DE10122076A1

DE10122076A1 - Verfahren und Anordnung zur Herstellung eines geklebten Verbundes aus saugfähigen Materialien

Info

Publication number: DE10122076A1
Application number: DE10122076A
Authority: DE
Inventors: Rainer Gaus; Kai K O Baer; Rolf Wirth; Georg Fleck
Original assignee: Advanced Photonics Technologies AG
Current assignee: Advanced Photonics Technologies AG
Priority date: 2001-05-07
Filing date: 2001-05-07
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2021-05-08
Also published as: DE10122076B4

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Verbundes mit mindestens einem saugfähigen Material durch Miteinander-Verkleben von Materialbahnen oder Flächen mindestens eines Materialzuschnittes oder durch Aufkaschieren einer Materialbahn bzw. eines Materialzuschnittes auf einen Körper mit mindestens einer Klebstoffspur, wobei mindestens ein Abschnitt mindestens einer Materialbahn bzw. eines Materialzuschnittes oder Körpers, der ein hochgradig saugfähiges Material aufweist, zur Trocknung kurzzeitig mit elektromagnetischer Strahlung mit hoher Leistungsdichte und/oder einem wesentlichen Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot, insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 mum und 1,5 mum, beaufschlagt wird und danach, insbesondere unmittelbar anschließend im erwärmten Zustand, mit dem Klebstoff in Kontakt gebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Anordnung zur Herstellung eines geklebten Verbundes aus saugfähigen Materia lien nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 13.

Verbundprodukte, bei denen wenigstens eine Komponente ein saug fähiges Material ist und bei denen die Komponenten durch einen Kleber miteinander verbunden sind, werden auf zahlreichen Ge bieten des täglichen Lebens und der Technik in großem Umfang angewendet. Beispiele für solche Verbundprodukte sind verschie denartige Ausführungen von Schwebstofffiltern aus flächigem, porigem Filtermaterial, Wellpappen und verschiedenartigste Ver packungen aus solchen, mit Kunststoffschäumen kaschierte Texti lien oder andere Flächenprodukte, folienkaschierte Hart- Schaumstoffe etc..

Die Herstellung kaschierter Flächenprodukte erfolgt nach eta blierten Verfahrensabläufen und auf bewährten Anlagen zumeist aus quasi-endlosen Materialbahnen, auf die in einem sogenannten Leimwerk Klebstoffspuren aufgetragen werden und die anschlie ßend zur Verklebung gegeneinander gepreßt werden. Solche Anla gen arbeiten mit hohen Fördergeschwindigkeiten von über 50 m/s und somit hochproduktiv.

Eine Schwachstelle des Prozesses ist jedoch die relativ große Trockendauer der eingesetzten Stärke- oder Dispersionskleber, die eine längere Lagerung der hergestellten Verbunde vor der Ingebrauchnahme erfordert. In der Praxis sind bei manchen Pro dukten (z. B. Papiertüten) Lagerzeiten bis zu mehreren Monaten üblich, um eine ausreichende Trocknung des Verbundes zu errei chen. Es versteht sich, daß bei hohem Produktionsausstoß hier für große Lagerflächen und eine relativ aufwendige Logistik be nötigt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe der Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens bzw. einer verbesserten Anordnung der gattungsgemäßen Art zugrunde, die die Herstellung von wesent lich schneller nach der Verklebung einsetzbaren Verbunden mit wenigstens einer stark saugenden Komponente und somit eine we sentliche Senkung der Lager- und Logistikkosten beim Hersteller ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gemäß ihrem Verfahrensaspekt durch ein Ver fahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. gemäß ihrem Vor richtungsaspekt durch eine Anordnung mit den Merkmalen des An spruchs 10 gelöst.

