DE102006016584B4

DE102006016584B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Auftragen von Klebstofffäden und -punkten auf ein Substrat

Info

Publication number: DE102006016584B4
Application number: DE102006016584.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Brune
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2006-04-06
Publication date: 2016-02-25
Anticipated expiration: 2026-04-07
Also published as: KR20080083258A; US20090136660A1; EP1929079B1; JP2009509734A; WO2007036338A2; WO2007036338A3; JP5096343B2; DE102006016584A1; ATE551455T1; EP1929079A2; US8323730B2

Abstract

Vorrichtung zum Auftragen von Klebstofffäden auf ein Substrat (30) gekennzeichnet durch
einen rotierbaren Auftragskopf (18) mit mindestens einer mit radialem Abstand (b) von der Rotationsachse (18D) des Auftragskopfes (18) angeordneten Klebstoffaustrittsdüse (18A), einem Wellenschaft (18B) und mindestens einem von einer Klebstoffversorgungseinheit (20) über den Wellenschaft (18B) zu der mindestens einen Klebstoffauftragsdüse (18A) führenden Klebstoffversorgungskanal (18C),
bei der ein Drehantrieb (12, 15, 14) den Auftragskopf (18) um seinen Wellenschaft (18B) rotiert, und
bei der eine Klebstoffvorsorgungseinheit (20) und/oder eine Ventilanordnung (22) die Beaufschlagung des Klebstoffversorgungskanals (18C) des Auftragskopfes (18) mit Klebstoff steuert.

Description

TECHNISCHER HINTERGRUND
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auftragen von Klebstofffäden auf ein Substrat. Sie findet Anwendung in einer Vielzahl von technischen Bereichen, wie z. B. beim Fixieren pulverförmiger Stoffe auf einer Unterlage, wie einem Filterpapier oder -tuch, bei der Steinwollebeschichtung, bei Hygieneprodukten, wie Windeln und Binden, bei der Textilkaschierung, bei Teppichbeschichtungen, als Antirutschauftrag, bei der Papierverklebung wie von Küchen-, Toiletten- oder Serviettenpapier und vielem Anderen mehr.
Es ist bekannt, feine und feinste Klebstofffäden dadurch zu erzeugen, dass der flüssige, bei Hotmeltkleber der schmelzflüssige, Klebstoff durch einen Düsenkanal gepresst wird. Beim Austritt des noch relativ großkalibrigen Klebstofffadens tritt eine Verstreckung in Längsrichtung und eine in Verwirblung des Klebstofffadens dadurch ein, dass der aus der Düse austretende Klebstofffaden über geeignet angeordnete Luftführungskanäle von einem Luftwirbel erfasst wird. Die Luftdüsen sind so gerichtet, dass der Faden eine etwa spiralförmige Bewegung ausführt. Der so gebildete Spinnfaden wird also im Sprühauftrag auf das mit einem Klebstofffadenmuster zu belegende Substrat gelenkt. Durch die Anwendung von Luft wird der Klebstofffaden auf seinem Weg zwischen Düse und Substrat abgekühlt. Deshalb muss die Luft stark erhitzt werden, was bei einem großflächigen Klebstoffauftrag sehr viel Energie bedarf und aufwendig ist. Eine nur geringe Erhitzung des Klebstofffadens wirkt in der Regel nur auf einem Teil seiner Flugbahn nach, so dass der Klebstofffaden bei seinem Auftreffen auf dem Substrat bereits spürbar abgekühlt sein kann. Die Sprühluft, welche ebenfalls eine Richtungskomponente auf das Substrat aufweist, muss beim Auftreffen auf das Substrat umgelenkt werden, wenn das Substrat nicht hinreichend luftdurchlässig ist. Dadurch kann eine Art Luftpolster oberhalb des Substrats entstehen, welches den sehr leichten, ausgezogenen Klebstofffaden bei seinem Absinken auf das Substrat trägt, so dass der Faden sich erst dort auf das Substrat legen kann, wo dieser Luftkisseneffekt ausreichend schwach geworden ist, also in Randzonen. Ein weiterer Nachteil des Luftsprühsystems (auch andere gasförmige Medien können anstelle von Luft verwendet werden) ist es, dass sehr geringe Auftragsgewichte pro Substratfläche von z. B. einem bis fünf Gramm pro m² kaum möglich sind. Auch die Feinheit des auf dem Substrat sich niederschlagenden Geflechts an Klebstofffaden ist vergleichsweise grob, da sich die Klebstofffaden im Randbereich immer überlappen. Was bei einem Sprühauftrag zu einer Streifenbildung und einem Klebstoffüberschuss im Randbereich des Klebstoffauftrages führt.
Die DE 91 17 061 U1 offenbart eine Auftragsvorrichtung für Klebstoff nach Art eines Pistolenkörpers mit einer Düsenkappe. Es sind in einem Düsenplattenabschnitt eine zentrale Durchgangsbohrung sowie hierzu in einem Winkel ausgerichtete Zufuhrkanäle vorgesehen, um dadurch eine längliche Klebstofffaser zur Ablage auf einer Unterlage zu bilden.
Die EP 1 243 342 A2 offenbart eine Vorrichtung zur Abgabe eines Fluidfadens mit einer Düse, wobei ein Düsenfestklemm- und Ausstoßhebel vorgesehen ist, der schwenkbar an dem Gehäuse befestigt ist und der die Düse aus einer Position an ihrer Montagefläche fortbewegen kann.
