschichtungsmittels kann durch eine Druckluftförderung oder eine Saugförderung erfolgen. Das thermoplastische Material kann als Puder, Granulat oder in anderer Partikelform als Feststoff transportiert werden.The feeding of the coating agent can be done by a compressed air supply or a suction conveyor. The thermoplastic material can be transported as a powder, granules or other particulate form as a solid.
Durch die große Anzahl von möglichen Komponenten, die als Klebstoff, d.h. als thermoplastisches Material appliziert werden können, ist ein Betreiber nicht zwangsläufig an einen Klebstoffhersteller gebunden, sondern kann aus einer breiten Bandbreite von Stoffen auswählen und diese auf dem freien Markt nach Kosten- und Qualitätsmaßstäben wählen. Es kann somit jedes thermoplastische Material im Sinne der Erfindung eingesetzt werden, das nach dem Schmelzen oder Anschmelzen eine klebrige Oberfläche aufweist oder nach dem Auftrag auf das Substrat eine solche ausbildet. Der Begriff Schmelzklebstoff umfasst im weiteren Sinne auch solche Stoffe mit den genannten Eigenschaften.Due to the large number of possible components used as an adhesive, i. can be applied as a thermoplastic material, an operator is not necessarily bound to an adhesive manufacturer, but can choose from a wide range of substances and select them on the open market according to cost and quality standards. It can thus be used in the context of the invention, any thermoplastic material which has a sticky surface after melting or melting or after the application to the substrate forms one. The term hot-melt adhesive also broadly encompasses those substances having the stated properties.
Das Plasma in der Düse kann durch die erste Elektrode und die zweite Elektrode erzeugt werden, insbesondere durch einen Lichtbogen zwischen den zwei Elektroden. Die Fluidzufuhr in der Düse kann ein Fluid zuführen, das aus einer Düsenöffnung herausströmt und das Plasma mitträgt. Insbesondere kann die Fluidzufuhr das Zuführen eines Gases umfassen, das das Plasma aus der Düse auslenkt. Das ausgelenkte Plasma kann dann Kontakt mit der ersten Lage des Substrats haben.The plasma in the nozzle can be generated by the first electrode and the second electrode, in particular by an arc between the two electrodes. The fluid supply in the nozzle can supply a fluid which flows out of a nozzle opening and carries the plasma. In particular, the fluid supply may include the supply of a gas which deflects the plasma from the nozzle. The deflected plasma may then be in contact with the first layer of the substrate.
In einer Ausgestaltung umfasst das Erweichen das thermoplastischen Material ein Schmelzen des thermoplastischen Materials.In one embodiment, softening the thermoplastic material includes melting the thermoplastic material.
Geschmolzenes thermoplastisches Material ist flüssig und kann sich an Unebenheiten der Oberfläche des Substrats anpassen. Das geschmolzene thermoplastische Material kann durchgeschmolzen sein, sodass es vollständig flüssig ist. Das Schmelzen kann auch ein Verdicken des Beschichtungsmittels umfassen.Molten thermoplastic material is liquid and can conform to unevenness in the surface of the substrate. The molten thermoplastic material may be melted so that it is completely liquid. Melting may also include thickening of the coating agent.
In einer Ausgestaltung umfasst das Packstoffsubstrat Papier oder Karton.In one embodiment, the packaging material substrate comprises paper or cardboard.
Die Verwendung von Papier oder Karton ermöglicht das Herstellen von günstigen und leichten Verpackungen.The use of paper or cardboard enables the production of cheap and lightweight packaging.
In einer Ausgestaltung umfasst das Auslenken des Plasmas ein Bündeln des Plasmas. Hierbei ist die Düse dazu eingerichtet, das Plasma zu bündeln, um einen gebündelten Plasmastrahl auf die erste Lage des Substrats zu lenken.In one embodiment, the deflection of the plasma comprises bundling the plasma. Here, the nozzle is adapted to focus the plasma to direct a collimated plasma jet at the first layer of the substrate.
