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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Auftragssystem für Klebstoff
mit wenigstens einer Auftragswalze und einem Leimbecken gemäß dem Oberbegriff
im Anspruch 1.
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Auftragssysteme
für Klebstoff
sind insbesondere in der Buchbinderei aus dem Stand der Technik vielfach
bekannt. Besonders kritisch beim Auftragen von Klebstoff ist es,
die richtige Menge des Klebstoffs auf einen Buchrücken aufzubringen
um eine befriedigende Bindequalität zu erreichen. Dabei ist nicht
nur die Klebstoffdicke ausschlaggebend, sondern auch die Länge und
Gleichmäßigkeit
der Klebstoffspur auf dem Buchrücken,
insbesondere wo der Klebstoff auf dem Buchrücken ansetzt und wo der Klebstoff
wieder auf dem Buchrücken
absetzt. Überdies
ist der verwendete Klebstoff von entscheidender Bedeutung für die Qualität einer
derartigen Klebebindung. Neben gewöhnlichem Heißleim werden
in letzter Zeit immer mehr reaktive Klebstoffe, wie etwa Polyurethan (PUR),
verwendet. Da diese Klebstoffe in einer Sauerstoffathmosphäre schnell
aushärten
können
und dabei giftige Isocyanate aussondern, müssen für ein entsprechendes Auftragssystem
besondere Vorkehrungen getroffen werden, um eine hohe Qualität der fertigen
Bindung zu erzielen und gleichzeitig eine Gesundheitsgefahr für einen
Bediener zu verringern.
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Entsprechend
ist es Aufgabe der Erfindung, ein Auftragssystem für Klebstoff
mit wenigstens einer Auftragswalze und einem Leimbecken vorzusehen, das
diesen Anforderungen gerecht wird. Die Aufgabe wird mit einem Auftragssystem
für Klebstoff
aus Anspruch 1 realisiert. Weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
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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
isometrische Vorderansicht einer Aüsführungsform der erfindungsgemäßen Auftragsvorrichtung
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2 eine
isometrische Rückenansicht
einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Auftragsvorrichtung
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3 eine
isometrische Vorderansicht des Walzenblocks sowie eine Ausführungsform
eines Leimbeckens
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4 eine
isometrische Ansicht einer Ausführungsform
des Rakelsystems der Auftragswalze
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5a,
b, c eine Prinzipskizze des Rakelmechanismus der Auftragwalze
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6 eine
Schnittansicht der Auftragsrolle mit innenliegender Heizung
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7 eine
Explosionsansicht einer alternativen Ausführungsform eines Leimbeckens
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8a isometrische
Ansicht eines Referenzbuchblocks
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8 b, c Detailansichten des Referenzbuchblocks
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9 eine
Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform eines Leimbeckens
mit Deckel
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10 eine
Schnittansicht durch eine Leimzuführung
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11 ein
Datenflussdiagramm zur Berechnung des äquivalenten Alters des Klebstoffs
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12a eine Draufsicht auf eine der Auftragseinrichtung
nachgeordneten Kühlstrecke
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12b ein Detail der Kühlstrecke
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
des Auftragssystems wie in 1 bis 12 beschreiben handelt es sich um ein Polyurethan
(PUR)-Rückenauftragssystem
für Buchblocks.
Das PUR-Rückenauftragssystem
besteht aus einer Auftragswalze 4, welche aus einem isolierten
beheizten Leimbecken 2 den PUR-Leim auf den Buchrücken fördert und
einer gegenläufigen
Spinnerwalze 6, welche den zuviel aufgetragenen Leim wieder
abnimmt und damit die Leimhöhe
definiert. Eine Klebstoffrakel 8 definiert die Auftragsmenge
des Leims auf der Auftragswalze 4. Die Auftragswalze 4,
die Spinnerwalze 6 und die Klebstoffrakel 8 sind
in einem abnehmbaren Rahmen 7 untergebracht. Dieser kann
entweder zur Wartung oder Reinigung vollständig entnommen werden oder mittels
eines Griffs 12 nach oben geklappt werden, so dass das
Leimbecken 2 entnommen werden kann. Das isolierte Leimbecken 2 wird
mittels eines Aufzugsystems 20 genau in der Vertikalen
positioniert und kann nach Betrieb heruntergefahren werden, so dass nach
dem Erkalten des Leims die Auftragwalze 4 nicht von einem
erstarrten Leimklotz umgeben ist. Alle Komponenten, die mit dem
Leim 77 in Berührung kommen,
sind beheizt und speziell beschichtet. Um eine in der Bedienung
weniger vorteilhafte Ausführungsform
kostengünstiger
zu machen, kann es vorgesehen sein, einige der Bestandteile der
Vorrichtung nicht zu beheizen und/oder zu beschichten.
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Die
Auftragswalze 4 und die Spinnerwalze 6 werden
mittels Schrittmotoren angetrieben. Dadurch kann individuell auf
die aktuelle Buchblockgeschwindigkeit eingegangen werden und gleichzeitig
durch den Eigenantrieb der beweglichen Teile das System modular
gestaltet werden. Die Schrittmotoren sind am unteren Rahmen 10 angebracht
und sind mittels Kupplung und Getriebe, die nicht gezeigt, aber
dem Fachmann bekannt sind, mit den Walzen verbunden. Die Kupplungen
ermöglichen
ein Entnehmen des oberen Rahmens 7.
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Die
Klebstoffrakel 8 wird mittels eines Pneumatikzylinders 18 (vgl. 2)
und einer Schub/Drehkoppel angetrieben (vgl. 4 und 5a-c).
In 4 ist eine Ausführungsform einer solchen Klebstoffrakel 8 gezeigt,
die die Form eines Zylinders mit einer Abflachung oder einem Anschnitt
aufweist.
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Der
Zylinderumfang der Klebstoffrakel 8 ist von der Auftragswalze 4 einige
Zehntel Millimeter entfernt, so dass stets eine dünne Schicht
Leim 77 auf der Auftragswalze 4 verbleibt, die
jedoch nicht den Buchrücken
berührt.