Die Erfindung schließt den wesentlichen Gedanken ein, den Kleb stoff in dem geklebten Verbund einer wesentlich beschleunigten Trocknung zu unterziehen, dabei jedoch gleichzeitig die erfor derliche Haftung des Klebers an den saugenden Oberflächen, die ein gewisses Eindringen des Klebstoffs in das Material voraus setzt, zu gewährleisten. Sie schließt weiter den Gedanken ein, zur beschleunigten Trocknung des Klebers eine Bestrahlung des Materials mit elektromagnetischer Strahlung im Bereich des na hen Infrarot (NIR-Strahlung) vorzusehen. Diese Strahlung be wirkt wegen der in ihrem Spektrum liegenden Absorptionsbanden des Wassers in besonders wirksamer Weise eine Entfeuchtung des Materials mindestens an und nahe seiner Oberfläche und/oder ei nen Entzug von Wasser direkt aus der Klebstoffschicht.

Hierbei führt bereits der erstgenannte Effekt dazu, daß der Klebstoff auf der weitgehend entfeuchteten Materialbahn schnell trocknet, nachdem er gleichwohl in ausreichendem Maße in die oberflächennahe Schicht eindiffundiert ist. Die Erfindung sieht also weiter eine dem Klebstoffauftrag vorgelagerte Erwärmung des saugfähigen Materials bzw. mindestens eines zweier mitein ander zu verbindender saugfähiger Materialien mittels der NIR- Strahlung vor.

In einer entsprechenden Ausführung der erfindungsgemäßen Anord nung ist also eine Leimauftrageinrichtung (das Leimwerk) strom abwärts einer NIR-Bestrahlungseinrichtung angeordnet, und wei ter stromabwärts werden die Materialbahnen bzw. -zuschnitte miteinander über die Klebstoffschicht in Kontakt gebracht.

Nach den derzeit vorliegenden Erfahrungen wird die Bestrahlung bevorzugt mit einer Leistungsdichte von 150 kW/m² oder mehr, insbesondere 300 kW/m² oder mehr, ausgeführt. Eine solche Leis tungsdichte sichert eine ausreichende Vorwärmung/Entfeuchtung des Materials vor dem Leimauftrag bei den vielfach üblichen ho hen Fördergeschwindigkeiten mit einer Bestrahlungseinrichtung, die in eine an sich bekannte Kaschiermaschine von ihrem Raumbe darf her problemlos einfügbar ist.

Die Bestrahlungseinrichtung umfaßt mindestens einen bei einer Strahlertemperatur oberhalb von 2500 K, insbesondere oberhalb von 2900 K, betriebenen Emitter und insbesondere einen diesem zugeordneten Hauptreflektor zur Konzentrierung der NIR-Strah lung auf das zu erwärmende Material. Bevorzugt umfaßt sie eine Mehrzahl von, insbesondere langgestreckt röhrenförmigen, han delsüblichen Halogenlampen, die bei entsprechenden Strahlertem peraturen betrieben werden.

Diesen Halogenlampen ist in kostengünstiger Weise ein zusammen hängender (wenn auch gegebenenfalls aus mehreren Modulen aufge bauter) Reflektor zugeordnet, der für jede Halogenlampe einen teil-elliptischen, parabolischen oder im wesentlichen W-förmi gen Reflektorabschnitt aufweist. Zur Gewährleistung optimaler Rückstrahlungseigenschaften ohne nachteilige Verschiebung des Emitterspektrums sowie einer langen Lebensdauer sind der Hauptreflektor bzw. die Hauptreflektoren und/oder wahlweise zu sätzlich vorgesehene Gegenreflektoren zweckmäßigerweise ge kühlt, insbesondere wassergekühlt.

Mit einer solchen Bestrahlungseinrichtung kann in einer ersten Ausführung die gesamte Materialoberfläche erwärmt und somit ge trocknet werden. In einer hierzu alternativen Ausführung ist aber auch die selektive Erwärmung nur derjenigen Bereiche der Oberflächen möglich, auf die später Klebstoff aufgetragen wird. In einer entsprechenden Anlagenkonfiguration ist anstelle der für die erstgenannte Ausführung vorzusehenden Strahleranord nung, die sich über die gesamte Bahnbreite erstreckt, eine nur diese ausgewählten Oberflächenabschnitte beaufschlagende Strah leranordnung vorgesehen.

