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Die
Erfindung betrifft ein Auftragssystem für Klebstoff gemäß dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1.
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Bei
der Buchherstellung im Klebebindeverfahren wird Klebstoff entweder
mit Walzenauftragswerken auf einen Buchrücken aufgetragen oder alternativ
mit Auftragsdüsen.
Bei dem Klebstoff handelt es sich dabei um Dispersionsklebstoffe,
Schmelzklebstoffe oder Dispersions-Schmelzklebstoff-Kombinationen.
Dabei hat sich in den letzten Jahren der Klebstoff Polyurethan (kurz:
PUR) als Schmelzklebstoff herausgestellt, der eine besonders gute
Blattausreißfestigkeit
aufweist sowie bei dem Buchblock 180° Aufschlagverhalten, dem so
genannten Lay-Flat-Verhalten besonders vorteilhafte Ergebnisse erzielt.
Dieser Klebstoff ist auch für
schlechtere Papierqualität vorteilhaft
einsetzbar, wobei bei schlechterer Papierqualität etwa gestrichene Papiere
gemeint, bei denen der Anteil der Strichbestandteile den für die Festigkeit erforderlichen
Faseranteil überwiegt,
und die sich auch schlechter aufrauen lassen, um die Faser für die Verklebung
freizulegen.
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Problematisch
bei dem Einsatz von PUR ist die nur begrenzte Einsatzfähigkeit
für Walzenauftragswerke,
da die relativ dünnen
Klebeschichten von wenigen 100 Mikrometern in einem Walzenauftragswerk
technisch nur schwer beherrschbar sind, sowie der Einstell-, Bedien-
und Reinigungsaufwand sehr hoch ist. Überdies setzt der Klebstoff
im Kontakt mit der Umgebung gesundheitsschädliche Isocyanate frei, was
ebenfalls die Einsatzfähigkeit
des PUR-Klebstoffs für
Walzenauftragswerke einschränkt.
Zudem härtet
das PUR an einer Sauerstoffatmosphäre und unter Einfluss von Luftfeuchtigkeit vorzeitig
aus, insbesondere bei traditionellen Walzenauftragswerken, die eine
große
Oberfläche
gegenüber
der Atmosphäre
aufweisen. Dieser Nachteil der Walzenauftragswerke zeigt sich insbesondere bei
Kleinauflagen und häufig
wechselnden Papiersorten, wie diese durch den Digitaldruck in zunehmendem
Maße entstehen.
Um diese Nachteile zu umgehen, werden zunehmend auch Düsenauftragssysteme
verwendet, etwa wie in dem US-Patent
US 4,667,879 ,
der Europäischen
Patentanmeldung
EP 1 033 262 und
der Europäischen
Patentanmeldung
EP 550 913 gezeigt.
All diesen Veröffentlichungen
ist gemein, dass nach Wegen gesucht wird, die Breite der Klebstoffspur
zu variieren. Dies ist für
Düsen wichtig, da
anders als in einem Walzenauftragssystem der Klebstoff außerhalb
der zu beklebenden Fläche
nicht in das System zurückfließen kann
und so bei einer zu breit eingestellten Düse eine Verschmutzung des Systems
oder einer übergeordneten
Vorrichtung nicht vermieden werden kann.
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Die
US 4,667,879 löst dieses
Problem der Breitenanpassung der Klebstoffspur durch eine zylindrische
Klebstoffkammer, in der eine zylindrische Dosierwalze angeordnet
ist, wobei die zylindrische Dosierwalze am Umfang eine Vertiefung
aufweist, die in axialer Richtung unterschiedliche Längen hat,
insbesondere die Form eines Trapezes aufweist. Je nach Drehwinkel
der Dosierwalze ist damit nur die der entsprechenden Breite der
Vertiefung auf der Dosierwalze zugeordnete Auftragsdüsenöffnung für den Klebstoff
zugänglich,
so dass entsprechend nur in diesem Bereich Klebstoff durch die Düse austreten
kann, der Rest wird durch die Seitenbereiche der Dosierwalze versperrt.
Diese Vorrichtung eignet sich besonders für sehr lange Leimspuren, wie
sie etwa bei der Holzverarbeitung verwendet werden können. Überdies
ist das System für
regulären
Heißleim
gedacht, bei dem sich die Problematik des ausreagierenden Klebstoffes
nicht in dem Maße
zeigt.
