-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum intermittierenden, einzelne Auftragsbereiche erzeugenden Auftrag von während des Auftrags fließfähigem Medium mittels einer Auftragseinrichtung auf ein relativ zu der Auftragseinrichtung in einer Förderrichtung mit Fördergeschwindigkeit verlagertes Substrat gemäss Anspruch 1.
-
Derartige Vorrichtungen dienen regelmäßig beispielsweise zum bereichsweisen Auftragen von Spuren von Klebstoffen und anderen Beschichtungsstoffen auf Medien, beispielsweise bahnförmigen Medien oder Zuschnitten beispielsweise aus Papier, Pappwerkstoffen, Folien oder Textilien.
-
Diese Vorrichtungen weisen regelmäßig Auftragseinrichtungen zum Auftrag des während des Auftrags fließfähigen Medium auf, die Auftragsventile umfassen, mit welchen Auftragsdüsen wahlweise geöffnet oder geschlossen werden können.
-
Die Auftragsventile sind häufig elektrisch betätigbar ausgebildet. Hierzu verfügen sie üblicherweise über einen Dosierkolben, auch Anker genannt, der Bestandteil eines Elektromagneten ist, durch welchen der Dosierkolben zum Öffnen der Auftragsdüse angehoben werden kann. Die Abwärtsbewegung zum Schließen der Auftragsdüse erfolgt oder wird unterstützt durch eine Rückstellfeder. Durch den in rhythmischen Zeitabständen gesteuert aktivierbaren Magneten wird ein Antrieb des Dosierkolbens erreicht. Dieser ist einschließlich der Rückstellfeder bei bekannten elektrischen Auftragsventilen in einer Überströmkammer gelagert, welche mit dem während des Auftrags fließfähigen Medium gefüllt ist.
-
Auch sind Varianten von elektrisch betriebenen Auftragsventilen bekannt, bei welchen die Bewegung des Dosierkolbens in beide Richtungen durch die Wirkung des Elektromagneten vollzogen wird.
-
Auch sind pneumatisch betätigte Auftragsventile bekannt. Das die Auftragsdüse wahlweise öffnende oder verschließende Verschlusselement ist bei derartigen Ventilen mit einem pneumatisch betätigten Kolben gekoppelt, welcher derart in einer Zylinderkammer angeordnet ist, dass eine Druckluftbeaufschlagung das Verschlusselement entgegen der Wirkung einer Rückstellfeder in die der Auftragsdüse öffnende Position verlagert. Die intermittierende Abgabe des Mediums wird dadurch bewirkt, dass dem Druckluftkanal intermittierend Druckluft zugeführt wird. Hierzu wird eine externe Druckluftquelle mit einer ebenfalls externen Ventil-anordnung benötigt, mittels welcher unter Druck stehende Luft dem Druckluftkanal in der für die intermittierende Abgabe des Mediums erforderlichen Frequenz zugeführt wird.
-
Sowohl die elektrisch, als auch die pneumatisch betätigten Auftragsventile sind regelmäßig in Abgabemodulen angeordnet, welche die Auftragsdüse und sämtliche für den Betrieb der Ventile und die Zuleitung des aufzutragenden Mediums erforderlichen Anschlüsse enthalten.
-
Beim intermittierenden Auftrag von Medium auf ein Substrat weisen diese Auftragsventile stets eine technologisch bedingte Mindestöffnungszeit auf. Sie wird bei elektrischen Ventilen unter anderem durch die Anzugszeit des Elektromagneten und die Dauer bestimmt, die der Dosierkolben zum Zurücklegen der zum Öffnen bzw. zum Schließen der Abgabeöffnung erforderlichen Strecke benötigt. Bei pneumatischen Ventilen beeinflussen unter anderem die Anzugszeiten des Pneumatikventils, die Verzögerungsstrecke des Luftkanals und die Bewegungszeit des Verschlusselements die Mindestöffnungszeit.
-
Derartige Auftragsventile sind heutzutage derart technologisch ausgereift, dass die Mindestöffnungszeit nur noch beschränkt verringert werden kann. Denn noch höhere Beschleunigungen des Dosierkolbens bzw. des Verschlusselements würden zu einem erhöhten Verschleiß führen. Auch eine theoretische Möglichkeit der Reduzierung der zu dosierenden Menge pro einzelnem Auftragsbereich scheidet regelmäßig aus, da stets eine Mindestmenge an Medium benötigt wird, um die mit dem Auftrag gewünschte Wirkung zu erzielen. Zwar könnte der Auftrag pro einzelnem Auftragsbereich reduziert werden und damit schneller erfolgen, müsste aber gegebenenfalls häufiger wiederholt werden, was den positiven Effekt des beschleunigenden Auftragens konterkarieren würde.
