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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auftragen von Bindemittel
auf eine Warenbahn gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Eine
Vorrichtung zum Auftragen von Bindemittel auf eine Warenbahn ist
nach der
DE 296 20 763
U1 bekannt. Diese besteht aus einem Bindemittelauftragskopf
mit mindestens einer Auftragsdüse mit
einem Bindemittelaustrittsquerschnitt. Dieser ist direkt der Warenbahn
zugeordnet, d. h. aus dem Auftragskopf austretendes Bindemittel
trifft im nächsten Moment
auf die Warenbahn auf. Bezüglich
der genauen Ausbildung eines solchen Auftragskopfes wird zunächst auf
die
DE 296 20 763
U1 verwiesen. Der Vollständigkeit halber wird noch die
jüngere
DE 101 41 676 A1 genannt.
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Zum
weiteren technologischen Hintergrund sind ferner folgende Informationen
von Interesse:
Warenbahnen verschiedenster Art, etwa solche
auf Textilbasis wie zum Beispiel Gewebe, Gewirke, Gestricke, Nadel-
bzw. Polvliesbeläge,
Tuftings, aber auch Papier, Folien usw. werden in großem Umfang mit
Bindemitteln beaufschlagt. Hierbei werden als Bindemittel beispielsweise
Plastisole, Organosole oder Klebstoffe verwendet, welche in Form
von Pasten, Dispersionen, Schmelzen oder Pulvern aufgebracht werden
können.
Deren Basis sind zumeist Kunststoffe, d. h. Thermoplaste, Elastomere,
thermoplastische Elastomere und – nach chemischer Reaktion – vernetzte
Elastomere sowie Duromere. Ziel des Bindemittelauftrags ist es,
eine Schicht oder eine verfestigende Matrix auf einer Warenbahn
zu bilden oder – im
Falle von Klebstoffen – als
Kaschierhilfsmittel zur dauerhaften Verbindung mit einer gleichen oder
andersartigen Warenbahn zu fungieren.
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Im
Laufe der Zeit hat sich eine große Anzahl verschiedener Verfahren
bzw. Aggregate herausgebildet, die zunächst von der vielfältigen Natur
der verschiedenen Warenbahnen, die beaufschlagt werden sollen, sowie
von der Art der möglichen
Binde- bzw. Beschichtungsmittel
bestimmt werden. Deren Wirkungen sind voneinander abhängig und
werden schließlich
von den speziellen Eigenschaftsmerkmalen und -werten, die vom jeweiligen
Fertigprodukt erwartet werden, abgeleitet. Die Auswahl einer Variante
war also bisher in diesem Kontext zu treffen.
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Bei
der Verfahrenstechnik des Bindemittelauftrags unterscheidet man
direkte oder indirekte (kontaktfreie) Verfahren, wobei deren wesentlicher Unterschied
darin besteht, dass bei direkten Verfahren zumindest ein Teil des
Auftragsaggregats mit der Warenbahn in Berührung kommt, während die
indirekten Verfahren ohne Kontakt mit der Warenbahn arbeiten. Beide
Verfahren ermöglichen
sowohl vollflächige
wie auch partielle Beschichtungen. Als Beispiele für direkte
Verfahren bzw. Auftragsaggregate wäre das Laminieren mit Gravurwalzen
zu nennen, bei dem das Bindemittel über ein Rakel in die Vertiefungen
der Gravurwalze übertragen
und dann von dieser auf die Oberfläche der Warenbahn gepresst wird.
Weitere Beispiele sind Streichen bzw. Rakel, Beschichten bzw. Reverse
Roll Coater, Laminieren bzw. Schlitzdüse bzw. Screenauftrag, Imprägnieren bzw.
Foulard und Pasten-Pulverpunkt
bzw. Lochsiebrakel. Als indirekte Verfahren bzw. Auftragsaggregate sind
zum Beispiel Sprühen
bzw. Spritzkopf (siehe hierzu die oben erwähnte
DE 296 20 763 U1 mit einer Auftragsdüse mit einem
einzigen Bindemittelaustrittsquerschnitt) oder Pulverauftrag bzw.
