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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Herstellen
von Befestigungskörpern,
wie beispielsweise Haftverschlußteilen,
bestehend aus einem Trägermaterial
und einer Vielzahl an Stielelementen, die zumindest an einer Seite
des Trägermaterials
vorstehen.
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Durch
die WO 02/13647 A2 ist ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum
Herstellen eines Haftverschlußteils
bekannt mit einer Vielzahl von einstückig mit einem Trägermaterial
verbundenen und symmetrisch aufgebauten Verhakungsmitteln in Form
jeweils eines mit einem Kopfteil versehenen Stielelementes, wobei
ein formbarer Werkstoff, insbesondere in Form eines thermoplastischen
Kunststoffmaterials, in eine Formgebungszone zwischen einem Druckwerkzeug und
einem Formwerkzeug zugeführt
wird. Dadurch, dass bei der bekannten Lösung in einem Längsschnitt
des jeweiligen Formhohlraumes für
die Haftverschlußteilfertigung
gesehen die einander gegenüberliegenden
Begrenzungswände
durchgehend mit einem konvexen Bahnverlauf versehen werden, ist ein
stetig verlaufender Übergang
zwischen den Querschnittsformen von Stielelement und Kopfteil für ein Verha kungsmittel
des Trägermaterials
erreicht, so dass es zu einem hemmfreien Entformungsprozeß kommen
kann.
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Ferner
ist durch die WO 00/00053 A1 ein Verfahren sowie eine Vorrichtung
zur Herstellung eines Haftverschlußteils als Befestigungskörper bekannt
mit einer Vielzahl von einstückig
mit einem Trägermaterial
ausgebildeten Verhakungsmitteln in Form von endseitige Verdickungen
aufweisenden Stielelementen, bei dem ein formbarer Kunststoffwerkstoff
in plastischem oder flüssigem
Zustand dem Spalt zwischen einer Druckwalze und einer Formwalze
zugeführt
wird. Als formgebendes Element am Formwerkzeug dient wiederum ein
durchgehende Hohlräume
aufweisendes Sieb, bei dem die Verhakungsmittel dadurch gebildet
werden, dass der formbare Werkstoff in den Hohlräumen des Siebes zumindest teilweise
erhärtet.
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Mit
den beschriebenen Siebformgebungsverfahren lassen sich in sehr exakter
Weise vorzugsweise rotationssymmetrische Verschluß- oder
Verhakungselemente für
ein Haftverschlußteil
herstellen, wobei insbesondere die Kosten für die Erstellung der Siebgeometrien
als Formwerkzeug hoch anzusetzen sind.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Befestigungskörpern, wie
beispielsweise Haftverschlußteilen,
zur Verfügung
zu stellen, das kostengünstig
betreibbar ist und dennoch hohe Produktionsausstoßraten ermöglicht. Eine
dahingehende Aufgabe löst
ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit
sowie eine Vorrichtung gemäß der Merkmalsausgestaltung
des Anspruches 9.
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Dadurch,
dass gemäß dem kennzeichnenden
Teil des Patentanspruches 1 zwischen einer Abgabeeinrichtung für die Stielelemente
und dem Trägermaterial
ein elektrisches Hochspannungsfeld erzeugt wird, längs dessen
Feldlinien die Stielelemente in vorgebbarer Anzahl von der Abgabeeinrichtung zum
Trägermaterial
transportiert werden und dass das Trägermaterial eine solche Konsistenz
ausbildet, dass die Stielelemente mit ihrem einen Ende in das Trägermaterial
eindringen und dort festgelegt werden, lassen sich mit hoher Produktionsgeschwindigkeit
Befestigungskörper,
wie Haftverschlußteile,
herstellen. Insbesondere kann auf kostenintensive Formgebungswerkzeuge
vollständig
verzichtet werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
beruht auf dem Prinzip, dass die Stielelemente in der Art von Kurzstapelfasern
in einem elektrostatischen Feld (elektrisches Hochspannungsfeld)
entweder durch Berührung
unmittelbar oder durch Influenz indirekt Ladung aufnehmen, wodurch
sie eine Polarität
erhalten, die eine zu den Feldlinien des elektrischen Feldes parallele
Ausrichtung der Fasern bewirkt.
