DE10122076B4 - Verfahren und Anordnung zur Herstellung eines geklebten Verbundes aus saugfähigen Materialien - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Verbundes mit mindestens einem saugfähigen Material durch Miteinander-Verkleben von Materialbahnen oder Flächen mindestens eines Materialzuschnittes oder durch Auf kaschieren 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 einer Leistungsdichte auf der Materialoberfläche von 150 kW/m² oder mehr, bevorzugt 300 kW/m² oder mehr und einem wesentlichen Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot, insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 μm und 1,5 μm, beaufschlagt wird und
– 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 Materialien gemäß Anspruch 1 bzw. nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
• Verbundprodukte, bei denen wenigstens eine Komponente ein saugfähiges Material ist und bei denen die Komponenten durch einen Kleber miteinander verbunden sind, werden auf zahlreichen Gebieten des täglichen Lebens und der Technik in großem Umfang angewendet. Beispiele für solche Verbundprodukte sind verschiedenartige Ausführungen von Schwebstofffiltern aus flächigem, porigem Filtermaterial, Wellpappen und verschiedenartigste Verpackungen aus solchen, mit Kunststoffschäumen kaschierte Textilien oder andere Flächenprodukte, folienkaschierte Hart-Schaumstoffe etc..
• Die Herstellung kaschierter Flächenprodukte erfolgt nach etablierten Verfahrensabläufen und auf bewährten Anlagen zumeist aus quasi-endlosen Materialbahnen, auf die in einem sogenannten Leimwerk Klebstoffspuren aufgetragen werden und die anschließend zur Verklebung gegeneinander gepresst werden. Solche Anlagen 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 Produkten (z. B. Papiertüten) Lagerzeiten bis zu mehreren Monaten üblich, um eine ausreichende Trocknung des Verbundes zu erreichen. Es versteht sich, dass bei hohem Produktionsausstoß hierfür große Lagerflächen und eine relativ aufwendige Logistik benötigt werden.
• Aus der EP 0 565 752 A1 ist ein Verfahren zum Beschichten von flächigem Trägermaterial bekannt, bei dem Träger- und Beschichtungsmaterial mit Hilfe langwelliger IR-Strahler vor dem Auftrag des Klebers mit einer geringen Eindringtiefe und damit vorzugsweise oberflächennah erwärmt werden. Das in dieser Druckschrift offenbarte Verfahren und eine hierfür vorgesehene Vorrichtung können zur Herstellung geklebter Verbunde angewendet werden, deren Bestandteile eine Holz- oder Kunststoffmaterialien vergleichbare Struktur aufweisen.
• Die EP 1 002 642 A1 lehrt eine Beschichtungsvorrichtung für flexible, insbesondere von einer Rolle abwickelbare Substrate, wobei wenigstens eines der Substrate als eine Schaumstoffschicht ausgeführt sein kann. Weiterhin wird ein Aufheizvorgang mittels IR-Strahlung aus einem Glühelement mit Leistungsdichten von 7–25 kW/m² zur thermischen Aktivierung der Klebstoffschicht und eines Beschichtungssubstrates bei einer Fördergeschwindigkeit von 100 m/min erwähnt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe der Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens bzw. einer verbesserten Anordnung der gattungsgemäßen Art zugrunde, die die Herstellung von wesentlich 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 Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. gemäß ihrem Vorrichtungsaspekt durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
• Die Erfindung schließt den wesentlichen Gedanken ein, den Klebstoff in dem geklebten Verbund einer wesentlich beschleunigten Trocknung zu unterziehen, dabei jedoch gleichzeitig die erforderliche Haftung des Klebers an den saugenden Oberflächen, die ein gewisses Eindringen des Klebstoffs in das Material voraussetzt, zu gewährleisten. Sie schließt weiter den Gedanken ein, zur beschleunigten Trocknung des Klebers eine Bestrahlung des Materials mit elektromagnetischer Strahlung im Bereich des nahen Infrarot (NIR-Strahlung) vorzusehen. Diese Strahlung bewirkt 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 einen 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 miteinander zu verbindender saugfähiger Materialien mittels der NIR-Strahlung vor.
• In einer entsprechenden Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung ist also eine Leimauftrageinrichtung (das Leimwerk) stromabwärts einer NIR-Bestrahlungseinrichtung angeordnet, und weiter stromabwärts werden die Materialbahnen bzw. -zuschnitte miteinander über die Klebstoffschicht in Kontakt gebracht.
• Erfindungsgemäß wird die Bestrahlung mit einer Leistungsdichte von 150 kW/m² oder mehr, insbesondere 300 kW/m² oder mehr, ausgeführt. Eine solche Leistungsdichte sichert eine ausreichende Vorwärmung/Entfeuchtung des Materials vor dem Leimauftrag bei den vielfach üblichen hohen Fördergeschwindigkeiten mit einer Bestrahlungseinrichtung, die in eine an sich bekannte Kaschiermaschine von ihrem Raumbedarf 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-Strahlung auf das zu erwärmende Material. Bevorzugt umfasst sie eine Mehrzahl von, insbesondere langgestreckt röhrenförmigen, handelsüblichen Halogenlampen, die bei entsprechenden Strahlertemperaturen betrieben werden.