-
Diese technologisch bedingte Mindestöffnungszeit der Auftragsventile ist für die Weiterentwicklung bestehender Produktionen hinderlich, da diese regelmäßig eine Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit beschränkt.
-
Die Problematik soll nachfolgend an verschiedenen Anwendungsbeispielen erläutert werden:
- a) In vielen Anwendungsfällen erfolgt ein Auftrag des Mediums über einen Luftspalt auf das Substrat. Das heißt, das Substrat liegt nicht an der Auftragsdüse an, wenn es relativ zu dieser in Förderrichtung mit Fördergeschwindigkeit bewegt wird. Häufig ist es erforderlich, einzelne Punkte auf ein eng begrenztes Gebiet des Substrats zu setzen. Würden diese Punkte gelängt, könnte es passieren, dass Medium auf unerwünschte Bereiche des Substrates gelangt, und/oder die Auftragseinrichtung oder weitere Anlagenteile verschmutzt werden, wenn über den seitlichen Rand des Substrats hinaus Medium aufgetragen wird. Genau dies ist aber der Fall, wenn das Substrat mit einer Fördergeschwindigkeit relativ zur Auftragsdüse verlagert wird, die oberhalb eines Fördergeschwindigkeitsgrenzwertes, der durch die Mindestöffnungszeiten des jeweiligen Auftragsventils bestimmt wird, liegt. Der Punkt würde sich längen, da der Strahl des Mediums, der weit unterhalb des Fördergeschwindigkeitsgrenzwertes zu einem Punkt zusammenfällt, sich strichförmig ausprägen würde.
- b) Im Kontaktauftrag ist es häufig erforderlich, auf eng begrenzte Bereiche einen spur- oder flächenförmigen Auftrag zu applizieren. Sollen beispielsweise Spuren oder Flächen mit in Förderrichtung gesehen mit maximal 1 mm Länge aufgetragen werden, so würde sich diese Länge bei Überschreiten des Fördergeschwindigkeitsgrenzwertes erhöhen.
-
Diese Problematik sei an folgendem Beispiel verdeutlicht:
- Es sei angenommen, dass die Mindestöffnungszeit des Ventils 20 ms, die gewünschte Auftragslänge 1 mm beträgt. Bei 187,5 m/min Fördergeschwindigkeit des Substrats wäre die Länge des Auftrags exakt 1 mm, d.h. die gewünschte Auftragsbreite wäre möglich. Bei Fördergeschwindigkeiten über diesem Grenzwert würde sich die Auftragslänge sukzessive vergrößern. Hinzu kämen noch Verzögerungen durch die charakteristische Austrittsgeschwindigkeit des Mediums und - bei Auftrag über einen Luftspalt - die Laufzeit des Mediums nach dem Moment der Abgabe.
-
Aus der Druckschrift
DE 196 37 730 C1 ist ein Verfahren zum automatischen Beschichten von Werkstücken bekannt, bei dem bei der Beschichtung der Werkstücke mit einer zickzackförmigen Bahn mittels einer Beschichtungsvorrichtung zur Synchronisierung der Zickzackbewegung in einen Steuerrechner zwei Steuerbefehle eingegeben werden, von denen der eine einer gewünschten Breite der aufgetragenen Bahn entspricht, wohingegen der andere Steuerbefehl bewirkt, dass die Auftreffpunkte des Beschichtungsmaterials längs der Förderrichtung verschoben werden.
-
Die
DE 42 088 84 C2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen einer aus einem härtbaren Klebstoff bestehenden pastösen Masse.
-
Die
DE 10 2009 000 639 A1 betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines technischen Textilbandes, wobei eine Auftragseinrichtung nach einem vorgegebenen Raster an mehreren Stellen in einem Bereich der einen Seite des Bandes angeordnet ist und jeweils eine definiert vorgegebene Menge des Beschichtungsmediums aufbringt, wobei das Beschichtungsmedium und das Material und/oder die Struktur des Bandes derart aufeinander abgestimmt sind, dass das Beschichtungsmedium nach dessen Auftrag zumindest auf der Oberfläche der einen Seite und/oder von der einen Seite her in die innere Struktur des Bandes verläuft.
-
Die
DE 10 2008 018 881 A1 betrifft ein Verfahren zum Aufbringen eines Viskosematerials auf ein Werkstück, wobei vorgesehen ist, die Steuerung des Roboters und die Steuerung des Öffnungs- und Schliessvorgangs des Auftragsventils zu entkoppein.