Pulverwalze bekannt. Hier wird berührungslos das Bindemittel auf
die Warenbahn aufgesprüht
oder aufgepudert.
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Direkte
Verfahren eignen sich aufgrund des Kontakts mit dem Substrat meist
nur für
glattflorige, porenarme Warenbahnen, sind also nicht substrat-unabhängig. Zwar
sind diese Verfahren in der Lage, Bindemittel punktgenau aufzutragen,
jedoch kann dies nur in einer bestimmten Punktgröße bzw. einem bestimmten Auftragsmuster
geschehen, was am Beispiel der Gravurwalze offensichtlich wird.
Eine Änderung
der Punktgröße oder
des Auftragsmusters erfordert ein zeitaufwändiges und kompliziertes Auswechseln
der Walze. Auch ist die Reinigung direkter Aggre gate aufwändig. Werden
direkte Verfahren auf rauflorige Substrate angewandt, bedingt der
Kontakt mit dem Substrat eine wesentliche Veränderung des Substrats in Form
einer Versteifung, Kompression und/oder Änderung der Porenzahl und des
Porenvolumens, sowie des "Griffs" der Substratoberfläche (des
Flors). Zudem ist aufgrund der kostenintensiven Auftragsvorrichtungen
nur eine eingeschränkte
Arbeitsbreite erreichbar.
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Indirekte
oder kontaktfreie Verfahren sind wegen der Vermeidung der Berührung mit
dem Substrat besser für
rauflorige Warenbahnen geeignet, jedoch ist mit bisherigen Verfahren
höchstens
ein undefiniertes flächiges
Auftragsmuster möglich,
das schlecht reproduzierbar und nur ungenau dosierbar ist. Als Beispiel
sei hier der "Sprühnebel" und die daraus resultierende
Wolkigkeit zu nennen. Ein punktgenauer und dennoch flächiger Auftrag
ist nicht möglich.
Zudem ist auch hier aufgrund der schlechten Dosierbarkeit beim linearen
bzw. flächigen
Auftrag mit einer nicht zu vernachlässigenden Veränderung
der Porenzahl und des Porenvolumens, sowie mit einer Versteifung
zu rechnen.
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Der
Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde,
eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern,
dass das Bindemittel substratunabhängig und in genau dosierbarer Menge
und Geometrie punktgenau auf eine Warenbahn flächig aufbringbar ist.
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Diese
Aufgabe ist mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art durch
die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
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Nach
der Erfindung ist also vorgesehen, dass zwischen der Warenbahn und
der Auftragsdüse ein
Verteilerelement angeordnet ist, dass warenbahnseitig mehrere Bindemittelaustrittsöffnungen aufweist
und das auftragsdüsenseitig
mit dem Bindemittelaustrittsquerschnitt verbunden ist.
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Mit
anderen Worten ausgedrückt,
ist erfindungsgemäß vorgesehen,
der Auftragsdüse
einen sogenannten Düsenkamm
nachzuschalten, der dafür sorgt,
dass das Bindemittel nicht nur punktförmig, sondern gewissermaßen "matrixartig" auf die Warenbahn
aufgebracht wird. Darüber
hinaus erfolgt der Bindemittelauftrag kontaktfrei, was in diesem
Zusammenhang bedeutet, dass zu keinem Zeitpunkt des Auftragens ein
Kontakt, auch nicht über
das ausgestoßene
Bindemittel, zwischen der Oberfläche
der Warenbahn und dem Auftragswerkzeug besteht. Das heißt, dass
das vom Auftragswerkzeug abgegebene Bindemittel (als Tropfen) lediglich
aufgrund seiner Schwerkraft und Geschwindigkeit zur Oberfläche der Warenbahn
gelangt. Unter dem Begriff "punktgenau" ist zu verstehen,
dass der Auftrag an genau vorbestimmter und reproduzierbarer Stelle
der Warenbahn punktförmig,
d. h. mit genau definierten Grenzen der aufgetragenen Menge Bindemittel
erfolgt. Der kontaktfreie Auftrag ermöglicht es, die Eigenschaften (Weichheit,
Porenzahl, -volumen) von sowohl glattflorigen als auch rauflorigen
Substratoberflächen
im Wesentlichen unverändert
beizubehalten, während aufgrund
des punktgenauen Düsenauftrags
gleichzeitig die erwünschte
Bindewirkung mit genau definierter Geometrie des Haftbereichs erreicht
wird.