Schließlich offenbart die DE 24 05 450 C2 eine Vorrichtung und ein Verfahren zum fortschreitenden Aufbringen einer Klebstoffschicht mit einer Klebstoffdüse auf einer Werkstoffoberfläche längs einer vorgegebenen Bahn, wobei diese Werkstückoberfläche anschließend mit einer anderen Werkstückoberfläche verbunden wird (insbesondere Schuhteile). Der aufzubringende Faden weist auf seinem Weg zwischen Klebstoffdüse und Werkstoffoberfläche eine Drehbewegung auf, wodurch die Klebstoffschicht in Form einer Folge sich überlappender Schleifen auf die Werkstückoberfläche aufgebracht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dass Auftragen von Klebstofffäden auf ein Substrat dahingehend weiterzuentwickeln, dass ein verbesserter Auftrag ohne den Einsatz von Sprühluft, erzielt wird sowie die Anwendung eines solchen Auftrags zu neuen oder verbesserten Flächenprodukten.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 vorgeschlagen. Demnach basiert die Erfindung darauf, eine oder mehrere Klebstoffauftragsdüsen auf einer Umlaufbahn rotieren zu lassen, so dass ohne Anwendung störender Sprühluft gezielt vorgebbare Fliegkräfte auf den austretenden Klebstofffaden einwirken und somit die Herstellung eines vergleichsweise exakt vorgebbaren Klebstofffadenmusters auf dem Substrat zu ermöglichen. Ausgehend von diesem technischen Konzept ist es nun auf vielfältige Weise möglich, den Klebstoffauftrag auf dem Substrat gezielt zu variieren. Wesentliche Parameter dieser Veränderung sind: Die Drehzahl des Auftragkopfes, der Förderdruck im Auftragskopf, der Düsenquerschnitt, die Anzahl der am Auftragskopf vorgesehenen Düsen, der Auswurfwinkel zwischen der Rotationsachse des Austrittskopfes und der Düsenachse, die radiale Entfernung der Mündung der Austrittsdüse von der Rotationsachse, die axiale Länge des Klebstoffversorgungskanals zwischen dem Klebstoffbeaufschlagungsventil und der axialen Position der Klebstoffaustrittsdüse, aber auch stoffliche Parameter des Klebstoffs einschließlich seiner Zähigkeit, seines Schmelzpunktes und der Klebstofftemperatur im Bereich der Austrittsdüse. Die Verstreckungsmöglichkeiten eines Klebstofffadens hängen demnach auch von den Eigenschaften des Klebstoffs, die u. a. die innere Kohäsion des Klebstofffadens beeinflussen, ab. Wenn letztere sehr gering wird, reißt der Klebstofffaden zu mehr oder minder kurzen Abschnitten, die auch Pünktchenform erhalten können, auseinander. Für die Zwecke dieser Erfindung wird die Aneinanderreibung solcher Fadenabschnitte ebenfalls als „Klebstofffaden” verstanden.
Bevorzugte Drücke auf den Klebstoff im Bereich der Klebstoffversorgungseinheit bzw. des Klebstoffversorgungskanals liegen zwischen etwa 10 und 200 bar, besonders bevorzugt zwischen 25 und 180 bar.
Ein Vergrößern der Drehzahl des Auftragskopfes vergrößert den Auftragsdurchmesser und beeinflusst das aufgetragene Flächengewicht an Klebstoff. Letzteres ist auch abhängig von der Relativgeschwindigkeit zwischen rotierendem Auftragskopf und dem Substrat in auf die Rotationsachse bezogen radialer Richtung. Je höher die Relativgeschwindigkeit ist, umso geringer wird das Flächengewicht und umso grober das Fadenmuster. Im Übrigen wird durch eine relativ höhere Drehzahl der Klebstofffaden nach Austritt aus der Austrittsdüse zunehmend stark gestreckt. Dadurch kann der Einzelfaden einen sehr geringen Durchmesser erhalten und beinhaltet demzufolge weniger Klebstoffmasse. Eine besonders feine Klebstoffverteilung wird trotz geringen oder mäßigen Flächengewichts möglich. Typische Drehzahlen des Auftragskopfes liegen zwischen 100 und 10000 Umdrehungen pro Minute. Ein bevorzugter Drehzahlbereich liegt zwischen 400 und etwa 5000 Umdrehungen pro Minute.
Die Querschnitte des mindestens einen Klebstoffversorgungskanals im Auftragskopf, werden möglichst groß gewählt, wenn möglichst große Zentrifugalkräfte gewünscht werden. Diese steigen mit größer Werden der bewegten Masse des Klebstoffs im Klebstoffversorgungskanal.
Bevorzugte Düsenquerschnitte liegen zwischen etwa 0,2 und 2,0 Millimetern. Je kleiner der Düsenquerschnitt ist, umso größer muss der Materialdruck sein. Die Veränderbarkeit der Viskosität, z. B. durch unterschiedliche Temperaturen, ist vergleichsweise geringer. Demnach führen kleiner kalibrierte Düsen wegen des höheren erforderlichen Druckes zu größeren Auftragsgewichten. Bei größeren Düsenquerschnitten ist ein geringerer Materialdruck erforderlich. Dadurch erzielt man den unerwarteten Effekt, dass eine große Düse (etwa mit einem Durchmesser von 1 Millimeter) zu einer sehr guten Fadenverstreckung führt und hierdurch ein geringeres Fadengewicht je Fadenlängeneinheit erzielt wird. Geringere Drücke bedeuten auch geringeren betrieblichen Aufwand. Bei kleineren Düsen ist die Verstreckungsmöglichkeit geringer. Dafür ist die Auftragsbreite bei den kleineren Düsen unter dem entsprechend höheren Druck größer als bei größeren Düsen mit kleineren Drücken. Wenn mehrere Düsen mit unterschiedlichem Durchlass am selben Anfang des Auftragskopfes angeordnet sind, führt dies zu einem Fadenmuster mit unterschiedlichen Auftragsbreiten der aus verschiedenen Düsen stammenden Klebstofffäden.