-
Die
DE 10 2007 020 095 A1 betrifft ein Verfahren zum Auftragen eines geschäumten Materials auf eine Substratoberfläche, mit den Schritten: Erzeugen einer Relativbewegung zwischen der zu beschichtenden Substratoberfläche und einer Austrittsöffnung einer Materialauftragsvorrichtung, Mischen von zumindest zwei Materialkomponenten zur Bereitstellung eines fliessfähigen, aufschäumbaren Auftragsmaterials in einer Mischeinrichtung, Erzeugen eines Druckunterschieds zwischen der Mischeinrichtung und dem in Strömungsrichtung hinter einem Durchtrittsquerschnitt der Austrittsöffnung gelegenen Auftragsbereich, Fördern des Auftragsmaterials von der Mischeinrichtung zu der Austrittsöffnung, und Abgeben des Auftragsmaterials aus der Austrittsöffnung auf die Substratoberfläche.
-
Aus der WO 2004 / 037 445 A2 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Auftragen eines dichtenden Klebstoffmusters bekannt.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem bzw. mit welcher ein punktförmiger Auftrag oder ein Auftrag von Spuren oder Flächen von in Förderrichtung kurzer Länge auch bei einer weiteren Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit durch Erhöhung der Fördergeschwindigkeit möglich ist.
-
Diese Aufgabe wird in ihrem Verfahrensaspekt durch das in Anspruch 1 wiedergegebene Verfahren gelöst.
-
Erfindungsgemäß wird die Auftragseinrichtung während des Auftrags mit einer bestimmten Geschwindigkeit in Förderrichtung bewegt, wenn die Fördergeschwindigkeit einen Fördergeschwindigkeitsgrenzwert übersteigt. Dabei ist der Begriff „Fördergeschwindigkeitsgrenzwert“ weit auszulegen, er kann auch den Wert „Null“ annehmen. Der Fördergeschwindigkeitsgrenzwert und / oder die Geschwindigkeit, mit der die Auftragseinrichtung mit bewegt wird, werden erfindungsgemäß unter Verwendung eines die Auftragsbereiche erfassenden Bildbearbeitungssystems und/oder Sensorsystemen zur Erfassung aufgetragenen Mediums bestimmt.
-
Aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahme reduziert sich die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Substrat und der Auftragseinrichtung, wenn das Substrat in Förderrichtung verlagert wird. Da die Fähigkeit eines punktförmigen Auftrags bzw. eines Auftrags mit einer bestimmten Maximallänge bei ansonsten unveränderten Auftragsbedingungen von der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Substrat und der Auftragseinrichtung abhängt, kann aufgrund dieser Maßnahme ein punktförmiger bzw. auf eine maximale Länge beschränkter Auftrag auch bei oberhalb des Fördergeschwindigkeitsgrenzwertes, ab welchem bei still stehender Auftragseinrichtung ein derartiger Auftrag eben nicht mehr möglich wäre, erfolgen.
-
Die Geschwindigkeit, mit der die Auftragseinrichtung mit bewegt wird, kann im Sinne der Erzielung eines Auftragsmusters mit einer maximal zulässigen Größe eines einzelnen Auftragsbereichs bestimmt werden. Die Geschwindigkeit wird mit anderen Worten so festgelegt, dass bei einer Reduzierung dieser Geschwindigkeit die maximal zulässige Größe eines einzelnen Auftragsbereichs überschritten würde. Die Auftragseinrichtung wird aufgrund dieser Maßnahme also stets mit der minimal erforderlichen Geschwindigkeit bewegt.
-
Auch ist es möglich zusätzlich, den Fördergeschwindigkeitsgrenzwert und/oder die Geschwindigkeit, mit der die Auftragseinrichtung mit bewegt wird, unter Berücksichtigung von dem intermittierenden Auftrag beeinflussenden Parametern, wie Schaltgeschwindigkeit der Auftragseinrichtung, Auftragsdüsengrößen, Auftragsdüsenkanallängen und/oder Viskosität des während des Auftrags fließfähigen Mediums bestimmt werden.
-
Zusätzlich können der Fördergeschwindigkeitsgrenzwert und/oder die Geschwindigkeit, mit der die Auftragseinrichtung mit bewegt wird, unter Berücksichtigung der Bewegung eines Dosierkolbens der Auftragseinrichtung bestimmt werden.
-
Wenn vorstehend oder nachfolgend von der Bestimmung des Fördergeschwindigkeitsgrenzwertes und/oder der Geschwindigkeit, mit der die Auftragseinrichtung mit bewegt wird, die Rede ist, so sei damit zum Ausdruck gebracht, dass die Differenz zwischen Fördergeschwindigkeit und Geschwindigkeit, d.h. die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Substrat und der Auftragseinrichtung einen bestimmten Betrag nicht übersteigen darf, und beide Geschwindigkeiten in diesem Sinne angepasst werden können.
