DE102004012634A1

DE102004012634A1 - Injection method for increasing adhesion between flat leather layers involves high pressure injection of reactive fluid through leather skin into the fiber layers

Info

Publication number: DE102004012634A1
Application number: DE200410012634
Authority: DE
Inventors: Klaus Mattil
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-03-16
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2024-03-17
Also published as: DE102004012634B4

Abstract

A fluid adhesive is introduced with a high pressure jet(16) through the material surface and into material layers(19). Penetration of the jet is solely dependent on the jet energy thus ensuring that use of additional mechanical aids is eliminated. Fluid is injected from the rear side or both sides of the material, in particular leather. A series of injections may be made along one or more paths(17), the injections occurring at intervals as the injectors move along the set path. The flat material may also be three-dimensionally formed into a product in which case the injector paths follow the outside of the body. In the latter method application remains normal to the surface. Several injectors controled either separately or as a unit may be arranged in a line which moves across the material surface. Individual injectors in the line may be switched on and off either simultaneously or with a time shift so that parallel processing of the material is possible. An independent claim is made for the process equipment which includes high pressure jet and no mechanical aids.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung schichtweise aufgebauter Flächenwerkstoffe, wie ein oder mehrlagige Leder oder Leder-Textil-Kombinationen, derart, dass durch Injektion eines niederviskosen Klebstoffes oder Haftvermittlers in den Flächenwerkstoff eine Schicht übergreifende Verbindung hergestellt wird und hierdurch höhere Haftkräfte erzielt werden können, als bei einer üblichen Klebung, welche nur auf den äußeren Schichten wirksam ist.The The invention relates to a method and a device for treatment Layered surface materials, such as one or more layers of leather or leather-textile combinations, such that by injection a low-viscosity adhesive or adhesion promoter in the surface material a layer overarching Connection is made and thereby higher adhesive forces can be achieved, as in a usual one Bonding, which only on the outer layers is effective.

In vielen Bereichen der produzierenden Industrie werden flächige Werkstoffe verarbeitet, welche einen geschichteten Aufbau aufweisen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die einzelnen Schichten über unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften verfügen und die Verbindungen der einzelnen Schichten untereinander unterschiedlich hohe Haftkräfte aufweisen. Ein Beispiel hierfür ist Leder, bei welchem die äußere Schicht, der Narben, eine zähe Oberschicht aufweist, die Haftkraft der Narbenschicht auf der darunter liegenden Faserschicht jedoch geringer ist, als die Haftkräfte, welche bei einer Klebung auf der Narbenoberfläche erzielt werden können. Dies führt zum Beispiel bei der Schuhherstellung dazu, dass vor einer Klebung der Laufsohle oder Direktbesohlung, die oberste Schicht, die Narbenschicht, in dem zu klebenden Bereich aufgebrochen oder abgetragen werden muss. In der Schuhherstellung wird der Vorgang des Aufbrechens der oberen Lederschicht vor dem Aufbringen des Klebstoffes als Rauhen bezeichnet. Der Vorgang des Rauhens in der Produktion ist kostenaufwändig und birgt dabei auch die Gefahr, dass das Schuhoberteil irreparabel beschädigt wird.In many areas of the manufacturing industry are areal materials processed, which have a layered structure thereby is characterized in that the individual layers over different have physical and chemical properties and the compounds of individual layers have mutually different high adhesive forces. An example of this is leather, in which the outer layer, the scars, a tough one Upper layer has the adhesive power of the scar layer on the underneath However, lying fiber layer is less than the adhesive forces at an adhesion can be achieved on the scar surface. This leads to Example of shoe making to that before gluing the outsole or direct soling, the top layer, the scar layer, in must be broken or removed to the area to be bonded. In shoe making, the process of breaking up the upper one Leather layer before application of the adhesive referred to as roughening. The process of roughing in production is costly and involves as well as the risk that the shoe upper is irreparably damaged.