Die Düse kann so ausgeformt sein, dass der Plasmaausstoß einen eng begrenzten Strahl bildet, so dass ein Muster abgefahren werden kann. Die Düse kann hierbei beispielsweise eine Austrittsöffnung von ca. 0,4 mm bis 1 mm aufweisen. Durch die Düse kann das Plasma gebündelt ausgelenkt werden. Mit dem gebündelten ausgelenkten Plasma wird das thermoplastische Material gebündelt ausgelenkt und so die Klebeschicht auf einer begrenzten Fläche auf dem Packstoffsubstrat aufgebracht.The nozzle may be shaped so that the plasma output forms a narrow beam so that a pattern can be traced. The nozzle may in this case, for example, have an outlet opening of about 0.4 mm to 1 mm. Through the nozzle, the plasma can be bundled deflected. With the bundled deflected plasma, the thermoplastic material is deflected bundled and so applied the adhesive layer on a limited area on the packaging material substrate.
In einer Ausgestaltung wird zusätzlich der folgende Schritt vor dem Aufbringen der zweiten Lage des Substrats ausgeführt:
- - Abfahren eines vorbestimmten Musters, während das Beschichtungsmittel dem Plasma zugeführt wird, um das thermoplastische Material gemäß dem vorbestimmten Muster auf der ersten Lage des Substrats aufzubringen.
- Traversing a predetermined pattern as the coating agent is supplied to the plasma to apply the thermoplastic material according to the predetermined pattern on the first layer of the substrate.
Das Aufbringen des Beschichtungsmittels auf ein Muster spart Beschichtungsmittel im Vergleich zu einer flächigen Aufbringung.The application of the coating agent on a pattern saves coating agent compared to a surface application.
In einer Ausgestaltung wird zusätzlich der folgende Schritt durchgeführt:
- - Abfahren des Musters während das Plasma aus der Düse gelenkt wird und bevor das Beschichtungsmittel dem Plasma zugeführt wird, um die Oberfläche der ersten Lage des Substrates vorzubehandeln.
- - Shutting down the pattern while the plasma is directed out of the nozzle and before the coating agent is supplied to the plasma to pretreat the surface of the first layer of the substrate.
Das Plasma trifft auf die erste Lage des Substrats. Hierdurch wird die Oberfläche des Substrats aktiviert. Dies kann die Oberflächenenergie des Substrats erhöhen. Die Haftung der Klebstoffschichten wird höher, was eine Materialeigenschaft mancher Klebstoffe ausgleichen kann, die eine gewisse Oberflächenhaftung aufweisen. So können stark haftende Klebeverbindungen hergestellt werden, die sich nur noch zerstörend wieder lösen lassen. Manipulationen an Verpackungen werden erschwert oder sogar unmöglich gemacht.The plasma strikes the first layer of the substrate. As a result, the surface of the substrate is activated. This can increase the surface energy of the substrate. The adhesion of the adhesive layers is higher, which can compensate for a material property of some adhesives that have a certain surface adhesion. So strong adhesive bonds can be made, which can be solved only destructively again. Manipulation of packaging is made difficult or even impossible.
In einer Ausgestaltung wird zusätzlich der folgende Schritt vor den Schritten des Abfahrens durchgeführt:In one embodiment, the following step is additionally performed before the steps of the shutdown:
- Festlegen des Musters durch eine Mustersteuerung.- Specifying the pattern by a pattern control.
