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Anwendungsgebiet
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Die Erfindung betrifft das sog. Optical Bonding, womit das flächige, lückenlose Zusammenfügen zweier Platten, von denen mindestens eine durchsichtig ist mittels eines dazwischen eingebrachten Fügematerials verstanden wird.
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Jedoch treten annähernd die gleichen Herausforderungen wie beim Optical Bonding auch beim Zusammenfügen zweier nicht durchsichtiger Platten auf.
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II. Technischer Hintergrund
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Das Optical Bonding ist zur Herstellung vieler Arten von elektronischen Displays, insbesondere sog. Touch-Screens, notwendig. Dabei befinden sich häufig elektronische Bauteile in oder an der in Blickrichtung des Betrachters hinteren Platte.
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Das von der Rückseite zur Vorderseite oder auch umgekehrt hindurchtretende Licht erfährt bei jedem Phasenübergang zwischen zwei Medien, die einen unterschiedlichen optischen Brechungsindex besitzen, eine Brechung, also eine Ablenkung des Lichtstrahls, und bei Durchdringen mehrerer Medien hintereinander dadurch meist auch einen Parallelversatz zwischen austretendem und eintretendem Lichtstrahl.
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Um beides so gering wie möglich zu halten, - denn je weniger Lichtbrechung beim Durchtritt durch den Plattenaufbau erfolgt, umso brillanter ist die optische Darstellung auf dem Display für den Benutzer - ist einerseits gefordert, dass die Dicke der Fügematerialschicht einerseits so gering wie möglich ist und andererseits so gleichmäßig wie möglich, damit sich diese Faktoren über die Fläche des Bildschirmes nicht ändern.
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Ferner ist vor allem bei später beleuchteten oder durchleuchteten Displays aufgrund der Helligkeit natürlich jeder Lufteinschluss in der Fügeschicht aufgrund anderer Brechungsverhältnisse ebenso gut zu sehen wie ein in der Fügeschicht eingeschlossener Fremd-Partikel, beispielsweise ein Staubkorn oder ein Faser-Partikel, was bei den hoch präzisen Prüfvorgängen am Ende der Fertigung eines solchen Bildschirmes sofort erkannt wird mit der Folge, dass der produzierte Bildschirm Ausschuss ist.
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Aus Gründen der Minimierung der Lichtbrechung wird häufig ein Fügematerial mit einem Brechungsindex ähnlich oder gleich dem Material der zusammenzufügenden Platten, meist Glas, gewählt, jedoch können je nach Aufgabe und Umgebungsbedingungen sowie Anforderungen an den späteren Fügeverbund auch die Verwendung von Fügematerialien mit einem von dem der Platten abweichenden Brechungsindex notwendig sein. Bei Glasplatten wird als Fügematerial häufig Silikon verwendet.
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Hinsichtlich der Vermeidung von Lufteinschlüssen beim Aufbringen des Fügematerials ist es bereits bekannt, das Fügematerial zunächst in Form einer einzigen, kleinen, z.B. linsenförmigen Fügematerial-Erhebung oder auch eines definierten Musters aus einer oder mehreren Fügematerial-Erhebungen auf der Soll-Fügefläche aufzubringen, wobei die Aufbringungsfläche, die die Fügematerial-Erhebung auf der Kontaktfläche bedeckt, geringer, vorzugsweise wesentlich geringer, ist als die Soll-Fügefläche, über die sich beim fertigen Fügeverbund die Fügematerial-Schicht erstrecken soll.
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Anschließend wird die Fügematerial-Erhebung, die wesentlich höher ist als die vorgesehene Dicke der Fügematerial-Schicht durch Annäherung der beiden Platten gegeneinander flach gedrückt und dadurch die Fläche, die vom Fügematerial benetzt wird, vergrößert, bis die gesamte Soll-Fügefläche mit einer gleichmäßigen, vorgegebenen Schichtdicke und ohne Lufteinschlüsse zwischen den Platten von Fügematerial bedeckt und der Zwischenraum zwischen den Platten gefüllt ist.
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Es liegt auf der Hand, dass es beim Aufbringen des Fügematerials wichtig ist, dass vor dem Zusammenfügen der Platten kein Fügematerial von der Platte, auf der es sich befindet, herabläuft, egal wie der vorherige Aufbringungs-Vorgang gestaltet wurde.