Erst nach Drehung durch den Pneumatikzylinder 18 öffnet die
Klebstoffrakel 8 durch die Abflachung an der Rakelfläche 9 der
Rakelkante 9a den Spalt. Die Endstellung der Rakelkante 9a ist
mit einem Exzenter 19 einstellbar. Damit definiert sich
auch die Anfangstellung der Klebstoffrakel 8, da der Pneumatikzylinder 18 nur
zwischen den beiden extremen Endstellungen hin- und herschaltet. Mit
dem Pneumatikzylinder 18 lässt sich also der Start und
das Ende einer Leimspur 77 bestimmen, mit dem Excenter 19 dessen
Dicke.
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Wie
bereits erwähnt
ist das in 3 gezeigte Leimbecken 2 in
der Höhe
mittels eines schrittmotorgetriebenen Aufzugssystems 20 gegenüber der
Auftragswalze 4 einstellbar. Der Abstand zwischen dem Leimbeckenboden 57 und
der Auftragswalze 4 bestimmt die Menge an Leim 77,
welche mit der Auftragswalze 4 mitgenommen wird. Ist der
Abstand sehr groß,
besteht die Möglichkeit,
auch in Abhängigkeit
von der Füllmenge
von Leim 77 im Leimbecken 2, dass mehr Leim 77 durch
die Auftragswalze 4 von einer Beckenhälfte zur anderen mitbefördert wird
als nachher an den Seiten wieder zurückfließen kann. Um dies gerade bei
sehr zähfließenden Leimen 77 zu verhindern,
kann der Spalt eingestellt werden. Dies ist bei dem gezeigten Leimbecken 2 von
entscheidender Bedeutung, da es ein relativ kleines Volumen aufweist,
um die der Luftfeuchtigkeit ausgesetzten PUR-Leimmenge 77 möglichst
gering zu halten. Das in 3 gezeigte Leimbecken 2 weist überdies
seitlich zwei Teflon-Seitenabstreifer 22 auf, die an einem gemeinsamen
Deckel 21 befestigt sind. Sie reduzieren die seitlich von
der Auftragswalze 4 mit geförderte Leimmenge auf wenige
Zehntel Millimeter Dicke.
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Kernproblem
bei der Verwendung von PUR-Leim 77 ist der Umstand, dass
dieser Leim 77 Isocyanate enthält, welche gesundheitsschädlich sind.
Des Weiteren ist es wünschenswert,
den arbeitsintensiven Reinigungsaufwand aus Kostengründen so
gering wie möglich
zu halten. Daher weist das Leimbecken 2 eine spezielle
Antihaftbeschichtung auf. Alle mit Leim 77 in Berührung kommenden
Teile werden derart beschichtet, dass sich abgekühlte oder ausgehärtete Leimreste
leicht und schnell abziehen lassen. Dadurch wird verhindert, dass
für die Reinigung
umweltschädliche
Spezialreiniger verwendet werden müssen. Zudem ist das Leimbecken 2 konisch
geformt. Es ist daher möglich,
die geringe Leimmenge, welche im Becken nach dem Jobende verbleibt,
aushärten
zu lassen und als Block zu entnehmen. Um die Emission von Isocyanaten
zu reduzieren, wird die im Becken der Luftfeuchte ausgesetzte Leimmenge 77 so
gering wie möglich
gehalten, etwa von der Größenordnung
von 250 bis 350 cm3. Daher wird auch nur
eine Auftragswalze 4 verwendet.
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Die
Leimmenge im Leimbecken 2 wird vermittels eines kapazitiven
Sensors 23 gemessen. Sinkt der Leimstand unter z. B. 250
ml, reagiert der Füllstandsmesser 23 und
signalisiert einer nicht gezeigten Steuerung, dass vom Klebstoffvorschmelzer 82 Leim 77 nachgeliefert
wird, bis der Maximalstand erreicht ist. Weiterhin wird im laufenden
Betrieb gegen Jobende die Leimmenge 77 auf dem niedrigen Stand
gehalten, um die Restmenge, die weggeworfen werden muss, klein zu
halten. Vorteilhafterweise berücksichtigt
eine Steuerung, die Daten über
den Füllstand
des Leimbeckens 2 sammelt auch diesen Faktor, also wie
viel Leim 77 voraussichtlich noch bis zum Ende des Bearbeitungsvorgangs
verbraucht werden wird.
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In
einem Reinigungszyklus werden die Auftragswalze 4 die Spinnerwalze 6 und
die Klebstoffrakel 8 stärker
beheizt als während
des Auftragszyklus, wenn das Leimbecken 2 abgesenkt ist.
Der Leim 77 auf diesen Elementen 4, 6, 8 wird
dadurch dünnflüssiger und
tropft besser ab.
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Wie
bereits erwähnt,
ist eine Aufgabe der Klebstoffrakel 8, die Leimmengenbegrenzung
auf der Auftragswalze 4 und damit eine Bestimmung der Leimmenge,
die auf den Buchrücken
vor dem Abrakeln bzw. vor dem Abspinnern mit der Spinnerwalze 8 vorhanden
ist. Eine weitere Aufgabe ist die Einstellung, ob Klebstoff 77 auf
den Buchrücken
aufgetragen wird oder nicht. Der Buchrücken darf an den Enden nicht
beleimt werden, da sonst die Umschlagstation verklebt. Durch die
hohe Transportgeschwindigkeit des Buchrückens muss die Klebstoffrakel 8 innerhalb
3 bis 5 ms Klebstoff in der gewünschten
Menge zur Verfügung
stellen und genau so schnell wieder abschalten. Dies ist besonders
vorteilhaft mit der in der Figurenfolge 5a bis 5c dargestellten
Schnellschaltpneumatik möglich.
Um die Geschwindigkeit an die hohe Lebensdauerforderung, nämlich je
Buch zwei Schaltzyklen und ca. 10 Mio. Zyklen Lebensdauer zu realisieren,
sollte die interne Dämpfung
des Pneumatikventils Verwendung finden.