Das abgefahrene Muster kann durch eine Steuerung festgelegt werden, insbesondere eine Mustersteuerung. Die Mustersteuerung kann hierbei Teil der Verpackungsmaschine sein, in der die Düse angeordnet ist. Die Mustersteuerung kann auch ein externes Bauteil sein. Die Mustersteuerung kann auch mechanisch oder in Softwareausgestaltung erfolgen. Beispielsweise kann die Düse durch eine Mechanik bewegt werden. Die Mustersteuerung kann ein Eingabe-Ausgabe-Interface aufweisen, über das Parameter oder Betriebsdaten eingegeben werden können. Ebenso können diese Werte über eine separate Steuerung vorgegeben werden, die beispielsweise nicht nur die Düsenparameter sondern auch die gesamte Verpackungsmaschine steuert. So kann das programmierte, bzw. eingegebene Klebstoffmuster abgearbeitet werden. Hierbei kann die Applikationsvorrichtung so gesteuert werden, dass diese das Klebstoffmuster auf das Substrat an dem Ort und in der Menge, wie das Muster dies vorgibt, aufträgt.The worn pattern can be determined by a controller, in particular a pattern controller. The pattern control may in this case be part of the packaging machine in which the nozzle is arranged. The pattern control can also be an external component. Pattern control can also be done mechanically or in software design. For example, the nozzle can be moved by a mechanism. The pattern controller may include an input-output interface through which parameters or operational data may be entered. Likewise, these values can be specified via a separate control, for example, not only the nozzle parameters but also controls the entire packaging machine. This allows the programmed or entered adhesive pattern to be processed. Here, the application device may be controlled to apply the adhesive pattern to the substrate at the location and in the amount as the pattern dictates.
Die Mustersteuerung kann ein Startsignal empfangen, das dazu dient die Arbeitsvorgänge zu synchronisieren. Beginnend von Startsignal berechnet eine Streckensteuerung den Ort des Klebstoffauftrags unter Berücksichtigung von Geschwindigkeitssignalen. Diese Geschwindigkeitssignale können von einem Drehwinkelgeber bzw. Encoder stammen, der an einem proportional zur Maschinengeschwindigkeit bewegten Teil der Verpackungsmaschine befestigt ist. Das Startsignal kann von einem Sensor, wie z.B. einem Lichtreflextaster, stammen, der die Vorderkante des Substrates erfasst. Alternativ kann das Startsignal auch aus der Steuerung der Verpackungsmaschine oder von einem Sensor, wie z.B. einem Druckmarkensensor, stammen, der ein Merkmal des Substrates erfasst.The pattern controller may receive a start signal that serves to synchronize the operations. Starting from the start signal, a track controller calculates the location of the adhesive application, taking speed signals into account. These speed signals can come from a rotary encoder which is attached to a part of the packaging machine which is moving in proportion to the machine speed. The start signal may be from a sensor, e.g. a light reflex sensor, which detects the leading edge of the substrate. Alternatively, the start signal may also be taken from the control of the packaging machine or from a sensor, such as a printer. a print mark sensor, which detects a feature of the substrate.
Das Flüssigkeitsdosiermuster steht für eine Reihe von Abgabezyklen, die ein Muster von klebrigen Materialspuren auf dem Substrat erzeugen. Die Muster können eine Abfolge von Punkten und/oder Raupen sein. Das Muster wird oft durch numerische Größen oder Werte präsentiert, die sich in einem Musterspeicher befinden. Das Muster umfasst zudem Distanzwerte von einem Merkmal des Substrats, wie z.B. die Vorderkante des Substrates.The liquid metering pattern represents a series of dispensing cycles that produce a pattern of sticky traces of material on the substrate. The patterns may be a sequence of dots and / or beads. The pattern is often presented by numeric values or values that are in a pattern memory. The pattern also includes distance values from a feature of the substrate, e.g. the leading edge of the substrate.
Die Mustersteuerung kann die Zufuhr der Trägerflüssigkeit oder des Klebstoff-Feststoffs oder der Suspension oder Dispersion in die Applikationsvorrichtung steuern. Dabei wird die Zufuhr getaktet. Der Plasmastrahl kann hierbei kontinuierlich erzeugt werden. Der Auftrag des klebrigen Stoffes wird dann nur über das Zu- bzw. Abschalten der Zufuhr gesteuert. Alternativ kann auch der Plasmastrahl zusätzlich oder alternativ getaktet werden. Der Plasmastrahl kann zeitlich vor der Zufuhr des Klebstoff-Feststoffs oder der Suspension oder Dispersion durch die Steuerung aktiviert wird.The pattern controller may control the delivery of the carrier liquid or the adhesive solid or the suspension or dispersion into the application device. The supply is clocked. The plasma jet can be generated continuously here. The application of the sticky substance is then controlled only by switching on or off the supply. Alternatively, the plasma jet can additionally or alternatively be clocked. The plasma jet may be activated in time prior to the delivery of the adhesive solid or suspension or dispersion by the controller.