Wenn zumindest der Auftragskopf, möglichst aber auch seine peripheren Einrichtungen beheizt wird/werden, kann dadurch das Strömungsverhalten des Klebstoffs im Klebstoffversorgungskanal beeinflusst werden. Von besonderem Vorteil ist eine kontaktlose Beheizung der unmittelbar zu den Klebstoffaustrittsdüsen führenden Abschnitte des Klebstoffversorgungskanals. Zu diesem Zweck können z. B. Infrarotstrahler eingesetzt werden, welche ihrerseits sich nicht zwingendermaßen mit dem Auftragskopf mitdrehen müssen. Bei rotierbaren Auftragsköpfen in einer – erfindungsgemäß bevorzugten – Tellerform, bietet die Tellerrückseite eine gute Möglichkeit, erhebliche Wärmemengen auf den Klebstoff in dem des Klebstoffversorgungskanal einwirken zu lassen. Auf diese Weise kann ein hocherhitzter Strahler ohne körperlichen Kontakt zum rotierenden Teil des Auftragskopfes diesen berührungslos erwärmen. Ein zwischen diesem Heizelement und dem rotierenden Teil des Auftragskopfes verbleibender Luftspalt kann durch aktives Einblasen eines Fluides, wie Luft, frei von Verunreinigungen gehalten werden.
Um einen bahnenförmigen Materialauftrag aus Klebstofffäden in Schichtform zu erhalten, wird der Auftragskopf relativ zu einer Unterlage bewegt. Bevorzugt verbleibt der Auftragskopf in einer vorgegebenen Position und ein mit Abstand unter ihm herlaufendes Endlosband, dass zwischen zwei Umlenkwalzen geführt ist, nimmt die Klebstofffadenschicht auf und transportiert sie bis zu einer Übergabestelle weiter. Hierbei ist es sowohl möglich, ein bahnenförmiges Substrat mit dem Transportband oder einer anderen Transportvorrichtung für bahnenförmiges Material fortschreitend unter dem Auftragskopf verfahren zu lassen, so dass die Materialbahn als Substrat für die Klebstofffadenschicht dient und mithin eine mehrschichtige Materialbahn entsteht, auf deren Oberseite sich die Klebstoffadenschicht befindet. Es ist aber auch möglich, dass Transportband selber als Substrat zu verwenden und darauf lediglich die Klebstofffadenschicht aufzutragen. Wenn die dem Klebstoff zugewandte Oberfläche des Transportbandes aus entsprechendem Material, wie einer PE-Schicht besteht, kann die Klebstofffadenschicht überraschender Weise nach einer Abkühlstrecke von dem Transportband abgehoben und als eigenständiges Klebstofffadenflies gehandhabt, z. B. aufgewickelt oder weiterverarbeitet werden. In beiden Fällen ist die Klebstofffadenschicht mehr oder minder porös, wobei die Porosität sowie das Auftragsmuster mit Hilfe der Prozessparameter und der Gestaltung des Auftragskopfes vorgegeben werden kann. Das Transportband hat auch die Funktion, eine Kühlstrecke für die Klebstofffadenschicht oder das Klebstofffadenflies zu definieren. Dies kann mit und ohne aktive Kühlung geschehen. Die Grammatur kann in sehr werten Grenzen eingestellt werden, wobei 1 Gramm pro qm² etwa einer Fliesdicke von 1 μm entspricht.
Durch die Erfindung wird unter anderem erreicht, dass die Auftragsränder des Klebstoffs relativ scharf sind, und vergleichsweise gut mit Klebstoff versorgt werden, weil die Fäden in bzw. etwa parallel zur Arbeitsrichtung (relative Bewegungsrichtung zwischen Substrat und Auftragskopf) übereinander liegen. Dies kann in bestimmten Fällen zu einer gewissen Überversorgung an den Bahnrändern mit Klebstoff führen. Eine solche Überversorgung kann vermieden werden, beispielsweise dadurch, dass an dem Austrittskopf mehrere Düsen vorgesehen sind und sich die Anordnung dieser Düsen voneinander unterscheidet, und zwar in einer solchen Weise, dass ein Teil der Düsen zu einer (im Vergleich zu den übrigen Düsen) unterschiedlichen Klebstoffauftragsbreite führen. Dies wird z. B. durch unterschiedliche radiale Abstände der einzelnen Düsen von der Rotationsachse erreicht und/oder unterschiedliche axiale Positionen der Austrittsdüsen in Bezug auf den Wellenschaft. Dadurch werden von jeder Düse mit anderer Anordnung ein eigenes Auftragsbild erzielt. Wenn dadurch die Auftragsbreite der einzelnen Auftragsbilder unterschiedlich ist, so dass die Überversorgung der insgesamt mit Klebstofffäden versehenen Substratstreifen vermindert. Auch der Auswurfwinkel kann zu diesem Zweck genutzt werden. Dieser kann grundsätzlich auch 0° betragen, d. h., dass die Achse der Austrittsdüse parallel zur Rotationsachse verläuft. Sogar negative Auswurfwinkel sind möglich, d. h., dass die Düsenachse zurück auf die Rotationsachse gerichtet ist. In solchen Fällen führen die relativ großen Fliegkräfte, die am austretenden Klebstofffaden wirken aber dazu, dass der Klebstofffaden abreißen kann. Deshalb betragen die Auswurfwinkel bevorzugt 15° und mehr in nach radial außen gerichteter Richtung. Auch große Auswurfwinkel von z. B. 90° sind möglich. Allerdings sind dann die Auftragsbilder an den Rändern weniger schart.