Eine Klebung auf die geschlossene Narbenschicht des Leders würde bei den während des Tragegebrauchs auftretenden Bean spruchungen dazu führen, dass sich z.B, die Sohle mitsamt der ersten Schicht des Leders von der darunter liegenden Faserschicht lösen würde.A Bonding to the closed scar layer of the leather would be at while wear of the wear resulting in the fact that For example, the sole together with the first layer of leather from the would dissolve underlying fiber layer.

Aus der Gerbereitechnik ist ein Verfahren bekannt, bei welchem Gerbstoffe durch Anwendung von Hochdruck in Rohhäute injiziert wird, was zu einer schnellen Durchdringung der Rohhäute mit Gerbstoff und hierdurch zu beschleunigten Gerbvorgängen führt.Out the tanning technique, a method is known in which tannins injected by use of high pressure in raw hides, causing too a rapid penetration of the raw hides with tannin and thereby to accelerated tanning operations leads.

Die Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung vor, mit welchem durch Einbringung von geeigneten Substanzen (Klebstoffe, Haftvermittler, reaktive Stoffe) ein wesentlich besserer Verbund in der Schichtstruktur der Flächenwerkstoffe erzielt wird und eine Klebung auf der Oberfläche der Flächenwerkstoffe durch die äußere Schicht auf die inneren Lagen durchgreift. Für Leder bedeutet dies, dass die äußere Schicht nicht entfernt werden muss, sondern ebenfalls zur Klebung beitragen kann, der Arbeitsgang des Rauhens kann entfallen.The The invention provides a method and an apparatus with which by incorporation of suitable substances (adhesives, adhesion promoters, reactive Substances) a much better bond in the layer structure of Surface materials is achieved and a bond on the surface of the surface materials through the outer layer on the inner layers. For leather, this means that the outer layer does not have to be removed, but also contribute to the bond can, the operation of the roughening can be omitted.

Die Erfindung basiert auf der Hohdruck-Injektionstechnik, derart, dass flüssige Substanzen, wie Klebstoffe, Haftvermittler oder reaktive Stoffe mit entsprechender Viskosität durch die oberste Schicht oder von der Rückseite in den Flächenwerkstoff injiziert werden und sich nach dem Abbinden oder Ausreagieren der Substanzen eine Verfestigung des Materialverbundes einstellt. Die zur Umsetzung dieser Technik notwendigen Komponenten und Rohstoffe, wie Hochdruckpumpen, Ventile, Klebstoffe, Haftvermittler sind dem Stand der Technik entsprechend verfügbar.The The invention is based on the high pressure injection technique, such that liquid Substances, such as adhesives, adhesion promoters or reactive substances with appropriate viscosity through the top layer or from the back into the surface material be injected and after the setting or reacting the Substances sets a solidification of the composite material. The to implement this technology necessary components and raw materials, such as High pressure pumps, valves, adhesives, adhesion promoters are up to date according to the technology available.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, dass die Injektion der infrage kommenden Substanzen lokal begrenzt und mit hoher örtlicher Auflösung vorgenommen werden kann. So kann beispielsweise bei der Schuhherstellung exakt und konturgenau die Kontaktfläche zur Sohlenklebung am Schuhoberteil behandelt werden. Durch entsprechende Führung des Applikationselementes können auch dreidimensionale Oberflächen, welche mit einem Rauhwerkzeug nur schwer zu erreichen sind, behandelt werden. Die Mengendosierung der injizierten Flüssigkeit lässt sich über den Druck, den Strahlquerschnitt, die Pulsdauer und die Frequenz bei gepulstem Flüssigkeitseintrag gut steuern. Eine Anpassung an das Material kann durch die Düsenform und den Injektionsdruck erfolgen. Das Verfahren eignet sich sehr gut für eine automatisierte Lösung: Die Düse kann mit einem Handlingseinheit oder einem Roboter geführt werden und auch die Prozessparameter, wie Druck, Pulsdauer, Pulsfrequenz sind einer rechnergesteuerten Einstellung zugänglich.One An essential advantage of the invention is that the injection of the question locally limited and with high local substances Resolution made can be. For example, when making shoes exactly and contour-accurate the contact surface be treated for sole bonding on the shoe upper. By appropriate Leadership of Application element can also three-dimensional surfaces, which are difficult to reach with a roughing tool treated become. The metering dose of the injected fluid can be controlled by the pressure, the beam cross-section, Control the pulse duration and the frequency well with pulsed liquid entry. An adaptation to the material may be due to the nozzle shape and the injection pressure respectively. The method is very well suited for an automated solution: the Nozzle can be guided with a handling unit or a robot and also the process parameters, such as pressure, pulse duration, pulse rate are a computer-controlled setting accessible.