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In
der
EP 1 033 262 ist
ein anderes Düsenauftragssystem
gezeigt, bei dem die Düsenbreite über einen
Schieber der oberhalb der Düse
angeordnet ist, hervorragt. Zudem ist ein Verschluss der Düsenöffnung vorgesehen,
der allerdings unterhalb der Düsenöffnung liegt
und damit nur schwer zugänglich ist.
Problematisch am Stand der Technik gemäß der
US 4,667,879 ist es, dass für ein Verschlussmittel
der Düsenöffnung gemäß der
EP 1 033 262 kein ausreichender
Platz vorhanden ist.
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Es
ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Auftragssystem zu schaffen,
das auf einfache Weise Klebstoffspuren einer bestimmten, einstellbaren
Breite auf Materialien, insbesondere Buchblöcke, aufbringen kann, das für PUR geeignet
ist und Mittel aufweist, die ein vorzeitiges Ausreagieren des PUR-Klebstoffes
verhindern, um so die Standzeit des PURs im Auftragssystem zu verlängern, die
Reinigung des Systems zu erleichtern sowie die Länge einer Klebstoffspur auf
einfache Weise zu dosieren.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Auftragssystem für Klebstoff mit einer zylindrischen
Klebstoffkammer, wobei innerhalb der zylindrischen Klebstoffkammer
eine zylindrische Dosierwalze angeordnet ist, wobei die zylindrische
Dosierwalze am Umfang eine Vertiefung aufweist, die in axialer Richtung
unterschiedliche Länge
aufweist, etwa in Form eines Trapezes, einer Raute, eines Ovals
oder eines Dreiecks, wobei die Vertiefung der zylindrischen Dosierwalze
mit den Auftragsdüsenöffnungen
des Auftragssystems wechselwirkt, wobei durch die Länge der Vertiefung
in axialer Richtung die gegenüber
der Auftragsdüsenöffnung liegt,
die Klebstoffauftragsbreite der Auftragsdüsenöffnung im Wesentlichen vorgegeben
ist, mit dem kennzeichnenden Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Weitere
Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen.
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Demzufolge
weist das erfindungsgemäße Auftragssystem
Verschlussmittel für
die Auftragsdüsenöffnung auf.
Diese erlauben nun, das System einerseits gegenüber der Umgebungsatmosphäre luftdicht
abzuschließen,
andererseits die Länge
einer aufgetragenen Klebstoffspur auf einfache Weise zu dosieren
und so auch den Bedienkomfort der Vorrichtung zu steigern sowie
den erforderlichen Reinigungsaufwand sowie Klebstoffverbrauch zu
reduzieren.
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In
einer vorteilhaften ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Auftragssystems
handelt es sich bei dem Verschlussmittel der Auftragsdüsenöffnung um
ein zweigeteiltes Düsenblech,
das wenigstens eine Verschlusskante aufweist, wobei die Verschlusskante
relativ zu der Auftragsdüsenöffnung verschiebbar
angeordnet ist, derart, dass durch eine Überdeckung der Verschlusskante
und der Auftragsdüsenöffnung der
Klebstofffluss unterbrochen werden kann. Dabei kann einerseits das
zweigeteilte Düsenblech
derart ausgeführt
sein, dass beide Teile des zweigeteilten Düsenblechs beweglich sind, um
die Verschlusskante über
die Auftragsdüsenöffnung zu bringen
und dicht abzuschließen
oder ein Teil des zweigeteilten Düsenblechs ist ortsfest. Andererseits wäre es möglich, lediglich
ein eingeteiltes Düsenblech
einseitig über
die Auftragsdüsenöffnung zu schieben
und diese abzuschließen.
Vorteilhaft ist aber, wenn die Verschlusskante eines Teils des zweigeteilten Düsenblechs
an die andere Außenkante des
zweiten Teils des Düsenblechs
stößt, so dass
gegenüber
dem zu beklebenden Material eine im Wesentlichen ebene Fläche entgegensteht.