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Daher
wurde folgender Aufbau gewählt:
5a und 5b zeigen
zwei verschiedene Grundstellungen der Klebstoffrakel 8,
die keine Auswirkung auf den Luftspalt 5 haben. Diese Grundstellungen
werden durch den Exzenter 19 eingestellt und bewirken unterschiedliche
Endstellungen nach dem Öffnen des
Luftspalts 5. In 5b und 5c sind die beiden geschalteten Positionen
bezüglich
einer Excenterstellung 19 gezeigt, die dem Zustand „Leim aus" und „Leim an" entsprechen, wobei
die Excenterstellung auf die geöffnete
Luftspaltweite 5 einen Einfluss hat, nicht jedoch auf die
geschlossene Luftspaltweite 5. Der Pneumatikzylinder 18 schaltet
dabei stets von einer Endposition zur anderen und nutzt dabei die
interne Dämpfung,
die Pneumatikzylindern 18 zweigen ist, aus.
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In 6 ist
ein weiteres Detail gezeigt, das dem verbesserten Klebstoffauftrag
dient, nämlich eine
neuartige Heizung der Auftragswalze. Dafür ist im Inneren der Auftragswalze 4 ein
Heizkörper 40 angeordnet.
Dabei handelt es sich bei dem Heizkörper 40 etwa um einen
Aluminiumblock, in dessen Innerem ein Heizelement 41 angeordnet
ist. Dieser Heizkörper 40 ist
gerätefest
und dreht sich bei der Drehung der Auftragswalze 4 nicht
mit. Zwischen dem Heizkörper 40 und
der lediglich als Mantel ausgestalteten Auftragswalze 4 befindet
sich ein dünner Luftspalt.
Der Heizkörper 40 ist
mittels eines gerätefesten
inneren Rohrs 45 am abnehmbaren Rahmen 7 befestigt.
Das innere Rohr 45 ist hohl, um einerseits die Stromdurchführung für das Heizelement 41 zu gewährleisten
und andererseits um eine nur geringe Wärmeleitung zwischen dem Heizkörper 40 und
dem abnehmbaren Rahmen 7 und anderen Teilen des Auftragssystems 100 zu
gewährleisten.
Um das innere Rohr 45 ist ein äußeres Rohr 48 angeordnet,
mit dem die Drehbewegung auf die Auftragswalze 4 übertragen
wird. Durch die gewählte
Anordnung erhitzt sich der Außenring
des Lagers 44 schneller als der Innenring, so dass die
Auftragswalze 4 sich nicht auf dem Heizkörper 40 oder
dem inneren Rohr 45 durch die thermische Ausdehnung des
Lagers 44 verklemmen kann.
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In 7 ist
eine alternative Ausführungsform eines
Klebebeckens 2 gezeigt. Im Zentrum ist das Mittelstück des Leimbeckens 51,
dem gegenüber
die Auftragswalze 4, die Spinnerwalze 6 und die
Klebstoffrakel 8 angeordnet sind. Hierbei ist die Auftragswalze 4 gegenüber der
Kurvenfläche 52c angeordnet.
Unterhalb des Leimbeckenbodens 52a ist eine wellenförmiger Boden 52b vorgesehen.
Zwischen diesen Wellen des Wellenbodens 52b können Heizelemente 41 angeordnet
werden, um das Leimbecken 51 zu beheizen. Das Mittelstück des Leimbeckens 51 wird
seitlich durch eine erste Abteilungsplatte 53a und eine
zweite Abteilungsplatte 53b begrenzt. Diese Abteilungsplatten 53a, 53b weisen
an ihrer Oberseite Ausnehmungen aus, in die Rakellagerplatten 55a, 55b einsetzbar
sind. Diese Rakellagerplatte 55a, 55b gehören allerdings
zu der Baugruppe des abnehmbaren Rahmens 7. Die erste Rakellagerplatte 55a weist überdies
eine halbkreisförmige
Ausnehmung auf, durch die die Achse der Auftragswalze 4 fliegend im
abnehmbaren Rahmen 7 gelagert ist. Überdies weisen erste und zweite
Rakellagerplatte 55a, 55b Bohrungen 56 auf.
In diesen Bohrungen sind nicht gezeigte Abstreifstäbe beidseitig
angebracht, die an der Walzenoberfläche der Auftragswalze 4 anliegen, und
zwar oberhalb und unterhalb des Leimniveaus im Leimbecken 2.
Dadurch wird der Ort des Zusammenfließens von zurücktransportiertem
Leim 77 und dem Reservoir weg von der Walzenoberfläche verlagert, der
abgestreifte Leim 77 wird abgebremst, und es gibt einen
wesentlich stumpferen Zusammenfließwinkel zwischen dem herabtropfenden
Leim und dem Leim 77, der im Leimbecken 51, durch
die Bewegung der Auftragswalze 4 mitbewegt, zirkuliert.
Zwar bildet sich auch hier innerhalb des Leimreservoirs 51 ein rollförmiger Wirbel
aus, der aber durch die unter der Leimoberfläche verlaufenden Abstreifstäbe soweit unterhalb
der Oberfläche
entsteht, dass er nicht mehr stört.
Die Rakellagerplatten 55a, 55b bilden mit den Abstreifstäben zusammen
mit dem nicht gezeigten Rakel für
die Spinnerwalze 6 einen Einsatz, der im abgesenkten Zustand
des Leimbeckens 2 leicht entnehmbar ist und entfernt werden
sollte, bevor der Leim 77 im Leimbecken 2 erstarrt.
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Anschließend an
die Abteilungsplatten 53a, 53b befinden sich erste
und zweite seitliche Leimrampen 57a, 57b, die
den überschüssigen Leim 77, der
von dem Klebstoffrakel 8 in den oberen Leimabfluss 54 abgerakelt
wurde, zurück
ins Reservoir leitet. Seitlich wird das Leimbecken 2 durch
jeweils vorgesehene Seitenwände 58a, 58b begrenzt.
Wie in der 7 zu erkennen ist, bilden die
jeweiligen Leimrampen 57a, 57b mit den Seitenwänden 58a, 58b ein sich
nach unten verbreiterndes Profil, so dass der Leim im ausgehärteten Zustand
leichter als Block aus dem Leimbecken entnehmbar ist.