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Infolge
der sich anziehenden entgegengesetzten Ladungen werden die Stielelemente
vom Gegenpol gleichzeitig angezogen, wodurch sie in der weichkonsistenten
Trägermaterialschicht
end- oder fußseitig
verankert werden. Vorzugsweise wird dabei Sorge dafür getragen,
dass nach Verankerung der Stielelemente in dem Trägermaterial
die aufgebrachte Ladung mit einer hinreichend schnellen Geschwindigkeit
abfließen
kann, da ansonsten die auf den Stielelementen befindliche Ladung
selbst ein elektrisches Feld induzieren könnte, was dann die Ausbildung
einer gleichmäßig dichten
Verhakungselementenanzahl auf dem Trägermaterial gerade verhindern würde.
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Als
besonders vorteilhaft haben sich Stielelemente erwiesen, die aus
einem thermoplastischen Kunststoffmaterial bestehen und/oder aus
einem Acrylatwerkstoff (Duroplast) gebildet sind. Auch besteht die
Möglichkeit,
die Stielelemente in der Art einer Bikomponentenfaser auszubilden,
bei der mindestens zwei Faserschichten koaxial oder Seite an Seite
(side by side) zueinander angeordnet sind, wobei ein Anteil der
Bikomponentenfaser gut formbar sein kann und der andere Anteil beispielsweise
die Stabilität
für die
angestrebte Verschlußwirkung
gewährleistet.
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Sofern
im Sinne der Erfindung von Fasermaterial gesprochen wird, versteht
man hierunter insbesondere Monofilamentstrukturen, die vorzugsweise in
der Art eines in Kurzfasern ablängbaren
Drahtes die Stielelemente bilden. Das Trägermaterial ist vorzugsweise
als elektrisch leitfähiges
Substrat ausgebildet und in der Art einer wässrigen Acrylatdispersion oder
eines wässrigen
Dispersionshaftklebstoffes auf Kunstharzbasis ausgebildet. Die wässrigen
Anteile bewirken die gute Leitfähigkeit
des Trägermaterials
und ansonsten gewährleistet
das Trägermaterial ein
rasches Aushärten,
vorzugsweise über
einen Vernetzungsprozeß.
Die in das Trägermaterial
teilweise eingebrachten Stielelemente werden dergestalt fest nach
Aushärten
des Trägermaterials
in diesem verhakt. Durch Einsatz von Wärmequellen, wie beispielsweise
IR-Strahlern und/oder durch Auftrag chemischer Vernetzungsmittel
sowie mittels Strahlungsvernetzung, läßt sich der angesprochene Aushärtevorgang
für das
Trägermaterial
beschleunigen.
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Sofern
die Stielelemente des derart hergestellten Befestigungskörpers zur
Verbesserung ihrer Verschluß-
oder Verhakungscharakteristik mit definierten Verschlußteilen
zu versehen sind, werden die auf dem Trägermaterial befindlichen freien
Enden der Stielelemente angeflämmt,
wobei dann unter der Eigenspannung des Kunststoffmaterials sich
pilzkopfartige Verschluß strukturen
ausbilden. Alternativ oder zusätzlich
können
die angewärmten
Stielenden auch mechanisch in Verschlußstrukturen umgeformt werden,
so dass sich dergestalt auch hakenförmige Strukturen od. dgl. ausbilden
lassen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
nach Patentanspruch 9 besteht aus einer Abgabeeinrichtung für die Stielelemente,
die eine Hochspannungsquelle beinhaltet, wobei der Boden eines Abgabebehälters, in
dem die Stielelemente bevorratet sind, mit einem leitfähigen Substrat,
vorzugsweise in Form eines Lackes, beschichtet ist, der an den Minuspol
der Hochspannungsquelle angeschlossen ist, während der Pluspol an der Masse
eines leitfähigen
Gehäuses, vorzugsweise
Metallgehäuses
der Abgabeeinrichtung und am Trägermaterial
angeschlossen ist. Bei der dahingehenden Ausgestaltung ist sichergestellt, dass
unter dem Einfluß des
Hochspannungsfeldes die Stielelemente mit vertikaler Orientierung
das horizontal ausgebreitete Trägermaterial
treffen, so dass insoweit ein maximaler Abstand zwischen dem freien Stielelementenende
und der Oberseite des Trägermaterials
besteht, was für
eine ungestörte
Verhakung weiterer Verschlußteile,
beispielsweise in Form von schlaufen- oder schlingenartigen Befestigungselementen
eines korrespondierenden Haftverschlußteile, günstig ist.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
der beanspruchten Lösung
sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.