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In
einer alternativen vorteilhaften zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Auftragssystems
handelt es sich bei den Verschlussmitteln der Auftragsdüsenöffnung um
ein einteiliges Düsenblech,
das wenigstens eine Düsenblechöffnung aufweist,
wobei die Düsenblechöffnung relativ
zu der Auftragsdüsenöffnung verschiebbar
angeordnet ist, derart, dass nur bei einer wenigstens teilweisen Überdeckung
der Düsenblechöffnung und
der Auftragsdüsenöffnung Klebstoff
strömen
kann. Durch diese einteilige Variante des Düsenblechs ist automatisch die
im Wesentlichen ebene Fläche
gegenüber
dem Material, auf das der Klebstoff aufgetragen werden soll, gegeben.
Alternativ ist auch eine Mischung aus erster und zweiter Ausführungsform denkbar,
bei der mehrere Düsenbleche
nebeneinander über
die Breite der Auftragsvorrichtung angeordnet sind, die dann entweder
einteilig oder zweiteilig sind.
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Vorteilhaft
an der Verwendung eines einteiligen oder zweiteiligen Düsenbleches
ist es, dass dieses Düsenblech
sehr dünn
sein kann und damit wenig Platz zwischen der Düsenöffnung und dem Medium, auf
das der Klebstoff aufgetragen wird, etwa ein Buchblock, benötigt wird.
Ein mögliches
Verstellmittel des Düsenblechs,
das die Verschiebung zwischen der Düsenblechöffnung und der Auftragsdüsenöffnung realisiert,
kann weiter entfernt von der Auftragsdüsenöffnung angeordnet sein, an
einer Stelle, an der dafür
mehr Platz zur Verfügung
steht.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung des einteiligen Düsenblechs
besteht die Düsenblechöffnung aus
einer Doppelreihe versetzt zueinander angeordneter Löcher, durch
die der Klebstoff je nach Auftragsbreite beim Auftragen strömt. Dies
führt zu
einer Stabilisierung des Düsenblechs,
weil kein durchgehender Schlitz entlang der Auftragsbreite erforderlich ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Auftragssystems
ist auf der Dosierwalze entlang der Vertiefung eine mit der zylindrischen
Klebstoffkammer abschließende
Dichtung angeordnet. Dabei ist vorteilhafterweise die Dichtung derart
beschaffen, dass sie auch in die Auftragsdüsenöffnung soweit hereinragt, um
ein seitliches Breitfließen
des Klebstoffs in der Düse
zu verhindern. Dazu weist vorteilhafterweise die Auftragsdüsenöffnung an
dieser Stelle eine Schwächung
auf.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Auftragssystems
ist in dem Seitenbereich zwischen der zylindrischen Klebstoffkammer
und der Dosierwalze außerhalb
der Vertiefung ein Gleitfett aufgetragen, welches bei der Temperatur
des heißen
Klebstoffs hochviskose Eigenschaften hat. Typischerweise handelt
es sich bei der Temperatur, bei der PUR verarbeitet wird, um etwa 130°C. Dadurch
ist eine leichte Veränderung
der Auftragsweite durch Drehung der Dosierwalze auch im laufenden
Betrieb der Vorrichtung möglich.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Auftragssystems
ist die Dosierwalze und/oder die zylindrische Klebstoffkammer mit
haftungsverringernden Materialien bedeckt oder aus Materialien mit
niedriger Haftung aufgebaut, etwa PTFE (Polytetrafluorethylen, Teflon).
Dies fördert
die Möglichkeit,
das Auftragssystem schnell zu reinigen.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen näher beschrieben.
Es zeigen in schematischer Darstellung:
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1 eine
seitliche Schnittzeichnung durch das erfindungsgemäße Auftragssystem,
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2 eine
dreidimensionale Darstellung einer erfindungsgemäßen Dosierwalze,
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3 ein
Detail der Auftragsdüse
mit einem zweiteiligen Düsenblech,
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4 eine
Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines zweigeteilten
Düsenblechs,
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5 eine
weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Auftragsvorrichtung
in Vorderansicht,
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6 eine
Schnittansicht der Ausführungsform
von 5,
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7 eine
Ausführungsform
eines einteiligen Düsenblechs,
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8a eine
weitere Ausführungsform
eines einteiligen Düsenblechs,
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8b die
Detailansicht der Doppelreihe Löcher
der Ausführungsform
des Düsenblechs
aus 8a.