Teller- oder scheibenförmige Auftragsköpfe haben sich besonders bewährt. Dies u. a. deshalb, weil sie relativ wenig Luftbewegung erzeugen, welche den Fadenflug beeinflussen könnte. Auch in den Auftragskopf versenkte Düsen fördern dieses Ziel.
Durch die vergleichsweise einfache Änderungsmöglichkeit der Betriebsparameter der Auftragsvorrichtung ist es auch möglich, während des Klebstoffauftrags Änderungen des Auftragsbildes vorzunehmen, insbesondere die Auftragsbreite zu verändern. Dies insbesondere durch Ändern des auf den Klebstoff wirkenden Drucks und/oder Drehzahländerung des Auftragskopfes. Auf diese Weise werden nicht bewegungsparallele Auftragskonturen verwirklicht.
Durch die Erfindung können völlig neue Produkte nämlich ein Kunststofffadenflies, mit vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten sowie verbesserte mehrschichtige Materialbahnen hergestellt werden, wobei die eine der Materialbahnen die Klebstofffadenschicht ist. Folgende Produkte lassen sich mit der Erfindung unter anderem neu oder in besonders vorteilhafter Weise herstellen.

– Ein Flies aus Klebstofffaden (Klebstofffadenflies), welches sich in vorgegebener Breite, Grammatur, Durchlässigkeit/Porosität Klebeigenschaften und Musterbildung herstellen lässt. Hierbei handelt es sich also um ein völlig neuartiges eigenständig handhabbares Produkt.
– Als Alternative kann ein derartiges Flies mit feinteiligem Material, wie Aktivkohlefilterpartikel, Superadsorberpartikeln oder dergleichen noch vor dem Erkalten bestäubt werden, so dass diese feinteiligen Partikel an den Klebstofffäden haften und ein definierte Flächenbeladung mit den feinteiligen Partikeln erzielt wird. – Ein derartiges Klebstofffadenflies kann zu einem Mehrschichtwerkstoff weiterverarbeitet werden, z. B. können unter Wärmeeinwirkung auch beliebige Flächen in beliebigen Flächenformen aufgeklebt oder kaschiert werden. – Natürlich ist es auch möglich, das Substrat, auf dem die feinteiligen Partikel verteilt festgelegt werden sollen, mit der Klebstofffadenschicht zu belegen und gleichzeitig bzw. kurz nachfolgend mit den feinteiligen Partikeln zu bestäuben, so lange der Klebstoff noch klebfähig ist. Die so entstehende, zumindest dreilagige Bahnware kann auch in bekannten Walzenanordnungen vorsichtig komprimiert werden, um die Klebstofffadenschicht in das Substrat und die feinteiligen Partikel in die Klebstofffadenschicht bzw. das Substrat tiefer einzuarbeiten. So kann z. B. ein dünnes Flies, z. B. aus Polyester, welches luftdurchlässig ist, mit der Klebstofffadenschicht auf der einen Oberseite versehen und dann anschließend mit Aktivkohle- oder Superabsorberstaub qbepudert werden. Derartige Materialien sind in Luftfiltern vorzüglich verwendbar, wobei eine ungewöhnlich große Gleichmäßigkeit der Aktivkohlebeschichtung erreicht wird.
– Die Klebstofffadenschicht kann im Bereich der Textilienverklebung als Klebstoffzwischenlage dienen, z. B. bei der Verklebung von Textil mit Textil, Textil mit einer Membran, wie z. B. wasserdichten aber dampfdurchlässigen Membran, wie sie in der Bekleidungs- einschließlich der Schuhindustrie oder auch in der Automobilindustrie, um nur einige Beispiele zu nennen, Anwendung finden können. Da das Verfahren hinsichtlich der verwendbaren Klebstoffe kaum eingeschränkt ist, können auch waschbeständige Textilklebstoffe verwendet werden. Diese sind heutzutage bis zu 90°C waschbar.
– Ein anderes Anwendungsfeld sind so genannte Superabsorber, die für Krankenbettunterlagen, Damenbinden, Windeln, Höscheneinlagen, als Schutzbekleidung, als Adsorberkissen für Verpackungen von feuchtigkeitsempfindlichen Teilen, Adsorberflies für Kisten oder Kartonverpackungen, z. B. zur Auskleidung, für das Verpacken von feuchtigkeitsempfindlichen Teilen, als Adsorberflies für die Entfeuchtung von Böden oder Räumen, unter anderem in Neubauten oder nach Überschwemmungen, oder auch als Dachunterspannbahnen Anwendung finden können. Materialbahnen für derartige Produkte bestehen also zumindest aus einem Klebstofffadenflies, insbesondere aus einem Hotmeltklebstoff und einer feinteiligen Beschichtung, die für den jeweiligen Anwendungsbereich besonders geeignet ist. Durch Wärmeaktivierung lässt sich der Hotmeltflies nachträglich verkleben, nachdem er zuvor exakt in Position gebracht wurde.
