DE102017205208A1

DE102017205208A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Beschichten eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102017205208A1
Application number: DE102017205208.2A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Albrecht; Martin Gringel; Johannes Schmid; Klaus Reich; Felix Schatz
Original assignee: Homag GmbH
Current assignee: Homag GmbH
Priority date: 2017-03-28
Filing date: 2017-03-28
Publication date: 2018-10-04

Abstract

Vorrichtung (1) zum Beschichten eines Werkstücks (2), das bevorzugt zumindest abschnittsweise aus Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoff oder dergleichen besteht, umfassend eine Aktivierungseinheit (30) zum Aktivieren einer aktivierbaren Haftschicht (14), die zum Fügen des Beschichtungsmaterials (12) und des Werkstücks (2) vorgesehen ist. Die Vorrichtung weist mindestens ein Messelement (6) auf, das eingerichtet ist, mindestens eine beim Betrieb der Vorrichtung auftretende Prozessgröße, insbesondere Regelgröße und/oder Störgröße, zu messen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschichten eines Werkstücks, das bevorzugt zumindest abschnittsweise aus Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoff oder dergleichen besteht, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, sowie ein Verfahren zum Beschichten eines Werkstücks.
Stand der Technik
Im Bereich der Möbel- und Bauelemente-Industrie werden Werkstücke an ihrer Oberfläche häufig mit einem Beschichtungsmaterial versehen, beispielsweise einer Kante. Zum Anbringen des Beschichtungsmaterials an den Werkstücken kann beispielsweise eine mit Schmelzkleber vorbeschichtete Kante mittels einer Energiequelle erwärmt werden, um so den Schmelzkleber auf die gewünschte Aufschmelztemperatur für eine Verklebung zu bringen.
So offenbart die DE 10 2006 056 010 eine Beschichtungsvorrichtung der eingangs genannten Art, bei welcher ein auf dem Beschichtungsmaterial oder dem Werkstück vorgesehenes Haftmittel unter Einsatz eines Lasers erwärmt bzw. aktiviert wird. Ferner offenbart die DE 10 2014 213 526 A1 eine Beschichtungsvorrichtung der eingangs genannten Art, bei welcher ein auf dem Beschichtungsmaterial oder dem Werkstück vorgesehenes Haftmittel unter Einsatz einer Mikrowellenquelle erwärmt bzw. aktiviert wird.
Diese Verfahren haben sich als effizient erwiesen, da die aktivierbare Schicht (beispielsweise vorbeschichteter Schmelzkleber) gezielt erwärmt bzw. aktiviert werden kann. Allerdings besteht das Bedürfnis, den Einsatz an Energie weiter zu vermindern und die Qualität der Fügeverbindung weiter zu verbessern.
Darstellung der Erfindung
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, die eine hohe Qualität der Fügeverbindung sicherstellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Beschichten eines Werkstücks nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Beschichten eines Werkstücks nach Anspruch 11 gelöst. Besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, das Aktivieren der aktivierbaren Haftschicht möglichst gezielt unter Berücksichtigung der relevanten Prozessgrößen durchführen zu können. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Vorrichtung mindestens ein Messelement aufweist, das eingerichtet ist, mindestens eine beim Betrieb der Vorrichtung auftretende Prozessgröße, insbesondere Regelgröße und/oder Störgröße, zu messen.
Auf diese Weise kann selbst bei variierenden Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen eine optimale Aktivierung der aktivierbaren Haftschicht erreicht werden. Dies führt im Ergebnis zu einer gesteigerten Qualität der Fügeverbindung.
So kann im Falle der energiebasierten Aktivierung beispielsweise eine ungewollte Überhitzung der Haftschicht, welche die Qualität der Fügeverbindung beeinträchtigen würde, vermieden werden.
Andererseits kann erfindungsgemäß jedoch auch ein ausreichend hoher Energieeintrag sichergestellt werden, der für eine qualitativ hochwertige Fügeverbindung erforderlich ist. Insgesamt wird somit eine prozessinterne Qualitätssicherung des Aktivierungsverhaltens (z.B. Aufschmelzverhaltens) der aktivierbaren Haftschicht erzielt.
Darüber hinaus lässt sich auch die Betriebssicherheit steigern. Dies gilt einerseits hinsichtlich der oben erwähnten, verminderten Überhitzungsgefahr.