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Die
in den Figuren gezeigten Ausführungsformen
sind nur in ihren wesentlichen Merkmalen gezeigt. Weitere dem Fachmann
bekannte Elemente solcher erfindungsgemäßen Auftragsvorrichtungen wie
Lagerung, Steuerung, Antriebe, Vorschmelzer, Klebstoffzuführung, Buchblockzangen
usw. sind zur besseren Übersichtlichkeit
weggelassen und entlehnen sich dem wohlbekannten Stand der Technik.
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In 1 ist
der Auftragskopf 10 des erfindungsgemäßen Auftragssystems 100 im
Schnitt zu sehen. Der Auftragskopf 10 weist eine zylindrische Klebstoffkammer 11 auf,
innerhalb der die Dosierwalze 20 angeordnet ist. Durch
eine Klebstoffeinlassöffnung 12 wird
Klebstoff 2 in die Klebstoffkammer 11 eingeleitet.
Die Dosierwalze 20 ist, wie in 2 zu sehen
ist, derart aufgebaut, dass sie auf ihrem Umfang eine Vertiefung 22 aufweist.
Diese Vertiefung 22 kann unterschiedliche geometrische
Formen aufweisen, etwa ein Dreieck, ein Trapez, eine Raute, ein Oval
oder eine andere Form, wobei diesen Formen der Vertiefung 22 gemein
ist, dass die Breite der Vertiefung 22 in axialer Richtung
unterschiedlich ist. Die Vertiefung 22 wird seitlich durch
Dichtungsringe 26a, 26b begrenzt. Überdies
sind auf der Dosierwalze 20 weitere Dichtungsringe 26b angebracht,
die auch den Seitenbereich 23 zwischen der Vertiefung und dem
Rand der Dosierwalze 20 abschließen. Innerhalb dieses Seitenbereichs 23 ist
ein hochviskoses Gleitfett aufgebracht, insbesondere ein solches,
das bei der Betriebstemperatur der Düsenwalze z.B. bei 130 °C für PUR hochviskos
ist. Die Dosierwalze 20 ist in Richtung des mit dem Bezugszeichen 25 gekennzeichneten
Doppelpfeils um ihre Achse rotierbar. Dazu dient ein Antrieb 28.
Innerhalb des Auftragskopfes 10 ist wenigstens ein Heizelement 40 angeordnet.
Eine übergeordnete
Steuerung 50 kontrolliert sowohl den Antrieb 28 zur
Verstellung der Dosierwalze 20 als auch die Ansteuerung
des Heizelements 40 um die Dosierwalze 20 auf
der gewünschten
Betriebstemperatur zu halten.
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Der
Klebstoff 2 strömt
in die Vertiefung 22 auf der Dosierwalze 20 und
verlässt
den Auftragskopf 10 durch die Auftragsdüsenöffnung 16 um als Klebstoffspur 2 auf
einem Buchrücken
eines Buchblocks 1 aufgetragen zu werden. Unterhalb der
Auftragsdüsenöffnung 16 ist
eine Schwächung 14 angebracht, die
die Dicke des Auftragskopfes 10 im Bereich der Auftragsdüsenöffnung 16 auf
ein Mindestmaß verringert.
Außerdem
kommen durch diese Schwächung 14 die
Dichtungsringe 26a möglichst
dicht an die Auftragsdüsenöffnung 16 heran,
um ein Breitfließen
der Klebstoffspur 2 auf dem Buchblock 1 zu verhindern.
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Zwischen
dem Buchblock 1 und der Auftragsdüsenöffnung 16 ist ein
Düsenblech 32, 33 angeordnet.
Ein Verstellmittel 30, das ebenfalls von der Steuerung 50 angesteuert
wird, vermag das Düsenblech 32, 33 derart
relativ zu der Auftragsdüsenöffnung 16 zu
verschieben, so dass ein Öffnen
oder Verschließen
der Auftragsdüsenöffnung 16 möglich ist,
um so die Dosierung des Klebstoffs 2 auf dem Buchblock 1 zu
gewährleisten.
Außerdem
kann dadurch das System 100 im Ruhezustand gegenüber der
Außenatmosphäre abgeschlossen
werden.
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In 3 ist
eine Detailansicht eines zweiteiligen Düsenblechs 33 gezeigt.
Hierbei wird die Auftragsdüsenöffnung 16 durch
die Verschlusskante 37 des beweglichen Teils des zweiteiligen
Düsenblechs 33 verschlossen.