– Ein Klebstofffadenflies, insbesondere aus Hotmeltklebstoff kann, beschichtet mit feinteiliger Aktivkohle, für Schutzbekleidung, Atemschutz, in Form von Schutzschuheinlagen als Geruchsfilter und in vielen weiteren Anwendungen der Adsorbtionstechnik Anwendung finden. – Soweit die Anwendung im Rahmen der Kaschierung, insbesondere der Presskaschierung von Zuschnitten für Kraftfahrzeuginnenraumteile betrifft, wie die Herstellung von Dachhimmeln, Türverkleidungen, Dekorleisten, Armaturenbrettern oder dergleichen, kann auch ein Polyuritanheißschmelzkleber (Pur-Hotmelt) als Klebstofffadenflies Anwendung finden. Auch diese Kleber lassen sich durch Wärme aktivieren und gestatten somit eine exakte Positionierung und nachträgliche Verklebung solcher Zuschnitte.
– Fußbodentrittdämmmatten, wie sie z. B. unter harten Bodenbelägen, wie so genannten Laminatböden Verwendung finden, stellen eine weitere Ausführungsform erfindungsgemäßer Materialbahnen dar, wobei das Substrat für den Auftrag einer Klebstofffadenschicht ein Gelege aus geeigneten Fasern, wie z. B. Mineralfasern, sein kann.
– Eine weitere Ausführungsform erfindungsgemäßer Materialbahnen ist eine Folie mit einer Antislipbeschichtung auf zumindest einer Folienseite. Kunststofffolien werden zunehmend zum Schutz von im Freien lagernden Gütern, wie frisch geschnittenem Holz, Abdeckplanen im Transportwesen und dergleichen verwendet. Sie sind daher bestimmungsgemäß einer gelegentlichen Feuchtigkeit, wie z. B. von Regentropfen, ausgesetzt. Wenn solche folienabgedeckte Güter begehbar sind, besteht eine hohe Ausrutschgefahr. Durch die Erfindung wird die Folienoberfläche ein Muster von Klebstofffäden geeigneter Dichte und Anordnung klebend auf die eine Folienseite aufgetragen, sodass nach dem sich Verbinden des Klebstoffes mit dem Substrat und dem Erhärten des Klebstoffs eine gewisse Antislipwirkung erreicht wird. Diese kann durch geeignete Klebstoffauswahl an den Anwendungsfall angepasst werden.
– Eine weitere Ausführungsform erfindungsgemäßer Materialbahnen sind Dekorationsstoffe oder Dekorationsfliese. Hierzu wird entweder ein Dekorationsstoff als Substrat verwendet oder ein Klebstofffadenflies stellt selbst den Dekorationsbehang dar. In beiden Fällen wird ein Klebstoff mit z. B. optischen Aufhellern, wie UV-Indikatoren versehen. Bei entsprechender Beleuchtung einer derartigen Klebstofffadenschicht, werden interessante Lichteffekte erzeugt.
– Die vorerwähnten Ausführungsformen erfindungsgemäßer Materialbahnen und Klebstofffadenbeschichtungen stellen keinesfalls eine abschließende Aufzählung dar, sondern derzeit besonders bevorzugte Ausführungsformen, die ihrerseits in vielen Varianten Einsatz finden können.

Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung und Tabelle, in der – beispielhaft – ein Ausführungsbeispiel einer Auftragsvorrichtung zum Auftragen von Klebstofffäden auf ein Substrat, dargestellt ist.
In der Zeichnung zeigen
1 eine Vorrichtung zum Auftragen von Klebstofffäden in Seitenansicht (Ansicht A-A gemäß 2 und 3);
2 dieselbe Vorrichtung in einer bezüglich 1 um 90° gedrehten Seitenansicht (Ansicht B-B gemäß 1 und 3);
3 dieselbe Vorrichtung in Ansicht von oben bei fortgelassenem Antrieb (Ansicht C-C gemäß 1 und 2);
4A–4C von derselben Vorrichtung der rotierbare Auftragskopf sowie weitere Beispiele für alternative Ausführungen desselben, wobei 4A eine abgestufte Tellerform zeigen, 4B eine einfache Tellerform mit versenkten Düsen und 4C eine einfache Tellerform mit verschieden geeigneten Düsen – jeweils in Seitenaussicht und Draufsicht;
5A–5D schematische Darstellungen verschiedener rotierender Auftragsköpfe sowie der sich auf dem Substrat ergebenden Fadenmuster sowie
6 schematische Darstellung einer Produktionseinrichtung für ein Klebstofffadenflies.
Wie aus 1 bis 3 ersichtlich, besteht eine kompakt aufgebaute Vorrichtung zum Auftragen von Klebstofffäden aus einem Antriebsmotor 12 (in 3 fortgelassen), einem Getriebe 14, einer Beheizungseinheit 16, einem rotierbaren Auftragskopf 18, einer Klebstoffversorgungseinheit 20 und einer Ventilanordnung 22 zum Beaufschlagen des Klebstoffauftragskopfes mit Klebstoff, wie Heißkleber oder Kaltleim.
In dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Antriebsmotor 12 über Tragmittel 13, wie einer Grundplatte 13A und Stützen oder Abstandshaltern 13B an der Gehäuseoberseite der Klebstoffversorgungseinheit 20 gehalten, über welche die Grundplatte 13A seitlich hinausragt. Auf diese Weise kann die mit dem Antriebsmotor 12 steckbar verbundene Antriebswelle 15 an der Klebstoffversorgungseinheit 20 seitlich vorbei zum Getriebe 14 geführt werden. Das mit einer Seitenwand der Klebstoffversorgungseinheit 20 verschraubte Getriebe 14 hat die Aufgabe, das Drehmoment der z. B. aus Vollmaterial bestehenden Antriebswelle 15 auf den hohlen Wellenschaft 18B (siehe 4A bis 4C) zu übertragen, so dass die Ventilanordnung 22 mit dem Wellenschaft 18B des Auftragskopfes 18 über eine gedichtete Drehdurchführung koaxial fluidisch verbindbar ist. Es reicht also aus, eine Getriebeuntersetzung von 1:1 vorzusehen und die Erzeugung verschiedener Drehzahlen einer Frequenzregelung des Antriebsmotors 12 oder dergleichen zu überlassen. Das Getriebe 14 ist ansonsten allseitig geschlossen ausgeführt, wobei in dem Ausführungsbeispiel ein gehäuseförmiges, dreiteiliges, zerlegbares Getriebegestell verwendet und dargestellt ist.
Die Beheizungseinheit 16 ist unterhalb des Getriebes 14 und der Klebstoffversorgungseinheit 20 angeordnet und (in diesem Ausführungsbeispiel) mit diesen verbunden, also feststehend. Auch mit dem Auftragskopf mitdrehende Beheizungseinheiten sind realisierbar. Die dargestellte Beheizungseinheit ermöglicht einen Durchgriff des Wellenschaftes 18B und nimmt ein Beheizungsmittel auf. Hierbei kann es sich um einen Infrarotstrahler 16A handeln, der in einer entsprechenden Aufnahme, z. B. in einer unterhalb der Klebstoffversorgungseinheit 20 vorgesehenen Position angeordnet ist und von dort aus mit elektrischer Energie versorgbar ist. Es sind auch mehrere IR-Heizstrahler auf einer um den Wellenschaft 18 herum verteilten Anordnung, oder alternativ das Vorsehen von Fluidkanälen möglich, die von einem Beheizungsfluid durchströmt werden und die Beheizungswärme über den Querschnitt der Beheizungseinheit, insbesondere an deren Unterseite mehr oder minder gleichmäßig verteilen. Diese Unterseite ist in dem Ausführungsbeispiel glatt ausgeführt, so dass ein nur geringfügiger Abstandsspalt zur eben ausgeführten Oberseite (Rückseite) des rotierenden Auftragskopfes 18 verbleibt. Dieser Abstandsspalt kann mit leichtem Überdruck an Luft von z. B. 0,02 bar gespült werden, so dass sich brennbare oder explosive Stäube in diesem Spalt nicht ablagern können. Derartige Probleme könnten im Tissue-Bereich wegen der dort üblichen Staubentwicklung, aber auch beim Beschichten von Substraten mit pulverförmigen Medien, wie z. B. Aktivkohlestaub entstehen.
Die aus 4A bis 4C ersichtlichen Auftragsköpfe sind teller- oder zylinderförmig aufgebaut, und an der ebenen Rückseite mit einem hohlen Wellenschaft 188 versehen. Der mit dem hohlen Wellenschaft beginnende Klebstoffversorgungskanal 18C verzweigt sich, wenn am Auftragskopf mehrere Düsen 18A vorgesehen sind, über geeignete, miteinander fluidisch in Verbindung stehende Bohrungen oder Nuten. Typische Querschnitte der Versorgungskanäle liegen in der Größenordnung von einigen Millimetern. Der Auftragskopf 18 kann auch mehrteilig ausgeführt sein, um das Herstellen von Klebstoffversorgungskanälen zu vereinfachen. Auf der dem Substrat zugewandten Unterseite des Auftragskopfes kann dieser flach konisch wie z. B. pyramiden- oder kegelförmig ausgeführt sein, um das Entstehen eines Unterdrucks in diesem Bereich möglichst weitgehend zu unterdrücken. Die Düsen 18A sind besonders einfach montierbar, wenn der Tellerteil des Auftragskopfes an seinem Umfang in demjenigen Winkel angefasst ist, in dem die Düsen 18A zur Rotationsachse 18D (Auswurfwinkel α – siehe auch 2) orientiert werden sollen. Bei der Ausführungsform nach 4A besitzt der Auftragskopf Tellerform mit einer Durchmesserabstufung, sodass die Düsen 18A und 18A' beider Ebenen oder Stufen unterschiedliche radiale Abstände b und b' von der Rotationsachse 18D haben und auch ihre Axialpositionen unterschiedlich sind. Hierzu können auch zwei- oder mehrteilige Scheibenanordnungen dienen.
Aus 4B ist ersichtlich, dass die Düsen 18A versenkt in die Peripherie des Auftragskopfes 18 eingebaut werden können, sodass die durch die Düsen erzeugten Luftwirbel minimiert werden.
Aus 4C ist ersichtlich, wie Düsen in verschiedenen Auswurfwinkeln an der Rotationskopfperipherie angeordnet sein können. Dies ist nicht in der Draufsicht, sondern in der Seitenansicht erkennbar, wobei der linke Teil der Seitenansicht Düsen mit einem Auswurfwinkel α von etwa 70° und der rechte Teil Düsen mit einem Auswurfwinkel von etwa 90° zeigt. – Auch können an demselben Auftragskopf Düsen unterschiedlichen Auswurfwinkels vorgesehen sein. Dies wiederum mit der Folge, dass der Klebstofffaden jeder Düse ein anderes Auftragsbild im Vergleich zu Düsen mit anderen Auswurfwinkeln erzeugt.
Während vorangehend scheibenförmige Rotationsköpfe gezeigt wurden, versteht es sich, dass für die Zwecke der Erfindung auch ringförmig, sternförmig, armförmig oder andersartig aufgebaute Auftragsköpfe verwendet werden können.