Andererseits kann das erfindungsgemäße Vorsehen mindestens eines Messelements auch zur Detektion sonstiger Gefahren dienen, wie beispielsweise zur Erfassung ungewollt austretender Aktivierungsenergie wie beispielsweise gefährlicher elektromagnetischer Wellen, Laserstrahlen oder dergleichen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Regelungseinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, mindestens ein Messergebnis eines Messelements einzulesen und auf dieser Grundlage den Betrieb der Vorrichtung, insbesondere der Aktivierungseinheit, zu regeln. Auf diese Weise wird die erfindungsgemäße Vorrichtung in die Lage versetzt, ihren eigenen Betrieb selbsttätig mit optimalem Fügeergebnis ablaufen zu lassen. Dabei zielt die Regelungseinrichtung vorteilhaft darauf ab, das mindestens eine Messergebnis fortlaufend oder zumindest intermittierend einzulesen und auf diese Weise darauf hinzuwirken, dass mindestens eine Regelgröße möglichst nah an eine entsprechende Führungsgröße angeglichen werden kann, wobei auf diese Größen untenstehend noch näher eingegangen werden wird. Ziel ist somit ein geschlossener Wirkungskreislauf im Sinne einer echten Regelung, und nicht lediglich einer Steuerung.
Vor diesem Hintergrund ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen, dass die Regelungseinrichtung eingerichtet ist, den Betrieb der Vorrichtung anhand eines Vergleichs mindestens eines Messergebnisses mit einer entsprechenden Führungsgröße zu regeln.
Der Regelungsbetrieb kann prinzipiell auf beliebige Art und Weise erfolgen und beispielsweise anhand eines bloßen Ist-Vergleichs bestimmte, vordefinierte Einstellungen der jeweiligen Regelgröße vornehmen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Regelungseinrichtung eingerichtet ist, den Betrieb der Vorrichtung anhand mindestens eines Messergebnisses auf der Grundlage eines Modells zu regeln, bei dem es sich bevorzugt um ein physikalisch-mathematisches Modell handelt. Hierdurch können die Effizienz, Präzision und Geschwindigkeit des Regelungsbetriebs deutlich gesteigert werden. Dies gilt insbesondere, wenn der Einfluss von Störgrößen bei der Regelung berücksichtigt werden soll.
Der Energieaufbringabschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann prinzipiell aus einer beliebigen Energiequelle mit Energie versorgt werden, die Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung sein oder auch separat vorgesehen sein kann. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass sie eine Energiequelle mit mindestens einem Energieerzeugungsabschnitt aufweist, der bevorzugt ausgebildet ist aus der Gruppe bestehend aus Lasererzeugungsabschnitt, Infraroterzeugungsabschnitt, Ultraschallerzeugungsabschnitt, Magnetfelderzeugungsabschnitt, Mikrowellenerzeugungsabschnitt, Plasmaerzeugungsabschnitt und Begasungsabschnitt.
Jede der genannten Energiequellen besitzt ihre spezifischen Vorteile. So ermöglicht ein Laser ein besonders zielorientiertes und zügiges Arbeiten, während Infrarot- und Plasmaquellen einen breitspurigen Betrieb und eine gute Tiefenwirkung zulassen. Energiequellen mit Ultraschall, Magnetfeld und Mikrowelle arbeiten berührungslos und sind besonders gut geeignet, auch während des Andrückens des Beschichtungsmaterials Energie in den Prozess einbringen. Dabei besitzen insbesondere ein Magnetfeld und eine Mikrowellenbeaufschlagung eine gute Tiefenwirkung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann prinzipiell mit beliebigen Beschichtungsmaterialien und aktivierbaren Schichten eingesetzt werden. So kann die mittels Energie aktivierbare Schicht beispielsweise an der zu beschichtenden Oberfläche des Werkstücks vorgesehen sein oder werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch separat eine mittels Energie aktivierbare Schicht zugeführt werden. Darüber hinaus ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass in der Zuführeinrichtung ein Beschichtungsmaterial angeordnet ist, das die aktivierbare Schicht enthält. Hierdurch ergeben sich nicht nur eine besonders einfache Konstruktion und ein störungsarmer Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung, sondern es lässt sich auch ein besonders ansprechendes Fugenbild bei hoher Qualität der Fügeverbindung erreichen. Dabei kann die aktivierbare Schicht beispielsweise im Wege der Coextrusion, aber auch im Wege der Beschichtung auf dem Beschichtungsmaterial vorgesehen sein, wobei die Beschichtung sowohl vorab, gegebenenfalls aber auch innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgen kann.