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Im
folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren
zum Herstellen von Befestigungskörpern nebst
Vorrichtung anhand eines Ausführungsbeispiels
nach der Zeichnung näher
erläutert.
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Dabei
zeigt die einzige Figur in prinzipieller und nicht maßstäblicher
Darstellung den prinzipiellen Aufbau einer Auftragvorrichtung zum
Durchführen des
beanspruchten Verfahrens.
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Die
in der Figur gezeigte, als Ganzes mit 10 bezeichnete Abgabeeinrichtung
beinhaltet eine nicht näher
dargestellte Hochspannungsquelle, von der symbolisch nur der Minuspol 12 sowie
der Pluspol 14 dargestellt sind. Es hat sich gezeigt, dass
sich eine stabile Hochspannung von ca. 15.000 V Gleichspannung erreichen
läßt; ein
Spannungswert, der für
die aufgezeigte Aufgabenstellung ausreichend ist. Die Abgabeeinrichtung 10 weist
insbesondere einen Abgabebehälter 16 auf,
dessen Behältergröße insbesondere
in Abhängigkeit
der Anzahl der aufzunehmenden Stielelemente 18 zu wählen ist.
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Bei
der in der Figur gezeigten Ausführungsform
ist der Abgabebehälter 16 bodenseitig
mit einem leitfähigen
Substrat 20, beispielsweise in Form eines entsprechenden
Lackes, beschichtet, der an den Minuspol 12 der Hochspannungsquelle
angeschlossen ist. Der Abgabebehälter 16 ist
gegenüberliegend
zu seinem Boden mit dem Substrat 20 mit einer deckelartigen
Siebstruktur 22 versehen, wobei die Siedurchgänge 24 in
ihren Abmessungen derart gewählt werden,
dass die Stielelemente 18 aus der Vorrichtung gut austragbar
sind. Die deckelartige Siebstruktur 22 ist vorzugsweise
vergleichbar wie der Abgabebehälter 16 kreisrund
und mithin dosenartig ausgebildet; andere Querschnittsformen sind
hier aber gleichfalls realisierbar.
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Um
Stielelemente 18 in verschiedenen Herstellvorgängen in
der Länge
entsprechend variieren zu können,
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die je weils eingesetzte Siebstruktur 22 austauschbar
zu gestalten und/oder dafür
Sorge zu tragen, dass der axiale Abstand zwischen der Siebstruktur 22 und dem
Boden des Abgabebehälters 16 in
Richtungen einstellbar ist, die in der Figur mit einem mit Z bezeichneten
Doppelpfeil aufgezeigt sind. Ferner ist es sinnvoll, über eine
nicht näher
dargestellte Steuereinrichtung die Stärke des Hochspannungsfeldes
in Abhängigkeit
der Anwendungsaufgabe variieren zu können. Über eine nicht näher dargestellte
Nachfülleinrichtung
läßt sich
darüber
hinaus der Abgabebehälter 16 mit
Stielelementen 18 auch während eines Auftragvorganges
nachbefüllen.
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Unterhalb
der Abgabeeinrichtung 10 ist eine Transportfolie 28 angeordnet,
die mittels einer nicht näher
dargestellten Bandeinrichtung in X-Richtung 30 transportierbar
ist. Die dahingehende Transportfolie 28 besteht vorzugsweise
aus einem dünnwandigen
Kunststoff- oder Metallmaterial. In einer nicht näher dargestellten
Auftragsstation, die vor der in der Figur gezeigten Beschickungsstation
liegt, wird ein plastifiziertes Trägermaterial 32 auf
die Oberseite der Transportfolie 28 aufgebracht, vorzugsweise
mittels eines Aufrakelvorganges. Das genannte Trägermaterial 32 verteilt
sich dann mit einer Art teig- oder streichartigen Konsistenz flächig auf
der Transportfolie 28. Zur Erhöhung der Auftragsgeschwindigkeit
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Transportfolie 28 gleichfalls
an den Minuspol 12 anzuschließen.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
besteht das Trägermaterial 32 aus
einer wässrigen Acrylatdispersion
oder aus einem wässrigen
Dispersionshaftklebstoff auf Kunstharzbasis. Aufgrund der wässrigen
Ausgestaltung ist das Trägermaterial 32 sehr
leitfähig
und über
eine elektrische Verbindungsleitung 34 mit dem Pluspol 14 verbunden
ebenso wie das Metallgehäuse 36 des
Abgabebehälters 16.