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In
einer alternativen Ausführungsform
ist die Klebstoffrakel 8 keilförmig ausgebildet und schmaler als
die Breite der Auftragswalze 4. Der Abstand von der Klebstoffrakel 8 zur
Auftragswalze 4 bestimmt die Leimhöhe auf der Auftragswalze 4 und
ist ein Einstellparameter für
den Kunden. Im Regelfall befindet sich in dieser Ausführungsform
immer die maximale Leimmenge auf der Auftragswalze 4. In
Aktion tritt die Klebstoffrakel 8 nur, wenn kurzzeitig
ein leimfreier Bereich auf dem Umfang der Auftragswalze 4 erzeugt
werden muss für
Buchanfang und Buchende, in der Regel wenige Zentimeter. In diesem
Fall hilft die hohe Viskosität
des Leims 77, weil eine in die Leimschicht gebrachte Struktur
nicht sofort wieder zerfließt.
Durch die spezielle Formgebung der Klebstoffrakel 8 staut
sich überschüssiger Leim 77 beim Betätigen bzw.
Regulieren der Leimhöhe
nicht, sondern fließt
links und rechts seitlich ab und wird aktiv mit der Auftragswalze 4 zurücktransportiert.
Dies führt
zu einer Erhöhung
der Schichtdicke nahe den Stirnflächen der Auftragswalze 4,
weshalb das Klebstoffrakel 8 mindestens so breit sein muss,
wie die dicksten Bücher
und die Auftragswalze 4 entsprechend noch breiter ausgestaltet
ist, um den überschüssigen Leim 77 aufzunehmen.
Die Tatsache, dass die Auftragswalze 4 bei dieser Betriebsart
die meiste Zeit maximal mit Leim 77 belegt ist, verschlechtert
nicht das Alterungsverhalten, da auch eine sehr dünne Leimschicht 77 auf
der Auftragswalze 4 eine annähernd gleichgroße Grenzfläche zur umgebenden
Luft hätte.
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Beim
Leimauftrag von PUR-Heißklebern
mit Walzen auf Buchblöcke
tritt das Problem auf, dass durch die hohe Viskosität der Schmelze
diese nur sehr langsam fließt
und an der Stelle, wo die Walze in das Leimreservoir eintaucht,
Luftblasen eingetragen werden. Dies liegt daran, dass die Walzenmantelfläche mit
der Leimoberfläche
aufgrund der unterschiedlichen Relativgeschwindigkeit einen spitzen Winkel
bildet. Außerdem
soll mit einer minimalen Menge an Leim 77 gearbeitet werden
können,
um vorzeitiges Reagieren durch Kontakt mit Luftfeuchtigkeit zu verhindern
bzw. die Menge des nach Gebrauch wegzuwerfenden Leims 77 gering
zu halten. Normalerweise transportiert die Auftragswalze 4 eine große Menge
Leim 77 auf die Vorderseite des Leimbeckens 2,
so dass ein sehr ungleichmäßiges Leimniveau
im Leimbecken 2 entsteht, welches eine Füllstandsmessung
fast unmöglich
macht, insbesondere ist das Niveau selbst im Gleichgewichtsfall
abhängig von
der jeweiligen Drehgeschwindigkeit der Auftragswalze 4.
Wegen der großen
Zähigkeit
der Schmelze, die schnelle Ausgleichsströmung verhindert, hilft es nur,
das Leimbecken so groß zu
machen, dass ein ausreichend großer Vorrat an Leim die oben
beschriebenen Phänomene
in einer technisch handhabbareren Bereich verlagert. Dies wird durch
die Ausführungsform
eines Leimbeckens 2, wie in 7 gezeigt,
erreicht.
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Bei
der Klebebindung von Büchern
muss davon ausgegangen werden, dass ein zu beleimender Buchblock 99 von
der idealen Quaderform abweicht, d. h., dass insbesondere bei der
Rückenbeleimung der
Abstand einer zu beleimenden Stelle vom Klebstoffauftragssystem 100 schwanken
kann, im Extremfall bis zu einigen Zehntel Millimetern. Die Ursachen
hierfür
sind unter anderem große
Kräfte
bei der Rückenbearbeitung,
zu großes
Spiel der Buchzangenführung
oder zu geringe Steifigkeit der Buchzangen. Ein Auftragssystem 100 kann
bis einem bestimmten Punkt diese Schwankungen kompensieren. Ein
Walzenauftragssystem ist in dieser Hinsicht einem Düsenauftragssystem überlegen.
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Zur
Charakterisierung der Leistungsfähigkeit eines
Klebstoffauftragssystems 100 ist es notwendig, objektive
Kriterien zu verwenden und reproduzierbare Verhältnisse herzustellen. Dies
ist möglich
durch Einsatz eines speziellen Referenzbuchblocks 60 aus Kunststoff,
der die oben beschriebenen Abstandsschwankungen in definierter Weise
enthält
und zwar so große,
dass das Auftragssystem 100 auf jeden Fall an die Grenzen
seiner Leistungsfähigkeit
gelangt. Daher besteht der Referenzbuchblock 60 aus Polycarbonat,
das eine ähnliche
Dichte wie Papier aufweist und eine gute Temperaturbeständigkeit
hat. Die Größe ist ca.
30 × 30 × 4 cm.
Wie in den 8a, 8b, 8c,
dargestellt, weist der Buchblock eine Großfläche 61 auf. Die Schmalseiten
des Referenzbuchblocks 62 sind jeweils plan, konkav, konvex und
in Längsrichtung
hohl (und weist damit eine Vertiefung 63 auf, die parallel
zur Großfläche 61 verläuft), wobei
die Abweichung von der ebenen Form entlang der Seite bis zum Maximum
zunimmt. Alternativ oder zusätzlich
kann eine der Schmalseiten 62, 66 auch durch eine
plane Erhebung 63 unterbrochen werden, oder einen schmalen
planen Streifen als Referenzbuchblockrand 64 aufweisen.