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Vorteilhafterweise
wird dabei die Dauer des Düsenauftrags
steuerungstechnisch durchgeführt, zum
Beispiel durch pneumatische oder elektromechanische Steuerungen,
um die aufgetragene Menge des Bindemittels und die Punktgeometrie
zu definieren.
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Bevorzugt
wird die Dauer des Düsenauftrags (als
Alternative zum weiter unten genannten Magnetventil) piezoelektrisch
gesteuert, so dass ein genau dosierbarer und somit minimaler Bindemittelverbrauch
gewährleistet
wird. Die exakte Dosierung erlaubt somit auch eine genau definierte
Punktgröße ohne
das Auftragswerkzeug wechseln zu müssen. Zudem erlaubt die piezoelektrische
Steuerung eine nahezu unbegrenzte Anzahl von Lastwechselvorgängen und
somit lange Lebensdauern der Düsen.
Die piezoelektrische Steuerung wird mittels eines Piezoelements
(Piezo-Keramik)
durchgeführt,
d. h. mittels eines Kristalls, in welchem infolge einer angelegten elektrischen
Spannung eine mechanische Spannung auftritt und so sein Volumen
verändert.
Das Piezoelement kann daher zur Bewegung von Bauteilen, unter Umständen mittels Übersetzungen,
verwendet werden.
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Der
Düsenauftrag
kann bevorzugt auch so gesteuert werden, dass der Bindemittelauftrag
in Linienform erfolgt, so dass gezielt versteifte, lineare Bereiche
auf dem Substrat gebildet werden können.
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Weiter
ist bevorzugt auch ein sequentieller, flächiger und iterativer Düsenauftrag
möglich.
Somit lassen sich Auftragsmuster wie Streifen, Balken und andere
Figuren flächig
erzeugen.
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Bevorzugt
erfolgt der Bindemittelauftrag senkrecht zur Längs- und Querrichtung der Warenbahn im Auftragspunkt,
kann jedoch auch unter einem Winkel von der Senkrechten durchgeführt werden.
Dadurch lässt
sich das Verfahren in verschiedenen räumlichen Gegebenheiten zwischen
Auftragswerkzeug und Warenbahn einsetzen.
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Vorzugsweise
erfolgt der Bindemittelauftrag mit einem polymerischen oder Kunststoff-Bindemittel.
Dies ermöglicht
die rasche und problemlose Reinigung des Auftragswerkzeugs.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Bindemittel ein thermoplastischer Klebstoff, so dass dessen
Viskosität
und Fließeigenschaften
gezielt durch Einstellen der Klebstofftemperatur gesteuert werden
können.
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Ferner
ist es vorteilhaft, den Düsenauftrag durch
Beschickung verschiedener Auftragsdüsen mit verschiedenen Bindemitteln
durchzuführen.
So können
in verschiedenen Bereichen der Warenbahn unterschiedliche Hafteigenschaften
und Florbeschaffenheiten realisiert werden.