Wird die Hochspannungsquelle aktiviert, wirbeln die im Abgabebehälter 16 bevorrateten
Stielelemente 18, gebildet aus einem leitfähigen Kunststoffmaterial,
auf und insbesondere werden die Stielelemente 18 im elektrostatischen
Feld entweder durch Berührung oder
durch Influenz mit Ladung versehen, wodurch sie eine Polarität erhalten,
die eine zu den Feldlinien des elektrischen Feldes parallele Ausrichtung
der Stielelemente bewirkt. Hierdurch treten die Stielelemente 18 gemäß der Darstellung
nach der Figur aus dem Abgabebehälter 16 über die
Siebdurchgänge 24 der
Siebstruktur 22 aus dem Abgabebehälter 16 aus und fallen
in Richtung auf die Oberseite des spannungsbehafteten Trägermaterials 32.
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Der
dahingehende Vorgang ist exemplarisch für wenige Stielelemente 18 in
der Figur aufgezeigt. In Wirklichkeit verläßt eine Vielzahl an Stielelementen 18 die
Abgabeeinrichtung 10 und diese fallen in hoher Dichte auf
das Trägermaterial 32.
Selbst wenn durch den hohen Grad an Beschickung sich nicht alle Stielelemente 18 senkrecht
mit dem Trägermaterial 32 haftend
verbinden, reicht die Dichte dennoch aus, um einen Befestigungskörper herzustellen,
insbesondere in der Art eines Haftverschlußteils, mit einer hohen Dichte
an Verschluß-
oder Verhakungselementen. So lassen sich durchaus mehrere Hundert oder
mehrere Tausend an Stielelementen 18 pro Quadratzentimeter
auf dem Trägermaterial 32 in senkrechter
Richtung an diesem befestigen.
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Aufgrund
der klebstoffartigen Konsistenz des bandartigen Trägermaterials 32 dringen
die Stielelemente 18, wie in der Figur gezeigt, mit ihrem
einen freien Ende in die Oberseite des Trägermaterials 32 ein
und verhaften dort aufgrund der Klebstoffcharakteristik des eingesetzten
Trägerwerkstoffes
für das Trägermaterial 32.
Infolge der sich anziehenden, entgegengesetzten Ladungen werden
die Stielelemente 18 vom Gegenpol mithin gleichzeitig angezogen,
wodurch sie in der aufgebrachten Kleberschicht des Trägerma terials 32 verankert
werden, das insoweit auch in der Art eines Mehrschichtaufbaues ausgebildet
sein kann. Beispielsweise kann in Blickrichtung auf die Figur gesehen
anstelle der Transportfolie 28 ein Kunststoffsubstrat eingebracht
sein, auch bereits in Form eines vorgefertigten Produktes, das insoweit eine
Verbindung mit dem Trägermaterial 32 unter
Erzeugen eines Komplettproduktes eingeht. Eine dahingehende Zwischen-
oder Mehrschicht könnte
wiederum durch die Transportfolie 28 abgestützt sein, die
nicht zwingend als Transportband auszubilden ist, sondern vielmehr
auch als Stückgut
chargenweise eine Beschickung ermöglichen würde. Über die Transportfolie 28 kann
aber sichergestellt werden, dass nach der Verankerung der faserartigen
Stielelemente 18 in der Trägermaterialschicht 32 die
aufgebrachte Ladung mit einer hinreichend schnellen Geschwindigkeit
abfließen
kann, um zu verhindern, dass die auf den Stielelementen 18 aufgebrachte
Ladung ein elektrisches Feld induziert, die die Anbringung weiterer
Stielelemente 18 im Auftragverfahren behindern könnte.
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Als
besonders geeigneter Werkstoff für
die Stielelemente 18 haben sich Acrylatwerkstoffe sowie thermoplastische
Kunststoffe erwiesen, beispielsweise in Form eines Polyolefin-,
eines Polypropylen- oder eines Polyester-Werkstoffes; entsprechende Mischungen
auch in der Art ausgebildeter Bikomponentenfasern sind hier möglich. Bei
dem in der Figur aufgezeigten und angelegten Hochspannungsfeld werden
die in der Art von Kurzstapelfasern ausgebildeten Stielelemente 18 durch
die vorhandenen Elektronen negativ aufgeladen und werden nach Austritt durch
die Siebstruktur 22 auf das positiv aufgeladene Trägermaterial 32 gesogen.