In der Verwendung wird der Referenzbuchblock 60 in eine
nicht gezeigte, dem Fachmann bekannte, Papierblockzange entsprechend
eines normalen Buchblocks eingesetzt und durch die Auftragsvorrichtung 100 transportiert, derart
dass die Abweichungen von der idealen ebenen Form auf dem „Buchrücken" entlang der Transportrichtung
zunehmen. Zuvor wird auf die zu beleimende Schmalseite des Referenzbuchblocks 62, 66 ein
Klebeband aufgebracht, beispielsweise ein 50 mm breites, glattes
Tesa-Kreppband. Die Geometrie ist so gewählt, dass maximal 1 mm Abweichung
von der Soll-Beleimebene auftreten. Aus der Position der Defekte
der Leimschicht auf dem Tesa-Kreppband lässt sich eindeutig zurückschließen, bei Überschreitung
welchen Abstands das Auftragssystem nicht mehr in der Lage war,
die Toleranzen zu kompensieren. Dadurch kann die Leistungsfähigkeit
des Auftragssystems 100 in objektiver und reproduzierbarer Weise
charakterisiert werden. Bei fehlerhafter Beleimung, z. B. in Servicefall
bei Kunden ist es möglich, herauszufinden,
ob diese durch das Auftragssystem 100 verursacht wird oder
dadurch, dass der Buchblock 99 außerhalb der zulässigen Toleranzen
liegt. Dass letzteres der Fall ist, kann der Referenzbuchblock 60 zur
Ursachenfindung herangezogen werden, z. B. durch die Vermessung
jeder einzelnen Buchzange. Nachdem der Klebstofffilm sich auf dem Klebeband
verfestigt hat, wird das Klebeband abgezogen und die Klebstoffschicht
kann begutachtet oder vermessen werden. Durch die Wiederverwendbarkeit
des Referenzbuchblocks 60 ist dies eine besonders einfache,
schnelle und kostengünstige
Methode, insbesondere, da nicht überflüssigerweise
Papierblöcke
verbraucht werden müssen.
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Bei
der Verarbeitung von reaktiven Heißklebern, z. B. PUR mit einem
erfindungsgemäßen Auftragssystem 100 muss
thermisch belastetet Klebstoff 77 aus dem System 100 entfernt
werden. Dies gilt gleichermaßen
für Auftragssysteme 100,
die wie im vorliegenden Fall Auftragswalzen 4 verwenden,
als auch für
nicht weiter gezeigte, dem Fachmann bekannte Düsensysteme. Bei beiden Systemen
wird der reaktive Heißkleber
aus einem Vorschmelzer 82 gegen eine Heizplatte 86 gedrückt, wodurch
der im festen Zustand vorliegende Klebstoff 77 verflüssigt wird
und durch den Schlauch 88 bis zu einer Düse 89 gepresst
wird, in der er entweder in ein Klebstoffbecken 2 eintritt
oder direkt auf einen Buchrücken 99 mit
einer Düse
aufgetragen wird, vgl. 10. Zur Entfernung des thermisch
belasteten Klebstoffs 77 aus dem System wird dieser Klebstoff 77 idealerweise
durch die Düse 89 in
einen Auffangbehälter 70 abgelassen.
Dies hat den Vorteil, dass das gesamte Auftragssystem 100 gespült wird.
Dies ist mit dem Austreten von Isocyanat-Dämpfen verbunden, die gesundheitsschädlich sind.
Der erfindungsgemäße Auffangbehälter 70 verhindert
das Austreten dieser gesundheitsschädlichen Isocyanate weitgehend.
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Wie
in 9 zu sehen ist, weist der Auffangbehälter 70 eine
doppelte Wand, bestehend aus einer inneren Leimbeckenbegrenzung 80 und
einer äußeren Außenwand 75 auf.
Der Innenbereich ist ausreichend groß, um das System komplett spülen zu können, also
etwa ein Volumen das größer als
500 cm3 ist. Zwischen der Leimbeckenbegrenzung 80 und
der Außenwand 75 befindet
sich ein Bereich, der mit einer Dichtungsflüssigkeit 76 gefüllt ist.
Dabei handelt es sich beispielsweise um Wasser. Wasser hat den Vorteil,
dass die Isocyanate, die durch das Wasserbad gedrängt werden,
ausreagieren, und damit nicht mehr schädlich sind, es gibt aber auch
andere Substanzen, die diese Eigenschaft aufweisen. Über dem
inneren Behälter
befindet sich ein transparenter Deckel 74, der locker aufgesetzt,
z. B. durch vier Abstandshalter 79 an den Ecken auf den
Leimbeckenbegrenzungen 80 aufliegt. Der Deckelrand 78 ist
so lang, dass er in die Dichtungsflüssigkeit 76 eintaucht.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist an dem Deckel
ein Schwamm 71 angebracht zur Unterstützung einer hohen Luftfeuchtigkeit,
um ebenfalls den Prozess des Ausreagierens der Isocyanate zu beschleunigen.
Vorteilhafterweise ist dieser Schwamm 71 nicht gegenüber der
Einlassöffnung 73 angebracht,
so dass der Leimfluss auf einfache Weise beobachtet werden kann.
In einer nicht gezeigten alternativen Ausführungsform ist es möglich, das Wasserbad
durch nasse Schwämme
zu ersetzen bzw. in einem dicht abschließbaren Deckel Luftauslassöffnungen
zu integrieren, dass die ausströmende Luft
nur durch einen nassen Schwamm oder ähnliches erfolgen kann. Im
unteren Bereich des inneren Leimbeckens ist ein Auswerfer 72 vorgesehen,
mit dem nach dem Aushärten
des Leims 77 im inneren Becken der ausreagierte Leim 77 auf
einfache Weise ausgeworfen werden kann. Dazu sind zusätzlich die Leimbeckenbegrenzungen 80 konisch
ausgeführt und/oder
mit Rundungen versehen. Statt eines integrierten Auswerfers 72 im
Boden kann ein antihaftbeschichtetes kegelförmiges Element mit Bohrung,
das aus der Leimschicht herausragt, die Entnahme des erstarrten
Leimblocks erleichtern. In einer weiteren alternativen Ausführungsform
ist das Leimbecken 2 mit einem derartigen Wasserbecken
versehen und das Leimbecken 2 selbst wird zur Spülung des
Systems verwendet. Im Übrigen
kann der Deckel 74 auch auf das Leimbecken 2 aufgesetzt
werden, um in kurzen Betriebspausen das Leimbecken abzuschließen. In
diesem Fall sind die Elemente wie der Schwamm 71, die das
Aushärten
des PUR beschleunigen ausgespart.