Die Systemsteuerung kann die Zuführung des Klebstoff-Feststoffs oder Suspension oder Dispersion gemäß der Produktgeschwindigkeit anpassen. Mit steigender Produktionsgeschwindigkeit kann mehr Stoff oder Suspension oder Dispersion der Applikationsvorrichtung zugeführt werden, mit sinkender Produktionsgeschwindigkeit weniger. Hierbei kann die aufgetragene Menge pro Flächeneinheit des Substrates in engen Grenzen gleich gehalten werden.The system controller may adjust the delivery of the adhesive solid or suspension or dispersion according to the product speed. With increasing production speed more substance or suspension or dispersion of the application device can be supplied with less production speed. Here, the applied amount per unit area of the substrate can be kept within narrow limits.
Die Systemsteuerung kann die Plasmatemperatur der zugeführten Menge des Klebstoff-Feststoffs oder der Suspension oder Dispersion anpassen. Die Plasma-Temperatur kann alternativ oder zusätzlich abhängig von der Produktionsgeschwindigkeit angepasst werden, da mit steigender Produktionsgeschwindigkeit die zeitliche thermische Belastung des Substrates pro Flächeneinheit steigt und umgekehrt. Ein Verbrennen der Substratoberfläche wird so vermieden und gleichzeitig wird ein optimales Schmelzen oder Anschmelzen des klebrigen Stoffes, insbesondere des thermoplastischen Materials, erzielt. Die Plasmatemperatur kann u.a. durch die Ansteuerfrequenz (Pulsfolge) der elektrischen Anregung der Plasmaerzeugung gesteuert werden.The system controller may adjust the plasma temperature of the amount of adhesive solid or suspension or dispersion supplied. The plasma temperature can alternatively or additionally be adjusted depending on the production speed, since the temporal thermal load of the substrate per unit area increases with increasing production speed and vice versa. A burning of the substrate surface is thus avoided and at the same time an optimal melting or melting of the sticky substance, in particular of the thermoplastic material is achieved. The plasma temperature can i.a. be controlled by the driving frequency (pulse train) of the electrical excitation of the plasma generation.
Als plasmafähiges Medium, dass der Applikationsvorrichtung zugeführt wird, kann ein Gas, eine Mischung verschiedener Gase, eine Flüssigkeit, eine Mischung verschiedener Flüssigkeiten oder auch eine Mischung eines oder mehrerer Gase(s) mit einer oder mehreren Flüssigkeit(en) verwendet werden. Die verwendeten Gase und/oder Flüssigkeiten können gezielt auf die jeweilige Anwendung, z.B. den zugeführten Stoff, abgestellt werden und optimal auf die Klebeaufgabe abgestimmt werden. Das in die Applikationsvorrichtung zugeführte Medium kann temperiert werden. Dies kann zum Beispiel mit einer Widerstandsheizung geschehen. Diese kann auch durch die Steuerung an die Produktionsbedingungen alternativ oder zusätzlich zur Plasmatemperatursteuerung angepasst werden.As a plasma-capable medium that is supplied to the application device, a gas, a mixture of different gases, a liquid, a mixture of different liquids or even a mixture of one or more gases (s) with one or more liquid (s) can be used. The gases and / or liquids used can be targeted to the particular application, e.g. the supplied material, be turned off and be optimally adapted to the adhesive task. The medium supplied to the application device can be tempered. This can be done, for example, with a resistance heater. This can also be adapted by the control to the production conditions alternatively or in addition to the plasma temperature control.