Falls es die Anordnung des flächenhaften Werkstoffes zulässt, kann die Applikation der injizierten Flüssigkeit auch von der Rückseite erfolgen und von dieser bis zu der äußersten Schicht des Flächenmaterials vordringen. Ein solches Vorgehen bringt den Vorteil, dass die äußerste Schicht nicht verletzt werden muss und sonst unter Umständen entstehende Beschädigungen oder Verschmutzungen vermieden werden können.If it is the arrangement of the planar material allows, The application of the injected fluid may also be from the back take place and from this to the outermost layer of the sheet material penetrate. Such an approach has the advantage that the outermost layer must not be violated and otherwise possibly resulting damage or soiling can be avoided.

Eine Vorrichtung zur Umsetzung des in der Erfindung vorgestellten Verfahrens wird im Folgenden anhand des in den Prinzipskizzen dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.A Device for implementing the method presented in the invention will be described below with reference to the embodiment shown in the schematic diagrams described in more detail.

Die in 1 vorgestellte Vorrichtung stellt im Wesentlichen ein Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl-System dar, ähnlich der entsprechenden Einrichtung einer Wasserstrahl-Schneidanlage wobei der mengenmäßige Ausstoß der Vorrichtung eher einer Einspritzanlage eines Verbrennungsmotors entspricht.In the 1 presented device is essentially a high-pressure liquid jet system, similar to the corresponding device of a water jet cutting machine wherein the quantities moderate output of the device rather corresponds to an injection system of an internal combustion engine.

Aus einem Vorratsbehälter (1) wird die flüssige Substanz (2) über eine Saugleitung (4) und eine durch einen Elektromotor (6) angetriebene Pumpe (5) und einen Filter (7) in eine Niederdruck-Versorgungsleitung (10) gefördert, wobei der Druck auf der Eingangsseite der Hochdruckpumpe (9) sich durch den Rückstau aus Fördermenge und Stellung des Drosselventils (8) ergibt. Über eine Rückleitung (20) fließt die nicht benötigte Flüssigkeitsmenge in den Vorratsbehälter (1) zurück, welcher durch eine Öffnung (3) entlüftet wird. Anstelle des Drosselventils (8) kann auch ein Druckbegrenzungsventil eingesetzt werden.From a storage container ( 1 ) the liquid substance ( 2 ) via a suction line ( 4 ) and one by an electric motor ( 6 ) driven pump ( 5 ) and a filter ( 7 ) into a low-pressure supply line ( 10 ), wherein the pressure on the input side of the high pressure pump ( 9 ) due to the backflow of flow and position of the throttle valve ( 8th ). About a return ( 20 ), the unnecessary amount of fluid flows into the reservoir ( 1 ), which through an opening ( 3 ) is vented. Instead of the throttle valve ( 8th ) can also be used a pressure relief valve.