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Bei
maximal geöffneter
Düse wird
der Auffangbehälter 70 auf
die Öffnung
der Düse
des Klebstoffzuführungssystems,
wie in 10 gezeigt, aufgesetzt. Durch
eine Einlassöffnung 73,
die der Düsenöffnung der
Düse 89 entspricht,
wird die Schmelze in den Behälter 70 gepresst.
Durch das Wasserbad wird dafür
gesorgt, dass sich innerhalb des Behälters eine Atmosphäre mit 100
% Luftfeuchtigkeit befindet, so dass das PUR schnell ausreagieren kann.
Weiterhin wird die Luft, die nach außen verdrängt wird, so geleitet, dass
sie nur durch ein Wasserbad oder eine vergleichbare Flüssigkeit
entweichen kann. Dadurch reagieren die Isocyanate sofort ab. Der
Auffangbehälter
ist antihaftbeschichtet, z. B. mit Fluorpolymer bzw. komplett aus
Teflon gefertigt und so gestaltet, dass der erstarrte PUR-Block
leicht entnehmbar ist.
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Ein
weiteres Problem, das sich bei Verwendung von reaktivem Heißschmelzen
und Klebstoff ergibt, ist, dass sich dessen Stoffeigenschaften verändern, wenn
er auf Betriebstemperatur geheizt ist. Die Dauer vom Vorheizen bis
zum Auftragen auf das Klebegut ist deshalb begrenzt und darf nicht überschritten
werden. Typischerweise sind daher die Auftragseinheiten 100 einschließlich Vorschmelzer 82 so
gestaltet, dass das Volumen des heiß vorgehaltenen Leims nicht
unnötig
groß ist,
z. B. durch kurze Zuleitungsschläuche 88.
Bisher war es so, dass nach größeren Pausen
im Leimverbrauch oder wenn der Leim 77 dunkle Verfärbungen
aufweist, der Leim 77 so lange gefördert wird, bis in der Auftragseinheit 100 der Leim 77 wieder
hell und unbelastet erscheint. Das hat den Nachteil, das es der
Aufmerksamkeit des Maschinenführers überlassen
ist, ob der Leim 77 an der Auftragseinheit 100 thermisch
wenig belastet ist, wobei sich der Maschinenführer bei Begutachtung einer Leimprobe
in der Regel gesundheitsschädlichen Dämpfen aussetzt.
Daher richtet sich ein weiterer Aspekt der Erfindung auf die automatische Überwachung
des Leimzustandes. Die Systemsteuerung kann nun dank ihrer Rechen-
und Speicherkapazität zusätzlich neuartige
Aufgaben übernehmen,
nämlich den
Zustand des Leimes 77 beim Abschalten der Anlage abzuspeichern
und beim Anfahren einzulesen und als Anfangszustand für weitere
Berechnungen zugrunde zu legen. Der Maschinenführer wird dann automatisch
informiert, wenn der Zustand des Leimes 77 nicht mehr akzeptabel
ist. Dadurch kann die Produktionssicherheit wesentlich erhöht werden.
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In 10 ist
eine mögliche
Ausführung
einer solchen Anlage mit Vorschmelzer 82, Zuleitungsschlauch 88 und
einer Düse 89 gezeigt.
Um die Leim 77 nicht unnötig thermisch zu belasten,
ist im Vorschmelzer 82 nur die Bodenfläche des Zylinders als Heizplatte 86 ausgebildet.
Der Kolben 84 ist nicht geheizt. Der heiße, zähflüssige Leim 77 wird
durch den beheizten Schlauch 88 und durch die beheizte
Düse 89 gedrückt und
auf das Klebegut aufgetragen. Die Temperatur in den beheizten Zonen
ist jeweils durch einen eigenen Regelkreis geregelt. Durch mehrere nicht
gezeigter Sensoren werden der Steuerung die Werte der gemessenen
Zonentemperaturen zur Verfügung
gestellt.
-
Nach
der Aufheizphase stellt sich üblicherweise
folgendes Temperaturprofil ein: Im Schlauch 88 und in der
Düse 89 ist
das Leimvolumen durchgeheizt. Im Vorschmelzer 82 ist die
Leimtemperatur nur in der Nähe
der Heizplatte 86 auf Solltemperatur, mit dem Abstand zur
Heizplatte 86 fällt
die Temperatur ab. Durch diesen Temperaturgradienten fließt Wärme von
der Heizplatte in den Leim 77, so dass sich die beheizte
Zone immer weiter ausbreitet. Diesem Aufheizungsprozess wirkt entgegen,
dass der Kolben 84 den Leim 77 als Ganzen Richtung
Heizplatte 86 verschiebt, wenn die Anlage Leim 77 abgibt.
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In 11 ist
in einem Datenflussdiagramm das Messverfahren 110 mit den
Verfahrensschritten 112, 115, 117 und 120 gezeigt
und in welchen Teilschritten des Verfahrens welche Daten 111, 113, 114, 116, 118, 119 benötigt werden.
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Aus
den Temperaturen der Heizplatte 86 des Schlauches 88 und
der Düse 89 wird
näherungsweise
das Temperaturprofil im Leimvolumen 77a, 77b, 77c berechnet.
Wenn nicht nur die Soll-Werte sondern auch die Ist-Werte der Zonentemperaturen
zur Verfügung
stehen, können
sogar Aufheiz- und Abkühlphase
richtig berechnet werden. Dabei wird der Temperaturverlauf protokolliert,
da ein Temperaturprofil zu einem bestimmten Zeitpunkt von den vorhergehenden
Zuständen
abhängt.