Bei der letztgenannten Ausführung können anstelle der erwähnten langgestreckten Halogenlampen gegebenenfalls auch einer oder mehrere Punktstrahler zum Einsatz kommen. Auch diesen ist dann zweckmäßigerweise jeweils ein Reflektor zur Konzentrierung der Strahlung auf die für den Klebstoffauftrag vorbestimmten Ab schnitte der Materialbahn zugeordnet.

Die Prozeßführung erfolgt zweckmäßigerweise unter Erfassung und Auswertung mindestens eines prozeßrelevanten physikalischen Pa rameters der Materialien, insbesondere der Oberflächentempera tur. Hierzu wird bevorzugt ein berührungslos arbeitender Tempe raturfühler, d. h. ein Pyrometerelement, eingesetzt. Dessen Erfassungsbereich ist innerhalb der Bestrahlungszone oder benach bart zu dieser - im letzteren Falle insbesondere stromabwärts - angeordnet.

Eine vorbestimmte Temperatureinstellung wird mittels einer Be strahlungssteuereinrichtung, die - insbesondere über eine Span nungssteuerung der Halogenlampen - die Leistungsdichte steuert, auch bei schwankendem Feuchtegehalt und ungleichmäßiger Einfär bung des Materials im wesentlichen konstant gehalten. Hierzu dient eine "von Hand" betriebene oder eine mit dem Temperatur fühler eingangsseitig verbundene und eine Regelstufe zur gere gelten Prozeßführung aufweisende Bestrahlungssteuereinrichtung.

Zur Erhöhung der Verfahrenseffizienz wird in der Bestrahlungs zone oder stromabwärts von dieser durch einen Trocknungs-Gas strom bevorzugt die infolge der Bestrahlung aus dem Material und gegebenenfalls dem Klebstoff abdampfende Feuchtigkeit be schleunigt abgeführt. Der Trocknungsgasstrom - am einfachsten ein Luftstrom - überstreicht dazu die Materialoberfläche bevor zugt annähernd parallel. Zur Erzeugung des Gasstromes dienen beispielsweise Druckluftdüsen oder ein oder mehrere Gebläse.

Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im üb rigen aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausfüh rungsbeispiele anhand der einzigen Figur. Diese zeigt eine schematische Längsschnittdarstellung eines Abschnittes einer Anordnung (Kaschiermaschine) zur Herstellung eines flächigen Verbundes mit einer NIR-Trocknungseinrichtung gemäß einer Aus führungsform der Erfindung.

Die Figur zeigt schematisch den für die Erläuterung der Erfin dung wesentlichen Abschnitt einer Kaschiermaschine 100. Die Er findung kann auf einer an sich bekannten Kaschiermaschine mit zwei Materialbahn-Abrollern, einem angetriebenem Leimwerk und einem angetriebenen Aufroller für den verklebten Verbund in einem Grundgestell realisiert werden, in der ausreichend freier Bauraum für die Einfügung einer NIR-Bestrahlungseinrichtung 101 zur Verfügung steht. Die NIR-Bestrahlungseinrichtung 101 ist an einer Traverse 103 über dem (in der Figur nicht dargestellten) Grundgestell derart gehaltert, daß ihre (durch eine Mehrzahl paralleler kurzer Pfeile symbolisierte) Strahlung auf die Ober fläche einer ersten Materialbahn 105 gerichtet ist.

In Förderrichtung der Bahn 105 stromabwärts der NIR-Bestrah lungseinrichtung 101 wird an zwei Stellen mittels jeweils eines pyrometrischen T-Meßfühlers 107a, 107b die Temperatur der Bahn 105 erfaßt. Die Meßergebnisse werden Meßsignaleingängen einer Bestrahlungssteuereinheit 109 zugeführt, welche die NIR-Be strahlungseinrichtung 101 zur Sicherung einer im wesentlichen konstanten Temperatur der die Bestrahlungszone verlassenden Bahn steuert. Die Bestrahlungssteuereinheit 109 weist eine Re gelstufe 109a zur Realisierung einer geregelten Prozeßführung auf.