Aus der Niederdruck-Versorgungsleitung (10) entnimmt eine Hochdruckpumpe, welche zum Beispiel eine ein- oder mehrzylindrige Kolbenpumpe sein kann, die Flüssigkeit und erhöht den Druck auf einen an der Pumpe einstellbaren Ausgangsdruck, welcher an das zu bearbeitende Material angepasst ist und je nach Düsenform, bzw. Sprühstrahldurchmesser und Material zwischen 100 bar und 1500 bar liegen kann. Die Steuerung der Fördermenge erfolgt dabei beispielsweise über Überströmventile oder Nuten im Kolben der Pumpe und Überströmöffnungen in der Pumpe. Die aus der Überströmöffnung entweichende Flüssigkeit wird in die Rückleitung (20) des Niederdruck-Flüssigkeitsstromes abgeführt. Ausgangsseitig wird die Flüssigkeit in eine Hochdruckleitung (12) gefördert, welche über eine flexible Leitung (13) mit einer Hochdruckdüse (14) verbunden ist. Durch das Antreiben der Hockdruckpumpe (9) mit einem Drehzahlgesteuerten Antrieb (11) kann die Förderfrequenz und damit auch die Fördermenge zusätzlich beeinflusst werden.From the low pressure supply line ( 10 ) takes a high-pressure pump, which may be, for example, a single or multi-cylinder piston pump, the liquid and increases the pressure to an adjustable at the pump outlet pressure, which is adapted to the material to be processed and depending on the nozzle shape, or spray jet diameter and material between 100 bar and 1500 bar can lie. The control of the delivery takes place, for example, overflow valves or grooves in the piston of the pump and overflow openings in the pump. The escaping from the overflow liquid is in the return line ( 20 ) discharged the low-pressure liquid flow. On the output side, the liquid is in a high-pressure line ( 12 ), which are connected via a flexible 13 ) with a high-pressure nozzle ( 14 ) connected is. By driving the high-pressure pump ( 9 ) with a speed-controlled drive ( 11 ), the delivery frequency and thus the flow rate can be additionally influenced.

Die Hochdruckdüse (14) ist beweglich angeordnet und mit einer Bewegungseinheit (18) verbunden. Der Druck ab dem die Düsennadel der Hochdruckdüse öffnet und damit der Injektionsdruck, ist an der Düse (14) einstellbar. Die Düsenöffnung (15) ist in einem wechselbaren Element angeordnet und kann ausge tauscht werden, um verschiedene Strahldurchmesser, Strahlwinkel und Strahlarten zu erzeugen. Der aus der Düsenöffnung unter Hochdruck austretende Sprühstrahl (16) dringt durch die hohe Strahlenergie in das Material ein und benetzt alle durchdrungenen Schichten des zu bearbeitenden Flächenmaterials (19). Nach Ausreagieren, bzw. Abbinden oder Ablüften der Flüssigkeit entsteht ein die einzelnen Schichten des Flächenwerkstoffes übergreifender Materialverbund, von der Materialoberfläche bis zu der Schicht in welche der Strahl noch eindringen konnte.The high pressure nozzle ( 14 ) is movably arranged and with a movement unit ( 18 ) connected. The pressure from which the nozzle needle of the high-pressure nozzle opens and thus the injection pressure, is at the nozzle ( 14 ) adjustable. The nozzle opening ( 15 ) is arranged in a changeable element and can be exchanged to produce different beam diameters, beam angles and beam types. The spray emerging from the nozzle opening under high pressure ( 16 ) penetrates through the high beam energy into the material and wets all penetrated layers of the surface material to be processed ( 19 ). After reacting, or setting or venting of the liquid, a composite of materials that extends beyond the individual layers of the surface material is formed, from the surface of the material to the layer into which the jet could still penetrate.

Für den Fall, dass nach dem Verfahren ein Schmelzklebstoff injiziert werden soll, sind alle Komponenten der Injektionseinrichtung beheizbar und zweckmäßiger Weise gegenüber der Umgebung thermisch isoliert auszuführen.In the case, that after the process a hot melt adhesive is to be injected, All components of the injection device are heated and expedient manner across from to perform the environment thermally insulated.