Prinzipiell können im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Messelement oder mehrere Messelemente zum Einsatz kommen und zur Erfassung unterschiedlichster Prozessgrößen dienen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass mindestens eine Prozessgröße ausgewählt ist aus Temperatur der Beschichtungsmaterials, Temperatur der aktivierbaren Haftschicht, Umgebungstemperatur, Werkstücktemperatur, Parameter der von dem Energieaufbringabschnitt aufgebrachten Energie, Absorptionsgrad der mittels Energie aktivierbaren Schicht in Bezug auf die aufgebrachte Energie, die Relativgeschwindigkeit des Beschichtungsmaterial zur Andrückeinrichtung und/oder zum Energieaufbringabschnitt, der Abstand oder die Transportzeit zwischen Andrückeinrichtung und Energieaufbringabschnitt. Diese Prozessgrößen haben sich als besonders wichtig für die Erzielung eines qualitativ hochwertigen Fügeergebnisses erwiesen.
Um die jeweilige Regelgröße im Rahmen des Regelungsbetriebs an die entsprechende Führungsgröße anzunähern, kann prinzipiell auf eine oder mehrere beliebige Stellgrößen abgestellt werden. Ein besonders effektiver, zügiger und präziser Regelungsbetrieb ergibt sich jedoch, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Regelungseinrichtung eingerichtet ist, als Stellgröße zumindest den Betrieb der Aktivierungseinheit, insbesondere deren Leistung, und/oder der Fördereinrichtung, insbesondere deren Fördergeschwindigkeit, zu regeln.
Darüber hinaus ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Regelungseinrichtung über eine Datenübertragungseinrichtung mit mindestens einem Messelement verbunden ist, insbesondere über ein Bussystem und/oder eine drahtlose Datenübertragungseinrichtung. Hierdurch ergibt sich ein besonders zügiger und störungsfreier Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei eine drahtlose Übertragungseinrichtung zusätzlich noch eine besonders einfache Konstruktion ermöglicht.
Darüber hinaus ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass mindestens ein Messelement an und/oder in der Aktivierungseinheit vorgesehen ist, insbesondere in einem der mittels Energie aktivierbaren Schicht zugewandten Bereich. Hierdurch lassen sich wichtige Prozessgrößen, beispielsweise im direkten Umfeld des eigentlichen Aktivierungsvorgangs, besonders präzise erfassen, was einen besonders präzisen Regelungsbetrieb und somit die gewünschte hohe Qualität der Fügeverbindung ermöglicht. Darüber hinaus lassen sich auch die oben bereits angesprochenen Sicherheitsfunktionen erfüllen, die beispielsweise auf die Vermeidung von Leckagen im Bereich der Aktivierungseinheit abstellen. Somit lässt sich mit geringem konstruktivem Aufwand eine wichtige Doppelfunktion erfüllen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Beschichten eines Werkstücks ist Gegenstand des Anspruchs 11. Durch dieses Verfahren lassen sich die oben beschriebenen Vorteile ebenfalls erreichen.
Dabei ist es besonders bevorzugt, dass mindestens ein Messergebnis eines Messelements nicht nur zur Regelung des gegenwärtigen Beschichtungsvorgangs, sondern auch zukünftiger Beschichtungsvorgänge herangezogen wird. Auf diese Weise kann erfindungsgemäß auch eine Verbesserung der Prozessführung der Regelung erreicht werden. So ist es beispielsweise möglich, vor einem eigentlichen Beschichtungsvorgang eine Messung bestimmter Parameter der aktivierbaren Haftschicht, wie beispielsweise der zu erwartenden dielektrischen Verluste, durchzuführen. Damit lässt sich eine auf die Eigenschaften der aktivierbaren Haftschicht angepasste Sollwertberechnung ableiten, sodass beispielsweise auch schwierig aktivierbare Haftschichten gut aktiviert werden können, um das gewünschte, qualitativ hochwertige Beschichtungsergebnis zu erhalten.
Die Nutzung mindestens eines Messergebnisses eines Messelements auch für zukünftige Beschichtungsvorgänge ist besonders vorteilhaft bei Zuführung des Beschichtungsmaterials mit variabler Geschwindigkeit. Denn in diesem Falle besteht eine besonders hohe Gefahr einer unzureichenden Aktivierung der aktivierbaren Haftschicht, beispielsweise aufgrund von Nichterreichen der Aufschmelztemperatur der Haftschicht. Erfindungsgemäß lassen sich beispielsweise unter Berücksichtigung der im Aktivierungs- bzw. Fügeprozess herausbildenden variablen Totzeiten, des mathematisch-physikalischen Modells des Aktivierungsprozesses und des sich hieraus ableitenden RegelAlgorithmus erheblich bessere Aktivierungsverläufe erzielen. Ein solcher Regelalgorithmus kann vorzugsweise ein Modellprädikatives Verhalten aufweisen und sich hervorragend für die Regelung des Aktivierungsprozesses in Bearbeitungszentren, aber auch Durchlaufanlagen, eignen.