Weiter stromabwärts der NIR-Bestrahlungseinrichtung 101 wird an einer mit dem mit L bezeichneten Pfeil gekennzeichneten Stelle über ein (nicht dargestelltes) Leimwerk eine Reihe von Kleb stoffspuren 111 auf die der NIR-Bestrahlungseinrichtung 101 ab gewandte Unterseite der Materialbahn 105 aufgebracht. Noch wei ter stromabwärts wird eine zweite Materialbahn 113 über die Klebstoffspur 111 auf die erste Materialbahn 105 aufkaschiert.

In einer im Labormaßstab erfolgreich eingesetzten Ausführung weist die Bestrahlungseinrichtung 101 einen unterhalb der Bahn angeordneten, gekühlten Gegenreflektor 115 und zwölf 16"-Halo gen-Glühfadenlampen 101a in einem wassergekühlten Hauptreflek tor 101b auf. Wie in der (schematischen) Teilschnittdarstellung der NIR-Bestrahlungseinrichtung 101 zu erkennen ist, hat der Hauptreflektor 101b eine Vielzahl von aneinandergereihten iden tischen Reflektorabschnitten mit annähernd W-förmigem Querschnitt, in deren Zentrum jeweils eine der Halogenlampen 101a sitzt. Die Bestrahlungseinrichtung 101 hat beispielsweise einen Abstand von 70 mm zur Oberfläche der Materialbahn 105, und bei einem Betrieb mit etwa 1/3 der maximal möglichen Leistungsdich te wurde bei Temperaturen der Bahn zwischen ca. 80 und 120°C sowohl gute Trocknungsergebnisse als auch eine gute Qualität der mit einem handelsüblichen Stärke- oder Dispersionskleber hergestellten Verklebung der beiden Bahnen 105, 113 erzielt.

Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Ab wandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen. Insbesondere sind neben quasi-endlosen Materialbahnen auch Zu schnitte mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu verarbeiten, und große Variationsmöglichkeiten bestehen auch hinsichtlich des konkreten Aufbaus, der Leistung und der Anordnung der Trocknungsstrecke (NIR-Bestrahlungseinrichtung) in einer Ka schierungs- bzw. Verklebungsstrecke.

Bezugszeichenliste

100

Kaschiermaschine

101

NIR-Bestrahlungseinrichtung

101

a Halogenlampe

101

b Hauptreflektor

103

Traverse

105

,

113

Materialbahn

107

a,

107

b pyrometrischer T-Meßfühler

109

Bestrahlungssteuereinheit

109

a Regelstufe

111

Klebstoffspur

115

Gegenreflektor
L Leimwerk-Position

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundes mit mindestens einem saugfähigen Material durch Miteinander-Verkleben von Materialbahnen oder Flächen mindestens eines Mate rialzuschnittes oder durch Aufkaschieren einer Material bahn bzw. eines Materialzuschnittes auf einen Körper mit mindestens einer Klebstoffspur, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Abschnitt mindestens einer Materialbahn bzw. eines Materialzuschnittes oder Körpers, der ein hochgradig saugfähiges Material aufweist, zur Trocknung kurzzeitig mit elektromagnetischer Strahlung mit hoher Leistungsdichte und/oder einem wesentlichen Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot, insbesondere im Wellen längenbereich zwischen 0,8 µm und 1,5 µm, beaufschlagt wird und danach, insbesondere unmittelbar anschließend im erwärmten Zustand, mit dem Klebstoff in Kontakt ge bracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung mit einer Leistungsdichte auf der Mate rialoberfläche von 150 kW/m² oder mehr, bevorzugt 300 kW/m² oder mehr, durchgeführt wird.