Durch Bewegung der Hochdruckdüse (14) durch das Bewegungssystem (18) entlang einer Bahn, bei gleichzeitigem Ausstoß der Substanzen, entstehen frei programmierbare Bahnen (17) auf dem Flächenwerkstoff (19), längs derer eine Verfestigung, Verbindung oder Stabilisierung des Werkstoffes erreicht wird. Alternativ oder parallel zu der Bewegung der Düse kann auch eine Bewegung des Werkstückes erfolgen. Die Bewegungen sind auch keineswegs auf ebene Werkstoffe beschränkt, sondern können auch am verarbeiteten Flächenwerkstoff, wie zum Beispiel während der Schuhherstellung am aufgeleistetem Schuhoberteil durchgeführt werden.By moving the high-pressure nozzle ( 14 ) by the movement system ( 18 ) along a path, with simultaneous ejection of the substances, freely programmable paths ( 17 ) on the surface material ( 19 ), along which a solidification, connection or stabilization of the material is achieved. Alternatively or in parallel with the movement of the nozzle, a movement of the workpiece can also take place. The movements are by no means limited to flat materials, but can also be performed on the processed surface material, such as during shoe production on aufeistetem shoe upper.

Zur beschleunigten Stabilisierung eines Flächenwerkstoffes können auch mehrere Düsen mit den zugehörigen Komponenten parallel auf einem Träger angeordnet werden und so ein kompletter Düsenbalken gesteuert über den Flächenwerkstoff bewegt werden.to accelerated stabilization of a surface material can also several nozzles with the associated Components are arranged in parallel on a support and so on a complete nozzle bar controlled via the surface material to be moved.

Die Aufgabe der Bewegungseinheit (18) kann hierbei von einem Handhabungssystem, einem CNC-System, einer Werkzeugmaschine oder einem Roboter übernommen werden.The task of the movement unit ( 18 ) can be taken over by a handling system, a CNC system, a machine tool or a robot.

Zur Vermeidung von Verunreinigungen des Werkstoffes durch Flüssigkeitsspritzer kann die Düse während der Injektionen auch direkt auf dem Flächenmaterial aufsetzend geführt werden. Falls dies nicht möglich ist, weil beispielsweise empfindliches Material eingesetzt wird, auf welchem sich die geführte Düse abzeichnen würde, kann eine mitgeführte, an der Düsenöffnung befestigte ringförmige Absaugeinrichtung die nicht in das Material eindringende Flüssigkeit unschädlich abtransportieren.to Prevention of contamination of the material by liquid splashes can the nozzle during the Injections are also placed directly on the sheet material. If not possible is because, for example, sensitive material is used, on which the guided Mark nozzle would, can a carried, attached to the nozzle opening annular Absauginrichtung not penetrating into the material liquid harmless carry away.

Falls die physikalischen Eigenschaften der zu stabilisierenden Flächenwerkstoffe wenig konstant sind, wie diese bei Leder häufig der Fall ist, so kann durch die Methode der digitalen Bildverarbeitung mit Hilfe einer oder mehrerer Kameras, welche mit dem Injektionssystem relativ zu dem Flächenwerkstoff bewegt werden und das Injektionsergebnis optisch aufnehmen und den entsprechenden Auswertegeräten ein Regelkreis geschlossen werden, durch den über die Einstellung der Verfahrensparameter wie Injektionsdruck, Bahngeschwindigkeit, Auftragsmenge eine Optimierung der Injektionsergebnisse und ein automatisches, schnelles Anpassen an variierende Flächenwerkstoffe erfolgen. Falls nötig, können der Injektionssubstanz zur sichereren Bilderfassung fluoreszierende Reagenzien beigegeben werden.If the physical properties of the surface materials to be stabilized are little constant, as is often the case with leather, so can through the method of digital image processing with the help of a or multiple cameras connected to the injection system relative to the surface material be moved and visually record the injection result and the corresponding evaluation devices a closed loop, through the setting of the process parameters like injection pressure, web speed, order quantity an optimization the injection results and an automatic, quick adjustment to varying surface materials respectively. If necessary, can the injection substance for safer image capture fluorescent Reagents are added.