Figurenliste

1 zeigt schematisch eine Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 zeigt schematisch eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
3 zeigt schematisch eine teilweise Perspektivansicht der in 1 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgen ausführlich unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Eine Vorrichtung 1 zum Beschichten eines Werkstücks 2 ist in 1 schematisch in einer Perspektivansicht gezeigt. Die Vorrichtung 1 dient zum Beschichten von Werkstücken 2, die z.B. vollständig oder abschnittsweise aus Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoff oder dergleichen bestehen. Derartige Werkstücke können beispielsweise im Bereich der Möbel- und Bauelementeindustrie zum Einsatz kommen, aber auch in anderen Bereichen.
Die Vorrichtung 1 umfasst zunächst eine Zuführeinrichtung 10 zum Zuführen eines Beschichtungsmaterials 12, wobei die Zuführeinrichtung 10 auch einen nicht näher gezeigten Vorrat an Beschichtungsmaterial 12 beinhalten kann. Bei dem Beschichtungsmaterial kann es sich beispielsweise um sogenannte Kantenbänder handeln, die aus unterschiedlichsten Materialien bestehen können wie beispielsweise Kunststoff, Furnier, Aluminium etc. Es kann sich jedoch auch um ein eher bahnförmiges Material handeln, das nicht notwendigerweise für eine Schmalfläche, sondern gegebenenfalls auch für eine Breitfläche des zu beschichtenden Werkstücks 2 vorgesehen ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Beschichtungsmaterial 12 mit einer mittels Energieaktivierbaren Schicht 14 versehen, die beispielsweise mit dem Beschichtungsmaterial 12 koextrudiert sein kann oder auch im Nachgang zur Herstellung des Beschichtungsmaterials 12 auf dieses aufgebracht worden sein kann. Prinzipiell kann es sich auch um eine integrale Schicht des Beschichtungsmaterials 12 handeln, die jedenfalls mit bloßem Auge nicht als separate Schicht 14 ersichtlich ist und möglicherweise insgesamt einstückig und strukturell identisch mit dem Beschichtungsmaterial 12 ausgestaltet ist. Wie bereits vorstehend erwähnt, ist es jedoch ebenso möglich, die mittels Energie aktivierbare Schicht 14 alternativ oder zusätzlich auf der zu beschichtenden Oberfläche des Werkstücks 2 vorzusehen und/oder als separate Schicht in der Vorrichtung 1 zuzuführen.
Ferner umfasst die Vorrichtung 1 eine Andrückeinrichtung 20 zum Andrücken des Beschichtungsmaterials 12 an eine zu beschichtende Oberfläche 2a des Werkstücks 2. Die Andrückeinrichtung 20 ist in der vorliegenden Ausführungsform als Andrückwalze ausgestaltet, wobei selbstverständlich auch mehrere Andrückwalzen vorgesehen sein können und auch andersartige Andrückelemente zum Einsatz kommen können.
Darüber hinaus besitzt die Vorrichtung 1 eine Fördereinrichtung 4 zum Herbeiführen einer Relativbewegung zwischen der Andrückeinrichtung 20 und dem Werkstück 2. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Fördereinrichtung 4 als Durchlauffördereinrichtung ausgestaltet, beispielsweise als Förderband, Förderkette oder dergleichen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf derartige Fördereinrichtungen beschränkt. Vielmehr kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 die Fördereinrichtung auch dazu dienen, die Andrückeinrichtung 20 und gegebenenfalls andere Bauteile zu bewegen, während das Werkstück 2 während des Beschichtungsvorgangs stationär gehalten wird. Darüber hinaus sind auch Mischformen beider Konzepte möglich, bei denen sich gegebenenfalls auch zumindest zeitweise Werkstück und Andrückeinrichtung bewegen können.