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Andere
vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Auftragen von Bindemittel auf eine Warenbahn einschließlich ihrer
vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird
nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Es
zeigt
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1 perspektivisch
eine Vorrichtung zum Auftragen von Bindemittel auf eine Warenbahn
gemäß der
DE 296 20 763 U1 ;
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2 im
Schnitt den Auftragskopf der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Verteilerelement;
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3 in
Vorderansicht den Auftragskopf gemäß 2;
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4 in
Durchsicht den erfindungsgemäßen Düsenkamm
mit 25 Bindemittelaustrittsöffnungen;
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5 in
Draufsicht den Düsenkamm
gemäß 4;
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6 in
Durchsicht den Düsenkamm
gemäß 4 von
der Seite;
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7 im
Schnitt den Düsenkamm
gemäß 4 entlang
der Schnittlinie A-A;
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8 im
Querschnitt zwei Textilwarenbahnen, die durch punktgenauen und kontaktlosen
Bindemittelauftrag miteinander verbunden wurden; und
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9 im
Querschnitt zwei Textilwarenbahnen, die durch ein herkömmliches
indirektes Sprühauftragsverfahren
verbunden wurden.
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In
den 2 bis 8 ist eine bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Auftragen von Bindemittel auf eine Warenbahn dargestellt. Diese
besteht in bekannter Weise (siehe hierzu 1: Stand
der Technik) aus einem Auftragskopf 1 mit zwei Auftragsdüsen 2 mit
je einem Bindemittelaustrittsquerschnitt 3 (selbstverständlich können je
nach Anwendungsfall auch mehr als zwei Auftragsdüsen vorgesehen sein).
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Wesentlich
für die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist nun, dass zwischen der Warenbahn und der Auftragsdüse 2 ein
Verteilerelement 4 angeordnet ist, dass warenbahnseitig
mehrere Bindemittelaustrittsöffnungen 5 aufweist
und das auftragsdüsenseitig
mit dem Bindemittelaustrittsquerschnitt 3 verbunden ist.
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Wie
insbesondere aus 5 und 7 ersichtlich,
ist dabei vorgesehen, dass das Verteilerelement 4 auftragsdüsenseitig
einen Bindemitteleintrittsquerschnitt 6 aufweist, der über Verbindungsleitungen 7 mit
den Bindemittelaustrittsöffnungen 5 verbunden
ist.
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Fertigungstechnisch
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass das Verteilerelement 4 aus
einem Vollkörper
gebildet ist, wobei die Verbindungsleitungen 7 in Form
von einander verbindenden Bohrungen im Vollkörper eingebracht sind, d. h.
das gesamte Verteilerelement 4 bzw. der sogenannte Düsenkamm wird
aus Vollmaterial durch Einbringung von Bohrungen etc. (und entsprechenden
Stopfen) hergestellt.
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Wie
insbesondere aus 4 ersichtlich, ist zur Realisierung
eines flächenmäßigen, aber
dennoch punktgenauen Auftrags vorgesehen, dass die Bindemittelaustrittsöffnungen 5 in
Form zweier, zueinander parallel verlaufender, vorzugsweise quer zur
Warenbahnbewegungsrichtung orientierter Reihen angeordnet sind.
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Um,
wie erwähnt,
eine "matrixartige" Verteilung der Bindemittelpunkte
(Klebpunkte) zu realisieren, ist wiederum mit Verweis auf 4 ferner
vorgesehen, dass die einzelnen Bindemittelaustrittsöffnungen 5 der
beiden Reihen zueinander versetzt angeordnet sind.
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Wie
sich insbesondere aus 5 ergibt, sind vom Bindemitteleintrittsquerschnitt 6 ausgehend zwei
parallel zu den Bindemittelaustrittsöffnungen 5 verlaufende
Verbindungsleitungen 7 vorgesehen, von denen aus jeweils
eine weitere Verbindungsleitung 8 zu jeweils einer Bindemittelaustrittsöffnung 5 verläuft. Diese
Maßgabe
gewährleistet,
dass das Bindemittel von der Auftragsdüse 2 kommend gleichmäßig verteilt
zu allen Bindemittelaustrittsöffnungen 5 gelangt.
Die dargestellte Ausbildung hat sich dabei insbesondere hinsichtlich
der zu beachtenden Druckverluste als besonders günstig erwiesen, wobei weiterhin
jeweils auch Verbindungsbohrungen 15 zwischen den einzelnen
Bindemittelaustrittsöffnungen für besagten
Druckausgleich sorgen.