Die Temperatur des Plasmastrahls kann in einem Temperaturbereich zwischen 100 und 600°C zum Zeitpunkt der Entstehung liegen. Die Temperatur auf dem Substrat kann, um eine thermische Beschädigung des Substrats zu vermeiden, geringer sein. Der Plasmastrahl muss nicht zwingend mit seiner Spitze auf das Substrat auftreffen. Das Plasma kann auch einzig dazu dienen das thermoplastische Material zu schmelzen oder anzuschmelzen. Vorteilhafterweise trifft der Plasmastrahl mit seiner Spitze das Substrat, um gleichzeitig einen Vorbehandlungseffekt zu erzielen. Durch die Temperaturregelung kann sichergestellt werden, dass die zu behandelnden Oberflächen durch den Plasmastrahl nicht überhitzt und die Substratoberfläche nicht zerstört wird. Hierbei hilft die Abkühlung, die das Einbringen des Klebstoff-Feststoffs bzw. der Suspension oder Dispersion mit sich bringen. Zudem sinkt mit steigender Produktionsgeschwindigkeit die thermische Belastung pro Zeiteinheit, sodass bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten höhere Plasma-Temperaturen gewählt werden können. Die Steuerung kann Kennlinien oder andere Kennwerte aufweisen, die die Zusammenhänge der Produktionsbedingungen und der Betriebsdaten der Applikationsvorrichtung, wie zum Beispiel die Plasmatemperatur, beschreiben. Die Kenndaten können auch die Daten des zugeführten Klebstoff-Feststoffes bzw. der Suspension oder Dispersion, wie z.B. Schmelz- und/oder Erweichungstemperatur oder Verdampfungsparameter der Suspension- oder Dispersions-Trägerflüssigkeit umfassen.The temperature of the plasma jet may be in a temperature range between 100 and 600 ° C at the time of formation. The temperature on the substrate may be lower to avoid thermal damage to the substrate. The plasma jet does not necessarily have to hit the substrate with its tip. The plasma can also serve only to melt or melt the thermoplastic material. Advantageously, the plasma jet hits the substrate with its tip in order to simultaneously achieve a pretreatment effect. The temperature control can ensure that the surfaces to be treated are not overheated by the plasma jet and that the substrate surface is not destroyed. This helps the cooling that bring the introduction of the adhesive solid or the suspension or dispersion with it. In addition, the thermal load per unit of time decreases with increasing production speed, so that higher plasma temperatures can be selected at high production speeds. The controller may have characteristics or other characteristics that describe the relationships between the production conditions and the operating data of the application device, such as the plasma temperature. The characteristics can also be the data of the supplied adhesive solid or the suspension or dispersion, such as melting and / or Softening temperature or evaporation parameters of the suspension or dispersion carrier liquid.
Die Temperatur des Plasmastrahls kann durch die Veränderung der elektrischen Ansteuerparameter der Erzeugung des Plasmastrahls und/oder durch eine Taktung bzw. Frequenzanpassung des Plasmastrahls erfolgen. Die Temperaturregelung kann auch zusätzlich oder alleinig dadurch erfolgen, indem das Transportfluid (Gas und / oder Flüssigkeit) durch Kühlmittel auf unterschiedliche Temperaturniveaus gebracht wird. Hierbei können alle industrieüblichen Temperiervorrichtungen bzw. Temperierverfahren eingesetzt werden.The temperature of the plasma jet can be effected by changing the electrical control parameters of the generation of the plasma jet and / or by a timing or frequency adaptation of the plasma jet. The temperature control can also be done additionally or solely by the transport fluid (gas and / or liquid) is brought by coolant to different temperature levels. In this case, all customary tempering devices or temperature control can be used.
In einer Ausgestaltung erfolgt das Abfahren des Musters durch eine Bewegung der Düse und/oder eine Bewegung der ersten Lage des Substrates.In one embodiment, the pattern is traversed by a movement of the nozzle and / or a movement of the first layer of the substrate.