• Diesen Halogenlampen ist in kostengünstiger Weise ein zusammenhängender (wenn auch gegebenenfalls aus mehreren Modulen aufgebauter) Reflektor zugeordnet, der für jede Halogenlampe einen teil-elliptischen, parabolischen oder im wesentlichen W-förmigen Reflektorabschnitt aufweist. Zur Gewährleistung optimaler Rückstrahlungseigenschaften ohne nachteilige Verschiebung des Emitterspektrums sowie einer langen Lebensdauer sind der Hauptreflektor bzw. die Hauptreflektoren und/oder wahlweise zusätzlich vorgesehene Gegenreflektoren zweckmäßigerweise gekühlt, insbesondere wassergekühlt.
• Mit einer solchen Bestrahlungseinrichtung kann in einer ersten Ausführung die gesamte Materialoberfläche erwärmt und somit getrocknet 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 Strahleranordnung, die sich über die gesamte Bahnbreite erstreckt, eine nur diese ausgewählten Oberflächenabschnitte beaufschlagende Strahleranordnung 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 Abschnitte der Materialbahn zugeordnet.
• Die Prozessführung erfolgt zweckmäßigerweise unter Erfassung und Auswertung mindestens eines prozessrelevanten physikalischen Parameters der Materialien, insbesondere der Oberflächentemperatur. Hierzu wird bevorzugt ein berührungslos arbeitender Temperaturfühler, d. h. ein Pyrometerelement, eingesetzt. Dessen Er fassungsbereich ist innerhalb der Bestrahlungszone oder benachbart zu dieser – im letzteren Falle insbesondere stromabwärts – angeordnet.
• Eine vorbestimmte Temperatureinstellung wird mittels einer Bestrahlungssteuereinrichtung, die – insbesondere über eine Spannungssteuerung der Halogenlampen – die Leistungsdichte steuert, auch bei schwankendem Feuchtegehalt und ungleichmäßiger Einfärbung des Materials im wesentlichen konstant gehalten. Hierzu dient eine "von Hand" betriebene oder eine mit dem Temperaturfühler eingangsseitig verbundene und eine Regelstufe zur geregelten Prozessführung aufweisende Bestrahlungssteuereinrichtung.
• Zur Erhöhung der Verfahrenseffizienz wird in der Bestrahlungszone oder stromabwärts von dieser durch einen Trocknungs-Gasstrom bevorzugt die infolge der Bestrahlung aus dem Material und gegebenenfalls dem Klebstoff abdampfende Feuchtigkeit beschleunigt abgeführt. Der Trocknungsgasstrom – am einfachsten ein Luftstrom – überstreicht dazu die Materialoberfläche bevorzugt annähernd parallel. Zur Erzeugung des Gasstromes dienen beispielsweise Druckluftdüsen oder ein oder mehrere Gebläse.
• Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele 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 Ausführungsform der Erfindung.
• Die Figur zeigt schematisch den für die Erläuterung der Erfindung wesentlichen Abschnitt einer Kaschiermaschine 100. Die Erfindung kann auf einer an sich bekannten Kaschiermaschine mit zwei Materialbahn-Abrollern, einem angetriebenem Leimwerk und einem angetriebenen Aufroller für den verklebten Verbund in ei nem 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 Oberfläche einer ersten Materialbahn 105 gerichtet ist.
• In Förderrichtung der Bahn 105 stromabwärts der NIR-Bestrahlungseinrichtung 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-Bestrahlungseinrichtung 101 zur Sicherung einer im wesentlichen konstanten Temperatur der die Bestrahlungszone verlassenden Bahn steuert. Die Bestrahlungssteuereinheit 109 weist eine Regelstufe 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 Klebstoffspuren 111 auf die der NIR-Bestrahlungseinrichtung 101 abgewandte Unterseite der Materialbahn 105 aufgebracht. Noch weiter stromabwärts wird eine zweite Materialbahn 113 über die Klebstoffspur 111 auf die erste Materialbahn 105 auf kaschiert.
• In einer im Labormaßstab erfolgreich eingesetzten Ausführung weist die Bestrahlungseinrichtung 101 einen unterhalb der Bahn angeordneten, gekühlten Gegenreflektor 115 und zwölf 16"-Halogen-Glühfadenlampen 101a in einem wassergekühlten Hauptreflektor 101b auf. Wie in der (schematischen) Teilschnittdarstellung der NIR-Bestrahlungseinrichtung 101 zu erkennen ist, hat der Hauptreflektor 101b eine Vielzahl von aneinandergereihten identischen Reflektorabschnitten mit annähernd W-förmigem Quer schnitt, 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 Leistungsdichte 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 Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen.
• Insbesondere sind neben quasi-endlosen Materialbahnen auch Zuschnitte 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 Kaschierungs- bzw. Verklebungsstrecke.