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Um
die erwähnte "matrixartige" Verteilung der Klebepunkte
zu erreichen, ist ferner vorgesehen, dass das Verteilerelement 4 mindestens
10, vorzugsweise mehr als 20 (in 4 und 5:
25) Bindemittelaustrittsöffnungen 5 aufweist.
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In
an sich bekannter Weise ist der Auftragskopf
1 über eine
Verbindungsleitung
9 mit einem Bindemittelvorratsbehälter
10 verbunden.
Zwischen dem Auftragskopf
1 und dem Bindemittelvorratsbehälter
10 ist
ferner eine Förderpumpe
11 angeordnet. Im
Auftragskopf
1 ist ein Filter
12 zum Filtern des
Bindemittels vorgesehen ist. Ferner weist der Auftragskopf
1 eine
Messzelle
13 (siehe
DE 296 20 763 U1 ) zur Messung des Bindemittelvolumens
auf. Schließlich
ist in jeder Auftragsdüse
2 zur
Dosierung des Bindemittels ein Magnetventil
14 angeordnet,
das vorzugsweise mit einer Frequenz von bis zu 400 Hertz betreibbar
ausgebildet ist.
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Zur
weiteren Erläuterung
wird noch ein konkretes Anwendungsbeispiel erläutert, anhand dessen sich die
Vorteile der Erfindung deutlich erkennen lassen: Bei diesem Beispiel
(siehe 8 und 9) dient ein Schmelzklebstoff
als Bindemittel, das mittels Düsenauftrag
auf eine erste Warenbahn 100 aufgetragen wird, welche dann
mit einer zweiten Warenbahn 200 als Kaschiergewebe verbunden
wird. Wie in 8 dargestellt, weist die erste
Warenbahn ein gerautes Flor 300 (wie z. B. bei einem gerauten Baumwollgewebe)
auf. Der Rauflor dient als Distanzhalter zwischen den Warenbahnen,
aber auch als Griffelement und Porenbildner. Durch den erfindungsgemäßen Düsenauftrag
werden nun gezielt und dosiert Klebstoffpunkte 400 auf
die erste Warenbahn 100 aufgetragen, so dass die genannten
Eigenschaften des Flors hierbei wesentlich erhalten bleiben und
nur geringfügig
verändert
werden. Zugleich ist der Klebstoffauftrag vollständig reproduzierbar.
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Bei
einem direkten Auftragsverfahren z. B. mit einer Gravurwalze würden hingegen
sowohl das Flor komprimiert, als auch dessen "Griff" und Poreneigenschaften stark verändert. Ebenso
würden
dieselben unerwünschten
Effekte bei einem indirekten Auftragsverfahren, wie in 9 dargestellt,
auftreten. Hier wurde der Klebstoffauftrag kontaktlos durch Besprühen oder
Bepudern durchgeführt.
Die Klebstofftröpfchen
bzw. partikel 500 bedecken aufgrund der Dispergierung die
Oberfläche
des Flors, dringen in die Poren ein und verändern dadurch grundlegend die
Eigenschaften des Flors. Versteifung, Porenverschluss und Veränderung
des "Griffs" sind die Folge.
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- 1
- Auftragskopf
- 2
- Auftragsdüse
- 3
- Bindemittelaustrittsquerschnitt
- 4
- Verteilerelement
- 5
- Bindemittelaustrittsöffnung
- 6
- Bindemitteleintrittsquerschnitt
- 7
- Verbindungsleitung
- 8
- Verbindungsleitung
- 9
- Verbindungsleitung
- 10
- Bindemittelvorratsbehälter
- 11
- Förderpumpe
- 12
- Filter
- 13
- Messzelle
- 14
- Magnetventil
- 15
- Verbindungsbohrung
- 100
- erste
Warenbahn
- 200
- zweite
Warenbahn
- 300
- gerautes
Flor
- 400
- Klebstoffpunkt
- 500
- Klebstofftröpfchen