Zwischen der Andrückeinrichtung 20 und der Zuführeinrichtung 10 ist in der vorliegenden Ausführungsform eine Aktivierungseinheit 30 angeordnet, die in der vorliegenden Ausführungsform zum Aufbringen von Energie auf die mittels Energie aktivierbare Schicht 14 eingerichtet ist. Die Aktivierungseinheit 30 dient dazu, die aktivierbare Schicht 14 derart durch Energieeintrag zu aktivieren, dass die aktivierbare Schicht 14 zum Fügen des Beschichtungsmaterials 12 und des Werkstücks 2 verwendet werden kann. Dabei ist die Aktivierungseinheit 30 in der vorliegenden Ausführungsform auf der vom Werkstück 2 abgewandten Seite des Beschichtungsmaterials 12 angeordnet. Somit kann die Aktivierungseinheit 30 die aktivierbare Schicht 14 mit Energie beaufschlagen, während das Beschichtungsmaterial 12 und das Werkstück 2 in dem mit Energie beaufschlagten Bereich bereits unter der Zwischenschaltung der aktivierbaren Schicht 14 aneinander anliegen.
Die Aktivierungseinheit 30 weist eine Energiequelle 34 auf, die einen Energieerzeugungsabschnitt besitzt, der auf unterschiedlichsten Energieerzeugungstechnologien beruhen kann. Dabei ist der Energieerzeugungsabschnitt bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lasererzeugungsabschnitt, Infraroterzeugungsabschnitt, Ultraschallerzeugungsabschnitt, Magnetfelderzeugungsabschnitt, Mikrowellenerzeugungsabschnitt, Plasmaerzeugungsabschnitt und Begasungsabschnitt. Die besonderen Vorteile dieser unterschiedlichen Technologien wurden bereits vorstehend beschrieben.
Ferner umfasst die in 1 gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 eine Abschirmungseinrichtung 40, die dazu dient, zumindest einen Teil der von der Aktivierungseinheit 30 ausgegebenen Energie abzuschirmen und die untenstehend unter Bezugnahme auf 3 noch näher beschrieben werden wird.
Darüber hinaus weist die in 1 gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ein oder mehrere Messelemente 6 auf, die dazu dienen, jeweils mindestens eine beim Betrieb der Vorrichtung auftretende Prozessgröße zu messen. Dabei ist zu beachten, dass in 1 rein exemplarisch zwei Messelemente 6 gezeigt sind, die Vorrichtung 1 jedoch auch nur ein Messelement oder ggf. zahlreiche weitere Messelemente besitzen kann, die in 1 nicht gezeigt sind.
Bei den Prozessgrößen kann es sich einerseits um mindestens eine Regelgröße handeln, andererseits aber auch um eine oder mehrere Störgrößen. Typische Prozessgrößen sind beispielsweise die Temperatur der Beschichtungsmaterials, die Temperatur der aktivierbaren Haftschicht, die Umgebungstemperatur, die Werkstücktemperatur, der Absorptionsgrad der mittels Energie aktivierbaren Schicht in Bezug auf die aufgebrachte Energie, die Relativgeschwindigkeit des Beschichtungsmaterial zur Andrückeinrichtung und/oder zum Energieaufbringabschnitt, der Abstand oder die Transportzeit zwischen Andrückeinrichtung und Energieaufbringabschnitt. Diese Aufzählung ist jedoch rein exemplarisch, und es kommen im Rahmen der Erfindung vielfältige andere Prozessgrößen in Betracht.
Zu den möglichen Prozessgrößen zählen auch Parameter der von dem Energieaufbringabschnitt aufgebrachten Energie. Diese Parameter hängen naturgemäß von der Art der aufgebrachten Energie bzw. der Energiequelle ab. So kann es bei einer Laserquelle oder Mikrowellenquelle neben der Leistung beispielsweise auf die Wellenlänge ankommen. Bei einer Heißluftquelle kann es beispielsweise auf die Temperatur und/oder den Druck ankommen.
Zahlreiche der oben genannten Prozessgrößen kommen als Regelgröße in Betracht, d.h. als Prozessgröße, welche mittels der nachfolgend noch näher beschriebenen Regelungseinrichtung im Sinne einer Angleichung an eine Führungsgröße beeinflusst werden soll. Hierbei handelt es sich insbesondere um Prozessgrößen, die einen unmittelbaren Einfluss auf das Fügeergebnis besitzen, wie beispielsweise die Temperatur der aktivierbaren Schicht 14. Es kommen jedoch auch andere Prozessgrößen als Regelgröße in Betracht.
Die Messelemente sind jeweils über eine Datenübertragungseinrichtung 52 wie beispielsweise ein Bussystem oder eine drahtlose Übertragungseinrichtung mit einer Regelungseinrichtung 50 verbunden. Diese Regelungseinrichtung 50 ist eingerichtet, je nach Bedarf ein Messergebnis oder mehrere Messergebnisse eines oder mehrerer Messelemente 6 einzulesen und auf dieser Grundlage den Betrieb der Vorrichtung 1, insbesondere der Aktivierungseinheit 30, zu regeln.