In 4 ist zudem ein Öffnungswinkel α gezeigt,
der zwischen der Auftragsebene und dem zweiteiligen Düsenblech 33 vorgesehen ist. Durch
diesen Öffnungswinkel α wird verhindert,
dass der aufgetragene Klebstoff 2 auf dem Buchblock 1 nochmals
in Kontakt mit dem Düsenblech 33 kommt, so
dass die Qualität
der Klebstoffspur 2 nicht verschlechtert wird. Außerdem ist
in 4 ein Ziehkeil 36 gezeigt, der zur feinfühligen Ein-
und Nachstellung der lichten Weite des Spaltes im zweiteiligen Düsenblech
verwendet wird. Durch das zweiteilige Düsenblech 33 ist auf
diese Weise eine Einflussnahme auf die gewünschte Schlitzweite möglich.
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In 5 und 6 ist
eine weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Auftragsvorrichtung 100 gezeigt,
wobei mittels Schrauben 35 ein einteiliges Düsenblech 32 oberhalb
der Auftragsdüsenöffnung 16 angebracht
ist. Zudem ist ein Ventil 18 gezeigt, das den Klebstofffluss
in die Klebstoffkammer 11 regelt. Wie in 7 gezeigt
ist, weist das einteilige Düsenblech 32 in
einer Ausführungsform
einen Schlitz 38 auf in einer in 8a gezeigten
anderen Ausführungsform
eine Doppelreihe 39, bestehend aus zueinander versetzten
Löchern 39a mit
Durchmesser D und Abstand A von Mittelpunkt zu Mittelpunkt innerhalb
einer Reihe, wobei der Abstand A kleiner ist als zwei Abstände D, so
dass über
die gesamte Breite der Doppelreihe 39 Klebstoff 2 fließen kann.
Diese Ausführungsform
mit den Löchern 39a weist
gegenüber
einem durchgehenden Schlitz 38 eine höhere Stabilität auf. Vorteilhafterweise
ist auch zwischen dem einteiligen Düsenblech 32 und der Auftragsebene
ein Öffnungswinkel β vorgesehen,
der verhindert, dass die Klebstoffspur 2 nach dem Auftrag
auf dem Buchblock 1 noch in Kontakt mit dem Auftragskopf 10 kommt.
Abweichend zu kreisrunden Löchern 39a sind
auch andere Formen denkbar, etwa Dreiecke oder hexagonale Öffnungen.
Das einteilige Düsenblech 32 kann
auf einfache Art und Weise durch Lösen der Schrauben 35 von
dem Auftragskopf 10 entfernt werden, um es zu reinigen
oder auszuwechseln.
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Das
erfindungsgemäße Auftragssystem 100 wurde
besonders in Verbindung mit der Klebebindung von Buchblöcken 1 beschrieben,
ist aber auch in anderen Applikationen verwendbar, bei denen eine definierte
Klebstoffmenge in unterschiedlicher Breite auf eine Oberfläche aufgebracht
werden muss, etwa bei der Holzverarbeitung.
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- 1
- Buchblock
- 2
- Klebstoff/Klebstoffspur
- 10
- Auftragskopf
- 11
- Klebstoffkammer
- 12
- Klebstoffeinlassöffnung
- 14
- Schwächung
- 16
- Auftragsdüsenöffnung
- 18
- Ventil
- 20
- Dosierwalze
- 22
- Vertiefung
auf der Dosierwalze
- 23
- Seitenbereich
- 25
- Drehrichtung
der Dosierwalze
- 26,a,b
- Dichtungsring
- 28
- Antrieb
- 30
- Verstellmittel
- 32
- einteiliges
Düsenblech
- 33
- zweiteiliges
Düsenblech
- 34
- Düsenblechöffnung
- 35
- Schraube
- 36
- Ziehkeil
- 37
- Verschlusskante
des zweiteiligen Düsenblechs
- 38
- Schlitz
- 39
- Doppelreihe
- 39a
- Loch
- 40
- Heizelement
- 50
- Steuerung
- 100
- Auftragsvorrichtung
- A
- Abstand
der Löchermittelpunkte
- R
- Radius
der Löcher
- α
- Öffnungswinkel
zwischen Düsenblech
und Buchblock
- β
- Öffnungswinkel
zwischen Düsenblech
und Buchblock Patentansprüche