-
Grundsätzlich ist es denkbar, die Auftragseinrichtung kontinuierlich für die Dauer der gesamten Förderung eines Substratzuschnitts mitzubewegen. Je nach Größe des Zuschnitts müsste die Auftragseinrichtung jedoch über große Strecken bewegt werden, was den konstruktiven Aufwand einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Vorrichtung jedoch deutlich erhöhen würde. Es ist daher bevorzugt, die Auftragseinrichtung während des Auftragsvorganges eines jeden Auftragsbereichs aus seiner Ursprungslage in Förderrichtung mit der Geschwindigkeit zu bewegen, sie jedoch zwischen zwei Auftragsvorgängen in ihre Ursprungslage vorzugsweise mit einer möglichst hohen Rückführgeschwindigkeit zurück zu verlagern. Auf diese Weise ist lediglich eine Hin- und Her-Verlagerung der Auftragsvorrichtung in und entgegengesetzt der Förderrichtung erforderlich.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst daher eine Verlagerungseinrichtung, mittels welcher die Auftragseinrichtung parallel zur Verlagerungsrichtung mit einer im oben beschriebenen Sinne bestimmten Geschwindigkeit verlagerbar ist, wobei ein die Auftragsbereiche erfassendes Bildverarbeitungssystem und / oder Sensorsystem zur Erfassung des aufgetragenen Mediums vorgesehen ist.
-
Um die für eine Hin- und Her-Bewegung der Auftragseinrichtung erforderlichen Beschleunigungswerte bei möglichst geringem Verschleiß und Leistungseinsatz erreichen zu können, ist es wünschenswert, die Auftragseinrichtung möglichst reibungsarm verlagern zu können. Die Verlagerungseinrichtung umfasst daher vorzugsweise ein Luftlager und/oder Magnetlager zur Lagerung der Auftragseinrichtung. Mit „Luftlager“ sind solche Lager gemeint, bei welchen die zueinander bewegten Lagerungspartner durch einen dünnen Luftfilm voneinander getrennt sind. Unter „Magnetlager“ seien solche Lager zu verstehen, bei welchen ein direkter Kontakt der Lagerungspartner durch magnetische Kräfte verhindert wird.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst darüber hinaus vorzugsweise einen Antrieb, mittels welchem die Auftragseinrichtung in der oder entgegengesetzt zur Förderrichtung verlagerbar ist.
-
Dieser Antrieb kann insbesondere ein elektrisch aktivierbarer Linearantrieb sein.
-
Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen, die - rein schematisch und ausschnittsweise - den intermittierenden Auftrag eines Mediums auf ein Substrat bei verschiedenen Geschwindigkeiten, mit der die Auftragseinrichtung in Förderrichtung bewegt wird, zeigen, weiter erläutert werden.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Auftragseinrichtung 1, welche ein Auftragsventil 2 mit einer Auftragsdüse 3 aufweist. Innerhalb des Auftragventils ist ein in der Zeichnung nicht erkennbares Verschlusselement angeordnet, was im vorliegenden Fall elektromagnetisch zwischen einer die Auftragsdüse 3 verschließenden Verschlussstellung und einer die Auftragsdüse 3 öffnenden Offenstellung verlagerbar ist.
-
Die Auftragsdüse dient so dem intermittierenden, d.h. einzelne Auftragsbereiche 4 erzeugenden Auftrag eines während des Auftrags fließfähigem Medium 5 auf ein Substrat 6, welches mit der Geschwindigkeit V1 relativ zur Auftragsdüse 3 in Fördergeschwindigkeit verlagert wird.
-
Erfindungsgemäß wird die Auftragseinrichtung 1 während des Auftrags parallel zur Förderrichtung mit einer Geschwindigkeit V2 verlagert. Die Höhe der Geschwindigkeit V1 und V2 ist in 1 und 2 durch die Länge der beiden Richtungspfeile charakterisiert.
-
Wird nun das Auftragsventil 2 mit seiner maximalen Schaltfrequenz betrieben, mit anderen Worten in einem Betriebszustand, in welchem es lediglich für die Mindestöffnungszeit öffnet und Medium 5 abgibt, reduzieren sich bei ansonsten unveränderten Betriebsbedingungen die Länge L und der Abstand zwischen zwei benachbarten Auftragsbereichen 4, wie dies durch Vergleich von 1 und 2 sinnfällig wird. Durch Reduzierung der Relativgeschwindigkeit zwischen der Auftragseinrichtung 1 und dem Substrat 6 durch Verlagerung der Auftragseinrichtung 1 in Förderrichtung des Substrats 6 lässt sich somit die minimale Länge L eines mit einer Auftragseinrichtung 1 aufgetragenen Auftragsbereichs 4 verändern.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Auftragseinrichtung
- 2
- Auftragsventil
- 3
- Auftragsdüse
- 4
- Auftragsbereich
- 5
- Medium
- 6
- Substrat
- A
- Abstand
- L
- Länge
- V1
- Fördergeschwindigkeit des Substrats
- V2
- Geschwindigkeit der Auftragseinrichtung