Die Regelungseinrichtung 50 hat dann die Aufgabe, auf bestimmte Stellgrößen einzuwirken, um die Regelgröße möglichst nahe an der Führungsgröße zu halten. Als Stellgrößen kommen erneut unterschiedlichste Größen in Betracht. Besonders wirksame Stellgrößen liegen jedoch im Betrieb der Aktivierungseinheit 30, insbesondere deren Leistung, sowie im Betrieb der Fördereinrichtung 4, insbesondere deren Fördergeschwindigkeit.
Die Regelung erfolgt prinzipiell anhand eines Vergleichs mindestens eines Messergebnisses mit einer entsprechenden Führungsgröße. Dabei beruht der Regelalgorithmus vorteilhaft auf einem physikalisch-mathematischen Modell. Dieses Modell kann beispielsweise dazu dienen, bei einer Veränderung der Umgebungstemperatur (Störgröße) abzuleiten, welche gezielte Anpassung mindestens einer Stellgröße (beispielsweise Leistung der Energiequelle 34) vorzunehmen ist, um die Regelgröße (beispielsweise Temperatur der aktivierbaren Schicht) möglichst nahe an dem entsprechenden Sollwert (Führungsgröße) zu halten.
Der Betrieb der in 1 schematisch dargestellten Vorrichtung 1 vollzieht sich beispielsweise wie folgt. Während ein Werkstück 2 auf der Fördereinrichtung 4 bewegt wird, wird das Beschichtungsmaterial 12 mit der aktivierbaren Schicht 14 mittels der Zuführeinrichtung 10 zugeführt und mit der zu beschichtenden Oberfläche 2a des Werkstücks 2 in Anlage gebracht. In diesem Zustand wird die sandwichartig zwischen dem Beschichtungsmaterial 12 und dem Werkstück 2 vorgesehene aktivierbare Haftschicht 14 mittels der Aktivierungseinheit 30 durch Energieeintrag aktiviert, insbesondere aufgeschmolzen. Dabei liegt das Beschichtungsmaterial 12 unter der Zwischenschaltung der aktivierbaren Haftschicht 14 an der zu beschichtenden Oberfläche 2a des Werkstücks 2 an. Anschließend wird das Beschichtungsmaterial 12 noch mittels der Andrückeinrichtung 20 an das Werkstück 2 angedrückt.
Während dieses Ablaufs erfassen die Messelemente 6 kontinuierlich die jeweiligen Prozessgrößen. Die Messergebnisse werden von der Regelungseinrichtung 50 eingelesen und ausgewertet. Auf dieser Grundlage wirkt die Regelungseinrichtung 50 auf die jeweilige Stellgröße(n) ein, um die Regelgröße möglichst nahe an der entsprechenden Führungsgröße zu halten.
Rein beispielhaft können die Messelemente 6 beispielsweise die Umgebungstemperatur, die Fördergeschwindigkeit, Parameter der von der Aktivierungseinheit 30 aufgebrachten Energie sowie die Temperatur der aktivierbaren Schicht 14 messen. Auf dieser Grundlage bestimmt die Regelungseinrichtung 50, ob und gegebenenfalls in welchem Umfang beispielsweise die Leistung der Energiequelle 34 angepasst werden muss, um die Temperatur der aktivierbaren Schicht 14 möglichst nahe an deren Sollwert zu halten.