Claims

Method for increasing the adhesion between the layers or solidifying the layers of layered structured materials by local injection of a liquid, characterized in that at least one adhesive technically effective substance is introduced through a high pressure liquid jet through the surface in the sheet material and the penetration of the Liquid jet into the material only due to the beam energy, without mechanically penetrating into the surface material aids done.

Method according to claim 1, characterized in that that the fluid injection not from the front, but from the back or both sides he follows.

Method according to one of claims 1 or 2, characterized that the sheet material through a series of injections along one or more lanes and these injections in chronological order during a movement of the injection device along the tracks are generated.

Method according to claim 3, characterized that the sheet material spatial as a body is shaped and the webs in three - dimensional space, along the surface of the body run and the application direction is normal to the surface.

Method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that one of several separated or jointly controllable as injection line linearly assembled Single injection devices, over the sheet material be moved and while the leadership of Injection line over the material surface by simultaneous or delayed switching on and off the individual injection devices a parallel processing of the surface material enable.

Method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the sheet material is leather.

Method according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the webs to be processed adhesive areas on leather to be produced shoes, in particular Zwickeinschläge and side edges represent and hereby for a subsequent gluing or direct soling are prepared.

Method according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that one or more cameras relative to the injection nozzle (s) fixed or carried optically record the result of the injection process on the surface material and with the image data in conjunction with an evaluation system the Goodness of Capture injection process and continuously monitor and process parameters influence so that an optimization of the injection process takes place.

Method according to claim 9, characterized in that that the adhesive substance has an optically marking, For example, fluorescent substance is mixed and thereby in conjunction with a corresponding illumination source, the image recording is improved.

Device for increasing the adhesion between the Laying or solidifying the layers of layered built-up materials by local injection of a liquid, characterized in that at least one adhesive technically effective Substance, e.g. in solvent dissolved Polyurethane, through a high pressure accelerated liquid jet through the surface in the sheet material is introduced and the penetration of the liquid jet into the material only due to the beam energy, without mechanical in the surface material penetrating aids takes place.

Device according to claim 10, characterized in that that the fluid injection not from the front, but from the back or both sides in the sheet material is introduced.

Device according to one of claims 10 or 11, characterized the injection device is movable relative to the surface material along a or more tracks can be moved and during orbit movement a controlled temporal sequence of injections can be generated.

Device according to claim 12, characterized in that that the web guide not in the plane but in the room and the injections on the surface of a body can be set.

Device according to one or more of claims 10 to 13, characterized in that a plurality of single injection devices linear to are composed of an injection line. And the injection line over the material surface can be moved and by simultaneous or staggered Generation of injection pulses of the individual injection devices allows parallel processing of the surface material.

Device according to one or more of claims 10 to 14, characterized in that one or more injection devices are constructed such that liquid is compressed by a high-pressure pump and controlled by one or more Nozzles in one or more jets of liquid high beam energy can be formed.

Device according to one or more of claims 10 to 15, characterized in that at the site of action by a closed System of surplus the substance is sucked off and recycled into the circulation.

Device according to claim 15 or 16, characterized characterized in that the active substance is a hot melt adhesive is and all components coming into contact with the hot melt adhesive the device heated and thermally insulated against the environment are.

Device according to one or more of claims 10 to 17, characterized in that fixed relative to the injection nozzles or moves one or more cameras the results of the injection process on the surface material capture and image data via an evaluation are converted into signals with which adjustment parameters the injection process, such as web speed, injection pressure, Injection quantity can be influenced and thereby the injection result is optimized.