Die Stoffeigenschaften des Leims 77, welche die Wärmeleitung
beeinflussen, nämlich
die Wärmeleitfähigkeit,
die spezifische Wärmekapazität und die
Dichte gehen in die Berechnung ein.
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Informationen
hinsichtlich des Leimverbrauchs werden von der Steuerung des Gesamtsystems übermittelt.
Beim Binden von Büchern
beispielsweise sind unter den erforderlichen Daten der mittlere
Leimfluss, damit also das Volumen pro Zeiteinheit, das Produkt aus
Breite und Dicke des Leimauftrags auf dem Buchrücken, die Länge des Leimauftrag, nämlich ob
diese kürzer
oder gleich der Buchrückenlänge ist
und die Anzahl der beleimten Bücher
pro Zeiteinheit. Je nach gewünschter
Genauigkeit der Berechnung können
auch noch weitere Daten einbezogen werden. Der Leimfluss ist derselbe
in der Düse 89,
im Schlauch 88 und im Vorschmelzer 82. Die mittlere
Flussgeschwindigkeit ergibt sich daraus als Quotient aus Fluss und
Querschnitt. Wenn die Daten für
einen geplanten Auftrag vorliegen, kann sogar ein Vorhersage für das Temperaturprofil
berechnet werden.
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Das
Verfahren betrachtet nun das Leimvolumen als eine Kette von finiten
Teilvolumina. Die Art der Schraffur des Leims in 10 soll
dies veranschaulichen. In diskreten Zeitintervallen werden die dem
Leim in einem bestimmten Teilvolumen zugeordneten Zustandseigenschaften
entsprechend dem Leimfluss stromabwärts weitergegeben. Der neue Wert
eines jeden Teilvolumens 77a, 77b, 77c berechnen
sich also einerseits aus dem Datensatz des stromaufwärts liegenden
Nachbar-Teilvolumens oder als gewichtetet Mittelwert aus mehreren
stromaufwärts
liegenden Teilvolumen 77a, 77b, 77c.
Zusätzlich
verändert
sich in jedem Teilvolumen 77a, 77b, 77c die
Zustandsgröße Temperatur
dadurch, dass einerseits aufgrund eines Temperaturgradienten im Leim 77 Wärme zwischen
den Teilvolumina 77a, 77b, 77c ausgetauscht
wird und andererseits jedes Teilvolumen 77a, 77b, 77c mit
der Gefäßwand in
thermischem Kontakt steht. Dabei wird der Wärmefluss im Leimmedium genauso
wie der Materialfluss des Leimmediums selbst berücksichtigt.
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Damit
sind nun alle Daten vollständig,
die zur Berechnung einer Kenngröße für die thermische
Belastung von reaktiven Schmelzklebstoffen benötigt werden. Diese Kenngröße ist überproportional
temperaturabhängig
und kumulativ, d. h. die Kenngröße wächst mit
höherer
Temperatur sehr viel schneller und kann nicht wieder reduziert werden.
Eine mögliche
Ausbildung dieser Kenngröße ist das äquivalente Alter,
wie es bei durch erhöhte
Temperatur beschleunigten Alterungsprüfungen von Kunststoffen angewandt
wird. In der Regel altern Kunststoffe doppelt bis viermal so schnell,
wenn man die Temperatur um 10 °C
erhöht.
Eine mögliche
Formel für
das äquivalente
Alter (T) als Funktion der Zeit T ist mit
dabei ist T(t') die Temperatur
als Funktion der Zeit, T
0 die Normaltemperatur
und T
C ein leimspezifischer Parameter. Die
Kenngröße ist bei
abgeschalteter Anlage
100 in einem nicht flüchtigen
Speicher der Systemsteuerung abgespeichert, so dass beim Anfahren der
alte Wert der Kenngröße als Anfangszustand
herangezogen werden kann. Der Kenngröße ist außerdem ein leimspezifischer
Schwellwert zugeordnet. Wenn der Schwellwert erreicht ist oder wenn
während
eines geplanten Auftrags der Schwellwert voraussichtlich erreicht
werden wird, soll der Maschinenführer
informiert und ein Spülvorgang
empfohlen werden. Die Kenngröße wird
dann auch während
des Spülvorgangs
berechnet.
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Das
eben beschriebene Verfahren zur Bestimmung des äquivalenten Alters des Klebstoffs
ist auch für
andere Auftragseinheiten, etwa Düsenauftragseinheiten
genauso geeignet wie für
Auftragseinheiten mit Auftragswalze 4 und Leimbecken 2, 51.
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Das
Auftragssystem 100 ist typischerweise Teil eines Klebebinders 95,
einem so genannten Perfectbinder 95. Die aus dem Klebebinder 95 kommenden,
fertig gebundenen Buchblöcke 99 haben
zunächst
eine Klebebindung, die noch nicht vollständig ausgehärtet bzw. abgekühlt ist.
Je nach verwendetem Kleber, PUR oder Hotmelt, und Klebestärken müssen diese
unterschiedlich lang abkühlen,
bevor die Stabilität
ausreicht, um einen Dreiseitenbeschnitt durchzuführen. Bei entsprechend aktiver
Kühlung durch
Ventilatoren sind etwa zwei Minuten Kühlstrecke vorteilhaft. Bei
einer Produktionsleistung von 3.000 Büchern pro Stunde entspricht
dies einem erforderlichen Puffer von ca. 100 Buchblöcken 99.
Dies erfordert in der Regel einen hohen Platzaufwand, wenn diese
Buchblöcke 99 hintereinander
auf Transportbändern
transportiert werden. In 12 ist eine Alternative
für derartige
platzaufwendige Kühlstrecken
gezeigt. Die eigentliche Kühlstrecke 90 besteht aus
einer Anordnung mehrerer Buchblockfächer 99, welche geneigt
sind und aus Kunststoff oder Blech bestehen. Seitlich sind diese
Fächer
in einem Transportsystem 93, etwa einer Kette 93,
angebracht. Die Fächer 91 besitzen
eine Klappe 92, die gleichzeitig den Fachboden 92 darstellt,
auf die der Binderücken des
Buchblocks 99 geschoben wird. Diese Klappe 92 ist
derart gelocht, dass Kühlluft
aus Ventilatoren an die Buchunterseite bzw. die Verklebung gelangen kann.