Bei den Messelementen 6 kann es sich auch um Schnittstellen zu einer nicht näher gezeigten Steuerung der Vorrichtung 1 handeln. Auf diese Weise kann beispielsweise die Fördergeschwindigkeit der Fördereinrichtung 4 abgefragt werden, wobei es sich sowohl um die gegenwärtige als auch um die geplante, zukünftige Förderergeschwindigkeit handeln kann. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass die Regelungseinrichtung bereits vor der Veränderung einer Prozessgröße wie beispielsweise der Fördergeschwindigkeit geeignete Maßnahmen einleiten kann.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in 2 schematisch in einer Draufsicht gezeigt. Die Vorrichtung 1 dieser Ausführungsform entspricht prinzipiell der in 1 gezeigten Ausführungsform. Allerdings erfolgt bei der in 2 gezeigten Ausführungsform das Aktivieren der aktivierbaren Haftschicht 14 bereits vor dem Anlegen des Beschichtungsmaterials 12 an das Werkstück 2. Dementsprechend ist die Aktivierungseinheit 30 in dieser Ausführungsform derart angeordnet, dass sie im sogenannten Fügespalt auf die zu aktivierende Haftschicht 14 wirkt, wobei hier prinzipiell dieselben Aktivierungstechniken zum Einsatz kommen können, wie sie vorstehend beschrieben wurden. Der Aktivierungseinheit 30 nachgeschaltet ist mindestens ein weiteres Messelement 6 vorgesehen, welches in der vorliegenden Ausführungsform die Temperatur oder sonstige Parameter der von der Aktivierungseinheit 30 aktivierten Haftschicht 14 misst. Das Messergebnis dieses Messelements 6 sowie gegebenenfalls weiterer, in 2 nicht gezeigter Messelemente wird über die Datenübertragungseinrichtung 52 an die Regelungseinrichtung 50 weitergegeben, welche auf dieser Grundlage die Aktivierungseinheit 30 ansteuert, um die Temperatur oder sonstige Parameter der aktivierbaren Haftschicht 14 möglichst nahe an deren Sollwert zu halten. Ebenso wie bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform sind auch bei der zweiten Ausführungsform zahlreiche Variationen des Regelungsbetriebes möglich, die an die jeweiligen Anforderungen des Beschichtungsvorganges angepasst werden können.
3 zeigt schematisch weitere Details der in 1 gezeigten Aktivierungseinheit, und zwar als teilweise Perspektivansicht. In 3 dargestellt ist eine kastenartige Abschirmeinrichtung 40, die sich insbesondere für auf Mikrowellentechnologie basierende Aktivierungseinheiten eignet. Dementsprechend wird von einer hier als Mikrowellenquelle ausgestalteten Energiequelle 34 die Mikrowellenenergie zugeführt und über die Abschirmeinrichtung 40 an das in 3 nicht gezeigte Beschichtungsmaterial weitergegeben. Innerhalb - und/oder ggf. auch außerhalb - der Abschirmeinrichtung 40 sind in der vorliegenden Ausführungsform mehrere Messelemente 6 angeordnet, die dazu dienen, Parameter der von der Aktivierungseinheit 30 aufgebrachten (Mikrowellen-)energie zu messen und an die in 3 nicht gezeigte Regelungseinrichtung weiterzugeben. Dabei sind die Messelemente 6 benachbart zu Durchgangsöffnungen 32 angeordnet, durch welche das in 3 nicht gezeigte Beschichtungsmaterial während des Beschichtungsvorganges hindurchgeführt wird. Hierdurch ergeben sich besonders präzise bzw. aussagekräftige Messergebnisse.
Bei den Messelementen kann es sich beispielsweise um mindestens einen Lichtsensor handeln, der dazu dient, beispielsweise eine innerhalb der Abschirmeinrichtung 40 aufgrund eines Energieeintrages durch die Aktivierungseinheit auftretenden Lichtbogens zu erfassen, sodass entsprechende Maßnahmen getroffen werden können. Bei dem Lichtsensor kann es sich beispielsweise um eine Fotodiode handeln. Diese kann gegebenenfalls auch außerhalb der Abschirmeinrichtung 40 vorgesehen sein. In diesem Fall kann beispielsweise ein Lichtwellenleiter vorgesehen sein, der sich von innerhalb der Abschirmeinheit 40 hin zu der Fotodiode erstreckt.
Ein weiteres Beispiel für die Messelemente sind Sensoren, die in die Abschirmeinrichtung 40 eindringende Gegenstände erfassen können. Hierbei kann es sich rein beispielhaft um einen kapazitiven oder auch induktiven Sensor handeln. Hierdurch kann beispielsweise erfasst werden, wenn eine Bedienperson mit einem Gegenstand wie einem Schraubendreher versehentlich in die Abschirmeinrichtung 40 eindringt, beispielsweise um Verklebungen zu entfernen. In diesem Falle bestände eine erhebliche Verletzungsgefahr für die Bedienperson. Diese kann durch den Einsatz mindestens eines entsprechenden Sensors minimiert werden.