Als besonders günstig hat
es sich erwiesen, die Kunststoff-Stielelemente 18 aus einem
Monofilamentfaden zu bilden mit einer Länge von 0,5 bis 2,5 mm, vorzugsweise
in der Größenordnung
von 1 mm.
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Nach
erfolgter Beschickung des Trägermaterials 32 mit
den Stielelementen 18 wird das schichtförmige Trägermaterial 32 in
Pfeilrichtung X zu einer Wärmestation 38 verfahren,
mit der beispielsweise die freien Stielenden 40 anwärmbar oder
anflammbar sind. Unter der Oberflächenspannung des Kunststoffmaterials
bilden sich dann die freien Stielenden 40 in ein pilzartiges
Kopfverschlußmaterial 42 um, das
insoweit dann das eigentliche Haftverschlußteil 44 ausbildet. Über nicht
näher dargestellte
Separiereinrichtungen läßt sich
dann das Trägermaterial 32 weiter
konfektionieren; insbesondere die gewünschten Größen für die spätere weitere Verwendung des Haftverschlußteils 44 erreichen.
Des weiteren kann die Wärmestation 38 auch
das Aushärten
des Trägermaterials 32,
beispielsweise unter Einsatz von UV-Strahlung, voranbringen, um
dergestalt möglichst rasch
eine ausgehärtete
stabile Struktur für
das Gesamt-Haftverschlußteil 44 zu
erreichen.
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Zusätzlich oder
in Verbindung mit der Wärmestation 38 kann
auch ein nicht näher
dargestelltes Formgebungswerkzeug zum Einsatz gebracht werden, das
endseitig die Stielgeometrie mit bestimmt; dergestalt lassen sich
beispielsweise über
ein nicht näher
dargestelltes entsprechendes Formwerkzeug die Stielelemente in ein
Hakenverschlußmaterial
umbilden. Unabhängig
von einer freien Formgebung der Stielenden 40 bilden insoweit
die stielartigen Elemente mikrostrukturell bereits gleichfalls eine
gewisse Befestigungskraft aus, so dass insoweit die im wesentlichen
zylindrisch ausgebildeten Stielelemente 18 gleichfalls
als Befestigungsteil angesehen werden können. Insbesondere bei aufgerauhten
Oberflächen für die Stielelemente 18 lassen
sich diese bereits ohne weitere Kopfformung als Befestigungsteil
für vorgebbare
Anwendungsaufgaben einsetzen. Im Sinne einer Massenfertigung kann
es darüber
hinaus ferner vorgesehen sein, in Reihe mehrere Beschickungseinrichtungen
nach der Figur für
Trägermaterialstrukturen 32 vorzusehen.
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Die
Stielelemente 18 können
auch anders geartete Querschnittsformen aufweisen, beispielsweise
dreieckförmig
oder oval ausgebildet sein; ferner ist die Ausbildung in Form eines
Kreuzes oder in Sternanordnung denkbar. In Abhängigkeit der Befestigungsaufgabe
kann es auch vorteilhaft sein, vorgeformte Stielelemente (nicht
dargestellt) einzusetzen, beispielsweise in der Art dachförmiger Krampen
oder in der Art eines U's
oder V's ausgebildet.
Die freien Stielenden verankern sich dann paarweise innerhalb des
Trägermaterials 32 und
sofern die Stielelemente 18 unabhängig von ihrer Querschnittsform
endseitig zumindest an einem Ende umgebogen sind, ergibt sich ein
hakenförmiges
Eingreifmittel mit verbesserter Verankerungsmöglichkeit innerhalb des Trägermaterials 32 mit
teigiger Konsistenz. Ist das jeweilige Stielelement 18 an
beiden Enden umgebogen, ergibt sich zum einen die bereits angesprochene
Verhakungsmöglichkeit
im Trägermaterial 32 und
zum anderen ein Verschlußhaken
für ein
korrespondierendes Schlaufen- oder Vliesmaterial eines Haftbandverschlusses.
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Es
ist für
einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet der Oberflächenhaftverschlüsse überraschend,
mit welch hohen Geschwindigkeiten und mit welch hoher Dichte sich
Substratmaterialien mit Stielelementen zur Bildung von Haftverschlußteilen
versehen lassen.