Zum Abfahren des Musters kann die Düse oder das Substrat bewegt werden. Ebenso können beide Komponenten gegeneinander bewegt werden, was geringere Bewegungen jeder einzelnen Komponente ermöglicht, um die gleich große Strecke zu beschichten.To shut off the pattern, the nozzle or the substrate can be moved. Likewise, both components can be moved against each other, which allows less movement of each component to coat the same distance.
In einer Ausgestaltung basieren das Zuführen des Beschichtungsmittels und/oder das Zuführen des Fluides auf der Geschwindigkeit der Bewegung.In one embodiment, the feeding of the coating agent and / or the supply of the fluid are based on the speed of the movement.
Der Auftrag des Beschichtungsmittels mit dem thermoplastischen Material hängt von der Bewegungsgeschwindigkeit ab. Um das Beschichtungsmittel gleichmäßig aufzutragen, kann das Zuführen des Beschichtungsmittels und/oder des Fluids variiert werden. Das Zuführen des Fluids kann hierbei die Austrittsgeschwindigkeit des Plasmas beeinflussen, so dass der Austritt mit einer höheren Geschwindigkeit erfolgt.The application of the coating agent with the thermoplastic material depends on the speed of movement. In order to uniformly apply the coating agent, the supply of the coating agent and / or the fluid can be varied. In this case, the supply of the fluid can influence the exit velocity of the plasma, so that the exit takes place at a higher speed.
In einer Ausgestaltung umfasst das Erzeugen des Plasmas das Erzeugen von Plasma einer vorbestimmten Temperatur, wobei die vorbestimmte Temperatur von der Geschwindigkeit der Bewegung abhängig ist.In one embodiment, generating the plasma includes generating plasma at a predetermined temperature, wherein the predetermined temperature is dependent on the velocity of the movement.
Die Temperatur des Plasmas kann durch eine Plasmasteuerung geregelt werden. Die Plasmasteuerung kann Teil der Verpackungsmaschine sein. Die Plasmasteuerung kann auch extern erfolgen. Die vorbestimmte Temperatur kann so gewählt werden, dass das Material des Packstoffsubstrats nicht verbrannt wird. Ebenso kann die Temperatur so gewählt werden, dass das Beschichtungsmittel, insbesondere das thermoplastische Material, nicht verkokt wird. Bei höheren Geschwindigkeiten der Düse oder des Substrats kann eine höhere Temperatur gewählt werden, da der Kontakt kürzer ist und somit eine Brandgefahr reduziert wird.The temperature of the plasma can be controlled by a plasma control. The plasma control may be part of the packaging machine. The plasma control can also be done externally. The predetermined temperature may be selected so that the material of the packaging material substrate is not burned. Likewise, the temperature can be selected so that the coating composition, in particular the thermoplastic material, is not coked. At higher nozzle or substrate speeds, a higher temperature can be selected because the contact is shorter, thus reducing the risk of fire.
In einer Ausgestaltung ist das Beschichtungsmittel in eine Trägerflüssigkeit eingebracht, insbesondere eine Suspension oder eine Dispersion oder in der Flüssigkeit gelöst.In one embodiment, the coating composition is introduced into a carrier liquid, in particular a suspension or a dispersion or dissolved in the liquid.
Feststoffe lassen sich einfach lagern. Eine Suspension oder eine Dispersion lassen sich einfach fördern. Auch in der Flüssigkeit gelöst lässt sich das Beschichtungsmittel einfach fördern. Die Trägerflüssigkeit kann Wasser sein. Sie kann mittels einer Pumpeneinrichtung zu der Applikationsvorrichtung, d.h. der Düse, transportiert werden. Hierbei kann die Trägerflüssigkeit in dem Plasma verdampfen.Solids are easy to store. A suspension or a dispersion can be easily conveyed. Even when dissolved in the liquid, the coating agent can be easily conveyed. The carrier liquid can be water. It may be delivered to the application device by means of a pumping device, i. the nozzle to be transported. In this case, the carrier liquid can evaporate in the plasma.