Im Hinblick auf die Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann darüber hinaus auch mindestens ein Leckagesensor vorgesehen sein, der das Austreten von Energie (wie elektromagnetischer Strahlung) aus der Abschirmeinrichtung 40 erfasst. Mindestens ein derartiger Leckagesensor kann gegebenenfalls auch außerhalb der Abschirmeinrichtung 40 vorgesehen sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006056010 [0003]
DE 102014213526 A1 [0003]

Claims

Vorrichtung (1) zum Beschichten eines Werkstücks (2), das bevorzugt zumindest abschnittsweise aus Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoff oder dergleichen besteht, umfassend: eine Aktivierungseinheit (30) zum Aktivieren einer aktivierbaren Haftschicht (14), die zum Fügen des Beschichtungsmaterials (12) und des Werkstücks (2) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens ein Messelement (6) aufweist, das eingerichtet ist, mindestens eine beim Betrieb der Vorrichtung auftretende Prozessgröße, insbesondere Regelgröße und/oder Störgröße, zu messen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Regelungseinrichtung (50) aufweist, die eingerichtet ist, mindestens ein Messergebnis eines Messelements (6) einzulesen und auf dieser Grundlage den Betrieb der Vorrichtung, insbesondere der Aktivierungseinheit (30), zu regeln.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (50) eingerichtet ist, den Betrieb der Vorrichtung anhand eines Vergleichs mindestens eines Messergebnisses mit einer entsprechenden Führungsgröße zu regeln.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (50) eingerichtet ist, den Betrieb der Vorrichtung anhand mindestens eines Messergebnisses auf der Grundlage eines, bevorzugt physikalisch-mathematischen, Modells zu regeln.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner gekennzeichnet durch eine Zuführeinrichtung (10) zum Zuführen eines Beschichtungsmaterials (12), eine Andrückeinrichtung (20) zum Andrücken des Beschichtungsmaterials (12) an eine Oberfläche (2a) des Werkstücks (2), und eine Fördereinrichtung (4) zum Herbeiführen einer Relativbewegung zwischen der Andrückeinrichtung (20) und dem Werkstück (2).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungseinheit (30) eine Energiequelle (34) mit mindestens einem Energieerzeugungsabschnitt aufweist, der bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lasererzeugungsabschnitt, Infraroterzeugungsabschnitt, Ultraschallerzeugungsabschnitt, Magnetfelderzeugungsabschnitt, Mikrowellenerzeugungsabschnitt, Plasmaerzeugungsabschnitt und Begasungsabschnitt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Prozessgröße ausgewählt ist aus Temperatur der Beschichtungsmaterials, Temperatur der aktivierbaren Haftschicht, Umgebungstemperatur, Werkstücktemperatur, Parameter der von dem Energieaufbringabschnitt aufgebrachten Energie, Absorptionsgrad der mittels Energie aktivierbaren Schicht in Bezug auf die aufgebrachte Energie, die Relativgeschwindigkeit des Beschichtungsmaterial zur Andrückeinrichtung und/oder zum Energieaufbringabschnitt, der Abstand oder die Transportzeit zwischen Andrückeinrichtung und Energieaufbringabschnitt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (50) eingerichtet ist, als Stellgröße zumindest den Betrieb der Aktivierungseinheit (30), insbesondere deren Leistung, und/oder der Fördereinrichtung (4), insbesondere deren Fördergeschwindigkeit, zu regeln.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, die Regelungseinrichtung (50) über eine Datenübertragungseinrichtung (52) mit mindestens einem Messelement (6) verbunden ist, insbesondere über ein Bussystem und/oder eine drahtlose Datenübertragungseinrichtung.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Messelement (6) an und/oder in der Aktivierungseinheit (30) vorgesehen ist, insbesondere in einem der mittels Energie aktivierbaren Schicht (14) zugewandten Bereich.
Verfahren zum Beschichten eines Werkstücks (2), das bevorzugt zumindest abschnittsweise aus Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoff oder dergleichen besteht, bevorzugt unter Einsatz einer Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten: Zuführen eines Beschichtungsmaterials (12), Aktivieren einer aktivierbaren Schicht (14), die zum Fügen des Beschichtungsmaterials (12) und des Werkstücks (2) vorgesehen ist, und Fügen des Beschichtungsmaterials (12) und des Werkstücks (2), mittels der aktivierbaren Schicht (14), wobei mindestens eine beim Beschichten des Werkstücks (2) auftretende Prozessgröße, insbesondere Regelgröße und/oder Störgröße, mittels mindestens eines Messelements (6) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Regelungseinrichtung (50) mindestens ein Messergebnis eines Messelements (6) eingelesen und auf dieser Grundlage der Beschichtungsvorgang, insbesondere der Aktivierungsvorgang, geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Messergebnis eines Messelements (6) nicht nur zur Regelung des gegenwärtigen Beschichtungsvorganges, sondern auch zukünftiger Beschichtungsvorgänge herangezogen wird, insbesondere bei Zuführung des Beschichtungsmaterials (12) mit variabler Geschwindigkeit.