100

Kaschiermaschine

101

NIR-Bestrahlungseinrichtung

101a

Halogenlampe

101b

Hauptreflektor

103

Traverse

105, 113

Materialbahn

107a, 107b

pyrometrischer T-Meßfühler

109

Bestrahlungssteuereinheit

109a

Regelstufe

111

Klebstoffspur

115

Gegenreflektor

L

Leimwerk-Position

Claims (16)

1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundes mit mindestens einem saugfähigen Material durch Miteinander-Verkleben von Materialbahnen oder Flächen mindestens eines Materialzuschnittes oder durch Auf kaschieren 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 einer Leistungsdichte auf der Materialoberfläche von 150 kW/m² oder mehr, bevorzugt 300 kW/m² oder mehr und einem wesentlichen Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot, insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 μm und 1,5 μm, beaufschlagt wird und – unmittelbar anschließend im erwärmten Zustand mit dem Klebstoff in Kontakt gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung eines Emitters mit einer Strahlertemperatur von 2500 K oder mehr, bevorzugt 2900 K oder mehr, eingesetzt wird.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Klebstoff ein Dispersions- oder Stärkekleber eingesetzt wird.
4. 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.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während oder unmittelbar nach der Bestrahlung die Temperatur des zu beschichtenden Abschnittes, insbesondere berührungslos, gemessen und die Bestrahlung aufgrund des Messergebnisses gesteuert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung zur Einstellung einer im wesentlichen konstanten, vorbestimmten Temperatur der Materialbahn bzw. der Materialzuschnitte oder Körper aufgrund des Ergebnisses der Temperaturmessung gesteuert wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im wesentlichen die gesamte Materialbahn oder der gesamte Materialzuschnitt oder die gesamte zu kaschierende Oberfläche des Körpers bestrahlt wird.
8. 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.
9. Anordnung zur Herstellung eines Verbundes aus saugfähigen Materialien durch Miteinander-Verkleben von Materialbahnen oder Flächen mindestens eines Materialzuschnittes oder durch Auf kaschieren einer Materialbahn bzw. eines Materialzuschnittes auf einen Körper, wobei mindestens eine der Materialbahnen oder einer der Zuschnitte oder der Körper ein hochgradig saugfähiges Material aufweist, mit mindestens einer Klebstoffspur mit einer Leimauftrageinrichtung zum Auftrag des Klebstoffs auf die Materialbahn oder mindestens einen der Materialzuschnitte und/oder den zu kaschierenden Körper, und mit einer Förderrichtung für die Materialbahn oder Materialzuschnitte und/oder den Körper gekennzeichnet durch eine Bestrahlungseinrichtung, welche eine Strahlungsquelle und einen dieser zugeordneten Hauptreflektor aufweist, zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung mit hoher Leistungsdichte und einem wesentlichen Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot, insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 μm und 1,5 μm, und mit einer Leistungsdichte auf der Materialoberfläche von 150 kW/m² oder mehr, bevorzugt 300 kW/m² oder mehr, wobei die Leimauftrageinrichtung, bezogen auf die Vorschubrichtung der Fördereinrichtung, stromabwärts der Bestrahlungseinrichtung angeordnet ist.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungseinrichtung mindestens eine bei einer Strahlertemperatur oberhalb von 2500 K, insbesondere oberhalb von 2900 K, betriebene Halogenlampe umfasst.
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungseinrichtung eine Mehrzahl von Halogenlampen umfasst, die insbesondere langgestreckt röhrenförmig ausgebildet und im wesentlichen parallel zueinander in unmittelbarer räumlicher Zuordnung zu einem Reflektor angeordnet sind.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor eine Mehrzahl von jeweils einer Halogenlampe zugeordneten Reflektorabschnitten mit im wesentlichen teil-elliptischen, parabolischen oder W-förmigen Querschnitt aufweist.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, gekennzeichnet durch einen Messfühler für eine prozessrelevante physikalische Größe der Materialbahn oder des Materialzuschnittes, insbesondere einen berührungslos arbeitenden Temperaturfühler, welcher derart angeordnet ist, dass er die Oberflächentemperatur des zu beschichtenden Abschnittes in oder benachbart zu einer durch die Bestrahlungseinrichtung gebildeten Bestrahlungszone misst.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, gekennzeichnet durch eine Bestrahlungssteuereinrichtung zur Steuerung der Bestrahlungseinrichtung, insbesondere zur Einstellung der Bestrahlungsleistung und/oder Bestrahlungsdauer.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, gekennzeichnet durch eine eine Mehrzahl von Transportwalzen umfassende Fördereinrichtung zum Hindurchfördern der Materialbahn oder Materialzuschnitte und/oder Körper durch die Bestrahlungseinrichtung mit vorbestimmter Fördergeschwindigkeit, insbesondere einer Geschwindigkeit von 25 m/s oder mehr, bevorzugt einer Geschwindigkeit von 50 m/s oder mehr.
16. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, gekennzeichnet durch eine Gasstromerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines, insbesondere im wesentlichen parallel zur Oberfläche des zu trocknenden Abschnitts orientierten, Trocknungs-Gasstromes.