Die Klebstoffversorgungseinheit 20 und die mit ihr durch Schrauben verbundene Ventilanordnung 22 übernehmen die Versorgung des Auftragskopfes 18 mit der erforderlichen Menge an Klebstoff pro Zeiteinheit einschließlich der Steuerung des Klebstoffdruckes und der Ein- und Ausschaltperioden der Klebstoffzufuhr. Dies geschieht in an sich bekannter Weise und bedarf keiner allzu ausführlichen Erläuterung. In dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Klebstoffversorgungseinheit 20 über einen Vorlauf 20A mit einer Klebstoffzufuhr versorgt. Nicht abgegebener Klebstoff verlasst die Einheit über einen Rücklauf 20B. In bestimmten Fällen kann auf eine Zirkulation des Klebstoffes durch einen Vorlauf- und Rücklaufschlauch verzichtet werden. Das ist u. a. dann der Fall, wenn es nur selten zu Stillstandzeiten beim Beschichten kommt. Der gewünschte Klebstoffdruck wird über eine Pumpe innerhalb der Klebstoffversorgungseinheit 20 aufgebaut. Bei der Ventilanordnung 22 kann es sich um ein Auf-/Zu-Ventil handeln, dass auf seiner Eintrittsseite fluidisch mit der Druckpumpe der Klebstoffversorgungseinheit 20 und auf seiner Austrittsseite mit dem Klebstoffversorgungskanal am eingangsseitigen Mündungsende des Wellenschaftes 20B verbunden ist. Zu diesem Zweck kann das freie Wellenschaftende an der Unterseite in die Ventilanordnung eingesteckt und dort mit einer Drehdichtung versehen sein, so dass der auf der Ventilaustrittsseite abströmende Klebstoff von dem stillstehenden Ventil in den rotierenden Auftragskopf eingeführt wird, ohne dass Klebstoff-Leckagen auftreten.
Aus dem vorangehenden wird verständlich, dass der Auftragskopf sehr verschieden aufgebaut sein kann. Eine Tellerform ist in vielen Anwendungsfällen zweckmäßig aber nicht zwingend. Wie sich aus den nachfolgenden schematischen Ausführungsbeispielen gemäß 5A bis 5D ergibt, ist die Düsenanordnung je nach gewünschtem Auftragsbild (Klebstoff-Fadenmuster) unterschiedlich:
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 5A ist der Auftragskopf 18 als Zylinderdüse mit einer Radial-Bohrung gestaltet. Es reicht aus, eine z. B. zentrale Bohrung entlang der Achse des Auftragskopfes und eine zur Zylinderperipherie führende Querbohrung vorzunehmen, wobei diese an ihrem zylindermantelseitigen Austrittsende mit einer Düse geeigneten Durchmessers und bezüglich der Rotationsachse 18D geeigneter Ausrichtung im radialen Abstand b von der Rotationsachse angeschlossen ist. Ein mit einem solchen Auftragskopf erzeugbares Klebstofffadenmuster mit Beleimungsbreite a ist in 5A schematisch und beispielhaft dargestellt. Grundsätzlich ist die auf dem Substrat 30 erzeugte Klebstofffadenspur kreisförmig, wobei die Größe des Kreisdurchmessers und die Fadendicke von den eingangs beschriebenen Parameter abhängt. Dadurch, dass das Substrat 30 und der Auftragskopf 18 relativ zu einander bewegt werden (Doppelpfeil D), wird aus der kreisförmigen Klebstoffspur eine spiralförmige. Die Beleimungsbreite a ergibt sich aus dem Durchmesser der Klebstoffspur.
Ein komplexeres Ausführungsbeispiel ist in 5B dargestellt. Hier sollen zwei kreisförmige bzw. spiralförmige Klebstoffspuren verschiedenen Durchmessers auf das Substrat 30 aufgetragen werden. Zu diesem Zweck ist nach dem Ausführungsbeispiel wiederum eine Zylinderdüse – nun aber mit zwei Radialbohrungen – vorgesehen. Jede ist mit der zentralen Versorgungsbohrung fluidisch verbunden, um durch die eine Düse 18A eine Klebstoffspur mit einem anderen Durchmesser zu erzeugen als die andere Düse 18A' ihn erzeugt. Wie Eingangs ausgeführt, können verschiedene Wege beschritten werden, z. B. die Anbringung der zu den beiden Düsen führenden Radialbohrungen in verschiedener axialer Länge bezogen auf die Zentralbohrung des Wellenschaftes 18B. Dadurch wird in dem Ausführungsbeispiel nach 5B von der Düse 18A eine Klebstoffspur größeren Durchmessers als von der Düse 18A' erzeugt, wenn ansonsten gleiche Verhältnisse an den Düsen vorgesehen sind. Es ist aber auch möglich, den Düsenquerschnitt und/oder den Auswurfwinkel α der beiden Düsen unterschiedlich zu wählen um von jeder der Düsen ein anderes Auftragsbild erzeugen zu lassen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 5C sind an einem zylinderförmigen Auftragskopf 18 umfangsverteilt vier Düsen 18A, 18A' mit radialem Abstand ihrer Austrittsöffnung von der Rotationsachse 18D vorgesehen, so dass sich auf dem Substrat 30 vier unterschiedliche Auftragsmuster überlagern. Bei dem Ausführungsbeispiel nach 5D werden vier bis acht Düsen verwendet, wobei der Auftragskopf 18 tellerförmig ist und die Düsen für verschieden große Abwurfweiten vorgesehen sind, so dass z. B. das in 5D dargestellte Klebstofffadenmuster auf dem Substrat 30 entsteht.