In einer Ausgestaltung ist das thermoplastische Material einstoffig. Ein einstoffiges Material ist gut zu lagern, was kosten sparen kann.In one embodiment, the thermoplastic material is einstoffig. A one-material material is easy to store, which can save costs.
In einer Ausgestaltung umfasst der Schritt des Zuführens eine Taktung.In one embodiment, the step of supplying comprises a clocking.
Wird die Zufuhr von Beschichtungsmittel getaktet, d.h. weist die Zufuhr des Beschichtungsmittels Unterbrechungen auf, so können einzelne Stellen auf der ersten Lage des Packstoffsubstrats beschichtet werden. Hierfür kann ein Ventil gesteuert werden, das die Zufuhr des Beschichtungsmittels regelt. Die Zufuhr kann hierbei regelmäßig oder unregelmäßig unterbrochen werden.When the supply of coating agent is clocked, i. if the supply of the coating agent has interruptions, individual points on the first layer of the packaging material substrate can be coated. For this purpose, a valve can be controlled, which regulates the supply of the coating agent. The supply can be interrupted regularly or irregularly.
In einer Ausgestaltung umfasst der Schritt des Erzeugens des Plasmas eine Taktung.In one embodiment, the step of generating the plasma comprises a clocking.
Die Taktung kann beispielsweise durch eine Steuerung des Plasmas, insbesondere der Erzeugung des Plasmas und so auch des Plasmaaustritts erfolgen. Hierdurch können Muster mit Unterbrechungen abgefahren werden. Die Erzeugung kann hierbei regelmäßig oder unregelmäßig unterbrochen werden.The timing can be done for example by controlling the plasma, in particular the generation of the plasma and so also the plasma exit. This allows patterns to be traversed intermittently. The generation can be interrupted regularly or irregularly.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Verpackungsmaschine. Die Verpackungsmaschine umfasst eine Düse mit einer Fluidzufuhr und einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode zum Erzeugen eines Plasmas innerhalb der Düse. Die Verpackungsmaschine ist dazu eingerichtet, ein Verfahren der oben beschriebenen Art auszuführen.According to a second aspect, the invention relates to a packaging machine. The packaging machine comprises a nozzle having a fluid supply and a first electrode and a second electrode for generating a plasma within the nozzle. The packaging machine is adapted to carry out a method of the type described above.
Figurenlistelist of figures
Weitere Ausführungsbeispiele werden bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Packstoffanordnung gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung; -
2 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einer Düse gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung; -
3 eine weitere schematische Darstellung einer Anordnung mit einer Düse gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; -
4 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einer Düse gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; und -
5 ein schematisches Flussdiagramm für ein Verfahren gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung.
-
1 a schematic representation of a packaging material arrangement according to an embodiment of the invention; -
2 a schematic representation of an arrangement with a nozzle according to an embodiment of the invention; -
3 a further schematic representation of an arrangement with a nozzle according to another embodiment; -
4 a schematic representation of an arrangement with a nozzle according to another embodiment; and -
5 a schematic flowchart for a method according to an embodiment of the invention.
Die Aspekte und Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen sich im Allgemeinen auf gleiche Elemente beziehen.Aspects and embodiments will be described with reference to the drawings, wherein like reference numerals generally refer to like elements.
Auf die erste Lage des Packstoffsubstrats ist ein Beschichtungsmittel
Auf das Beschichtungsmittel
Das Beschichtungsmittel
Die Düse
Die Düse
In
Die Düse
Der Zuführkanal
Das Beschichtungsmittel
Das Beschichtungsmittel
Die Erzeugung des Plasmas
Im Gegensatz zum vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel zu
Die Düse
Das Beschichtungsmittel
In Schritt
In Schritt
Das ausgelenkte Plasma
Im Schritt
In Schritt
Durchschmelzen umfasst hierbei vollständiges Verflüssigen des thermoplastischen Materials in dem Beschichtungsmittel
In Schritt
In Schritt
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 2054785 B1 [0004]EP 2054785 B1 [0004]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Norm EN 415-1:2014 [0011]Standard EN 415-1: 2014 [0011]
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