Diese Klappe 92 wird durch eine umlaufende Schiene 97 derart
geführt,
dass sie ein mit dem vorhergehenden Fach 91 ein weitestgehend
geschlossenes Fach ergeben. Das Fach 91 ist derart geneigt, dass
ein eingefügtes
Buch darin eine definierte Position einnimmt, ohne durch die Transportbewegung
hinauszufallen. Dabei ist es zweckmäßig, an der Rückseite
des vorherigen Fachs 91 eine Blattfeder derart anzubringen,
dass der untere Rand des Buches in das Fach 91 hineingedrückt wird.
Gerade bei dünnen labilen
Büchern
ist dies zweckmäßig. Der
Abstand zwischen den einzelnen Fächern 91 ist
mindestens so groß,
dass das dickste Buch, das mit dem Klebebinder 95 verarbeitet
werden soll, in die Spalte zwischen zwei Fächern 91 passt.
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Mittels
einer Überführungsstation 94 wird
der Buchblock 99 in ein Fach 91 transportiert.
Der Fachboden 92 ist dabei in geschlossener Stellung. Aufgrund
der Anordnung der Überführungsstation 94 am unteren
Wendepunkt der Transportkette 93 sind die einzelnen Fächer 91 gegeneinander
aufgeklappt, was alleine durch die Kettenführung erzielt wird. Dadurch
ist eine Einführung
eines Buchblocks 99 sehr einfach. Der Transportvorgang
der Kühlstrecke 90 ist aufgrund
des Gesamtaufbaus kontinuierlich, wodurch während des Einführmoments
die Überführungsstation 94 des
Klebebinders 95 eine leichte Ausgleichbewegung mitmacht.
Die Fächer 91 werden
durch die Transportketten 93 gegen den Uhrzeigersinn mit
oder ohne Buchblöcke 99 weitertransportiert.
Die Auslegung der Kühlstrecke 90 ist
derart, dass in dem Bauraum 120 Bücher der maximalen Dicke abgekühlt werden
können,
also 120 Fächer
vorliegen. So wird der Bauraum optimal ausgenutzt, da auch die Strecke
im Rücklauf
benützt
und der Buchblock 99 erst kurz bevor die Fächer 91 wieder
neu beladen werden entnommen wird. Das Entladen geschieht dadurch,
dass der Fachboden 92 durch eine einfache Unterbrechung
der umlaufenden Schiene 97 öffnet und das Buch über eine
Rampe auf ein Förderband 96 rutscht,
wobei es bereits in der richtigen Orientierung unterhalb der Kühlstrecke 90 zum
dreiseitigen Beschnitt transportiert wird. Offensichtlich kann eine
derartige Kühlstrecke
auch ohne erfindungsgemäße Auftragseinrichtung 100 in
einer anderen Konfiguration eines Klebebinders 95 verwendet
werden.
-
- 2
- Leimbecken
- 4
- Auftragswalze
- 5
- Luftspalt
- 6
- Spinnerwalze
- 7
- abnehmbarer
Rahmen
- 8
- Klebstoffrakel
- 9
- Rakelfläche
- 9a
- Rakelkante
- 10
- unterer
Rahmen
- 11
- Rakelachse
- 12
- Griff
- 15
- Gelenkhebel
- 18
- Pneumatikzylinder
- 19
- Excenter
- 20
- Aufzugssystem
- 21
- Deckel
- 22
- Seitenabstreifer
- 23
- Füllstandsmesser
- 40
- Heizkörper
- 41
- Heizelement
- 42
- ortsfester
Hohlstab
- 44
- Lager
- 45
- inneres
Rohr
- 46
- Durchführung
- 48
- äußeres Rohr
- 51
- Mittelstück des Leimbeckens
- 52a
- Leimbeckenboden
- 52b
- Wellenboden
- 52c
- Kurvenfläche
- 53a
- erste
Abteilungsplatte
- 53b
- zweite
Abteilungsplatte
- 54
- oberer
Leimabfluss
- 55a
- erste
Rakellagerplatte
- 55b
- zweite
Rakellagerplatte
- 56
- Bohrung
- 57a
- erste
seitliche Leimrampe
- 57b
- zweite
seitliche Leimrampe
- 58a
- erste
Seitenwand
- 58b
- zweite
Seitenwand
- 59
- Ausnehmung
- 60
- Referenzbuchblock
- 61
- Großseite des
Referenzbuchblocks
- 62
- Schmalseite
des
Referenzbuchblocks
- 63
- Vertiefung
- 64
- Referenzbuchblockrand
- 65
- Erhebung
- 66
- Schmalseite
des
Referenzbuchblocks
- 70
- Auffangbehälter
- 71
- Schwamm
- 72
- Auswerfer
- 73
- Einlassöffnung
- 74
- Deckel
- 75
- Außenwand
- 76
- Dichtungsflüssigkeit
- 77
- Klebstoff
- 77a
- Leimvolumen
- 77b
- Leimvolumen
- 77c
- Leimvolumen
- 78
- Deckelrand
- 79
- Abstandshalter
- 80
- Leimbeckenbegrenzung
- 82
- Vorschmelzer
- 84
- Kolben
- 86
- Heizplatte
- 88
- Zuleitungsschlauch
- 89
- Düse
- 90
- Kühlstrecke
- 91
- Buchblockfach
- 92
- Fachboden
- 93
- Kette
- 94
- Überführungsstation
- 95
- Klebebinder
- 96
- Förderband
- 97
- umlaufende
Schiene
- 99
- Buchblock
- 100
- Auftragssystem
- 110
- Messverfahren
- 111
- Daten
- 112
- Verfahrensschritt
- 113
- Daten
- 114
- Daten
- 115
- Verfahrensschritt
- 116
- Daten
- 117
- Verfahrensschritt
- 118
- Daten
- 119
- Daten
- 120
- Verfahrensschritt