Aus der schematischen Darstellung einer Produktionsanlage eines Klebstofffadendflieses gemäß 6 ist ein Transportband 32 ersichtlich, dass als Endlosband um zwei Umlenkwalzen 32A, 32B geführt ist, von denen zumindest eine drehangetrieben ist. Das Transportband ist auf seiner nach außen weisenden Oberfläche in geeigneter Weise antihaftbeschichtet und mit vorgebbarer Geschwindigkeit angetrieben. Der Auftragskopf 18 befindet sich in der Stromaufzone des Transportbandes mit Abstand oberhalb von dessen Obertrum, so dass er eine Klebstofffadenschicht gewünschter Breite und Dichte mit einem einzigen oder gegebenenfalls weiteren Auftragsköpfen direkt auf das darunter sich fortbewegende Transportband auftragen wird. Dadurch entsteht ein Klebstofffadenflies 40, das am Stromabende der gegebenenfalls gekühlten Transportstrecke von dem Transportband 32 abhebbar und weiterverarbeitbar ist, z. B. durch Aufwickeln zu einem Wickel oder auch zum Auftrag auf ein Substrat zu Kaschierzwecken in einem beheizten Doppelwalzenspalt. In der Textiltechnik bekannte Zwischenspeicher in Gestalt bewegbarer Umlenkrollen lassen auch eine intermittierende Kaschierung zu.
Bezugszeichenliste

10: Auftragsvorrichtung
12: Antriebsmotor
13: Tragmittel
13A: Grundplatte
13B: Stützen
14: Getriebe
15: Antriebswelle
16: Beheizungseinheit
16A: IR-Heizstrahler
18: Auftragskopf
18A: Düsen
18B: Wellenschaft
18C: Klebstoffversorgungskanal
18D: Rotationsachse
20: Klebstoffversorgungseinheit
20A: Vorlauf
20B: Rücklauf
22: Ventilanordnung
30: Substrat
32: Transportband
32A/B: Umlenkwalzen
40: Klebstofffadenflies
42: Klebstofffadenflächen
A: Ansicht
B: Ansicht
C: Ansicht
D: Doppelpfeil
α: Auswurfwinkel
a: Beleimungsbreite
b: radialer Abstand

Claims

Vorrichtung zum Auftragen von Klebstofffäden auf ein Substrat (30) gekennzeichnet durch einen rotierbaren Auftragskopf (18) mit mindestens einer mit radialem Abstand (b) von der Rotationsachse (18D) des Auftragskopfes (18) angeordneten Klebstoffaustrittsdüse (18A), einem Wellenschaft (18B) und mindestens einem von einer Klebstoffversorgungseinheit (20) über den Wellenschaft (18B) zu der mindestens einen Klebstoffauftragsdüse (18A) führenden Klebstoffversorgungskanal (18C), bei der ein Drehantrieb (12, 15, 14) den Auftragskopf (18) um seinen Wellenschaft (18B) rotiert, und bei der eine Klebstoffvorsorgungseinheit (20) und/oder eine Ventilanordnung (22) die Beaufschlagung des Klebstoffversorgungskanals (18C) des Auftragskopfes (18) mit Klebstoff steuert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftragskopf (18) teller- oder scheibenförmig gestaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (18A) einen auf die Rotationsachse (18D) bezogenen Auswurfwinkel (α) zwischen 5° und 90° aufweisen, vorzugsweise > 15°.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der vom Substrat (30) abgewandten Rückseite des Auftragskopfes (18) eine Beheizungseinheit (16) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beheizungseinheit (16) nicht mitrotiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Verwendung mindestens eines Infrarotheizstrahlers (16A) zur kontaktlosen Beheizung des Auftragskopfes (18).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf der vom Substrat (30) abgewandten Rückseite des Auftragskopfes (18) vorhandener Abstandsspalt zu einer Beheizungseinheit mit Spülluft versorgbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Substrat (30) zugewandte Seite des Auftragskopfes (18) nach radial außen eine abstandsvergrößernde, nämlich flach konische, Gestaltung aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (18A) des Auftragskopfes (18) in unterschiedlichen Axialpositionen bezüglich des Wellenschaftes (18B) münden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dass die Ventilanordnung (22) mittels einer Drehdurchführung mit dem Klebstoffversorgungskanal (18C) über den Wellenschaft (18B) koaxial verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Getriebe (14) des Antriebs (12, 14, 15) von radial außen die Drehantriebsbewegung auf den Wellenschaft (18B) überträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffaustrittsdüsen (18A) im Auftragskopf (18) versenkt angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit Abstand unterhalb des Auftragskopfes angeordnetes endloses Transportband (32) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Antihaftbeschichtung des Transportbandes (32) auf seiner dem Auftragskopf (18) zugewandten Oberfläche.
Verfahren zum Auftragen von Klebstofffäden auf ein Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass der noch flüssige Klebstoff über mindestens eine rotierende, von der Rotationsachse radial beabstandete Klebstoffaustrittsdüse als Klebstofffaden in einer kreisförmigen Bewegung auf ein Substrat geschleudert wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsdrehzahl zwischen 100 und 10000 Umdrehungen pro Minute, vorzugsweise zwischen 500 und 5000 Umdrehungen pro Minute beträgt.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoffdruck vor dem Austritt aus einem rotierenden Auftragskopf 20 bis 200 bar, vorzugsweise 50 bis 180 bar beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstofffaden zu Abschnitten in Pünktchenform auseinanderreißt.