3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung eines Emitters mit einer Strahlertempera tur von 2500 K oder mehr, bevorzugt 2900 K oder mehr, eingesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebstoff ein Dispersions- oder Stärkekleber einge setzt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide miteinander zu verklebenden Abschnitte bestrahlt werden, wobei zumindest ein saugfähiger Abschnitt vorab bestrahlt und unmittelbar anschließend mit dem Klebstoff beschichtet wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während oder unmittelbar nach der Bestrahlung die Tempe ratur des zu beschichtenden Abschnittes, insbesondere berührungslos, gemessen und die Bestrahlung aufgrund des Meßergebnisses gesteuert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung zur Einstellung einer im wesentlichen konstanten, vorbestimmten Temperatur der Materialbahn bzw. der Materialzuschnitte oder Körper aufgrund des Er gebnisses der Temperaturmessung gesteuert wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen die gesamte Materialbahn oder der gesam te Materialzuschnitt oder die gesamte zu kaschierende Oberfläche des Körpers bestrahlt wird.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn oder der Materialzuschnitt bzw. die Ma terialzuschnitte während und/oder unmittelbar nach der Bestrahlung mit einem trockenen Gasstrom, insbesondere Luftstrom, zur Abführung von infolge der Bestrahlung entweichender Feuchtigkeit beaufschlagt werden.

10. Anordnung zur Herstellung eines Verbundes aus saugfähi gen Materialien durch Miteinander-Verkleben von Mate rialbahnen oder Flächen mindestens eines Materialzu schnittes oder durch Aufkaschieren einer Materialbahn bzw. eines Materialzuschnittes auf einen Körper, wobei - mindestens eine der Materialbahnen oder einer der Zu schnitte oder der Körper ein hochgradig saugfähiges Ma terial aufweist, mit mindestens einer Klebstoffspur, gekennzeichnet durch eine Bestrahlungseinrichtung, welche eine Strahlungs quelle und einen dieser zugeordneten Hauptreflektor auf weist, zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung mit hoher Leistungsdichte und/oder einem wesentlichen Wirk anteil im Bereich des nahen Infrarot, insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 µm und 1,5 µm und eine Leimauftrageinrichtung zum Auftrag des Klebstoffs auf die Materialbahn oder mindestens einen der Material zuschnitte und/oder den zu kaschierenden Körper.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungseinrichtung mindestens eine bei einer Strahlertemperatur oberhalb von 2500 K, insbesondere oberhalb von 2900 K, betriebene Halogenlampe umfaßt.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungseinrichtung eine Mehrzahl von Halogen lampen umfaßt, die insbesondere langgestreckt röhrenför mig ausgebildet und im wesentlichen parallel zueinander in unmittelbarer räumlicher Zuordnung zu einem Reflektor angeordnet sind.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor eine Mehrzahl von jeweils einer Halogen lampe zugeordneten Reflektorabschnitten mit im wesentli chen teil-elliptischen, parabolischen oder W-förmigen Querschnitt aufweist.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, gekennzeichnet durch einen Meßfühler für eine prozeßrelevante physikalische Größe der Materialbahn oder des Materialzuschnittes, insbesondere einen berührungslos arbeitenden Temperatur fühler, welcher derart angeordnet ist, daß er die Ober flächentemperatur des zu beschichtenden Abschnittes in oder benachbart zu einer durch die Bestrahlungseinrich tung gebildeten Bestrahlungszone mißt.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, gekennzeichnet durch eine Bestrahlungssteuereinrichtung zur Steuerung der Be strahlungseinrichtung, insbesondere zur Einstellung der Bestrahlungsleistung und/oder Bestrahlungsdauer.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, gekennzeichnet durch eine eine Mehrzahl von Transportwalzen umfassende För dereinrichtung zum Hindurchfördern der Materialbahn oder Materialzuschnitte und/oder Körper durch die Bestrah lungseinrichtung mit vorbestimmter Fördergeschwindig keit, insbesondere einer Geschwindigkeit von 25 m/s oder mehr, bevorzugt einer Geschwindigkeit von 50 m/s oder mehr.

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, gekennzeichnet durch eine Gasstromerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines, insbesondere im wesentlichen parallel zur Oberfläche des zu trocknenden Abschnitts orientierten, Trocknungs-Gas stromes.

18. Anordnung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Leimauftrageinrichtung, bezogen auf die Vorschub richtung der Fördereinrichtung, stromabwärts der Be strahlungseinrichtung angeordnet ist.