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Zu diesem Zweck ist es als sogenanntes Hybrid-Bonding, um welches es sich bei der vorliegenden Erfindung handelt, ebenfalls bekannt
- - das Fügematerial mittels einer sogenannten Breitschlitz-Düse, deren Haupterstreckungs-Richtung vorzugsweise der Länge oder Breite der meist rechteckigen Aufbringungsfläche entspricht, durch Entlangfahren in der anderen Richtung der Aufbringungsfläche eine gleichmäßige Schicht von Fügematerial aufzubringen und anschließend, also vor dem Kontaktieren der anderen Platte,
- - entweder den Rand der aufgebrachten Schicht umlaufend soweit anzuhärten, dass das Herabfließen des Fügematerials über den Rand verhindert wird
- - oder die aufgebrachte Schicht insgesamt soweit anzuhärten, dass sie einerseits nicht mehr von der sie tragenden Platte seitlich herunterlaufen kann, andererseits aber noch ausreichend adhäsiv ist, um beim anschließenden Kontaktieren der anderen Platte flächig an dieser zu haften.
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Die Platte, auf der das Fügematerial aufgebracht werden muss, ist dabei meist eine Glasscheibe, deren Dicke jedoch unter 1 mm liegt, und die Dicke des Fügematerial- Auftrages beträgt meist bei nur 2/10 bis 3/10 mm.
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Um das Auftreten und insbesondere die Größe von Lufteinschlüssen in der Fügematerialschicht zu verringern oder ganz zu vermeiden, ist es bereits bekannt, das Zusammenfügen, also die Annäherung und Kontaktierung der miteinander zu verklebenden Platten gegeneinander mit dem Fügematerial dazwischen, in einer Unterdruckkammer und/oder in Reinraum-Umgebung durchzuführen.
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III. Darstellung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, eine Vorrichtung zum flächigen, lückenlosen Zusammenfügen zweier Platten innerhalb der Soll-Fügefläche zur Verfügung zu stellen, insbesondere die für das Aufbringen des Fügematerials benutzte Breitschlitz-Düse, welche den gewünschten gleichmäßigen Auftrag des Fügematerials auf einer der Platten ermöglicht, sowie ein Verfahren zum Benutzen dieser Vorrichtung.
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Lösung der Aufgabe
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 24, 30 und 32 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Zunächst soll klargestellt werden, dass das zwischen den Platten flächig eingebrachte Fügematerial primär dem Zweck dient, die Lichtbrechung zu verringern oder ganz zu vermeiden, insbesondere den Parallelversatz zwischen ein- und austretendem, den Fügeverbund durchdringenden, Lichtstrahl. Bevorzugt ist das Fügematerial auch noch im fertig hergestellten Fügeverbund optisch klar, also vollkommen durchsichtig und farblos.
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Ob auch der Zusammenhalt der beiden Platten in dem Fügeverbund durch das Fügematerial bewirkt wird, indem es sich beispielsweise bei dem Fügematerial um einen Kleber handelt, der eine ausreichende Adhäsion oder Kohäsion hierfür bietet, oder allein durch die hohlraum-freie Fügematerial-Schicht die beiden Platten mittels des umgebenden Luftdruckes ausreichend fest zusammengefügt werden oder gar die beiden Platten mechanisch mittels einer Halte-Vorrichtung gegeneinander in der richtigen Endstellung gehalten werden, ist sekundär.
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Unabhängig davon wird der Vorgang des Zusammenfügens der beiden Platten mit dem Fügematerial dazwischen in der vorliegenden Anmeldung als Verkleben bezeichnet.
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Des Weiteren kann das Fügematerial im Aufbringungszustand flüssig oder pastös sein und entweder diesen Zustand auf Dauer zwischen den Platten beibehalten oder auch spätestens zwischen den Platten mehr oder weniger stark aushärten, wobei auch bereits vor dem Zusammenfügen der Platten ein Anhärten zumindest teilweise erfolgen kann.
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Es wird weiterhin klargestellt, dass der im Rahmen dieser Anmeldung genutzte Begriff Düse keineswegs zwingend bedeuten muss, dass sich der Düsen-Kanal in seinem Querschnitt zum freien offenen Ende hin verringert und dadurch die Düsen-typische Beschleunigung des hindurchgeführten Fluids eintritt. Düse kann auch bedeuten, dass es sich dabei um einen Ausbringungs-Kanal handelt, dessen Querschnitt in seinem Verlauf gleich bleibt oder sich sogar zu seinem freien, offenen Ende hin erweitert.
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Unter einer Breitschlitz-Düse wird vorliegend eine solche verstanden, deren Austritts-Öffnung in ihrer größten Erstreckungsrichtung, ihrer Länge mindestens 200 mal, besser mindestens 300 mal, besser mindestens 400 mal, besser mindestens 500 mal so lang ist wie in ihrer kleinsten Erstreckungsrichtung, ihrer Breite.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird auf zumindest einer der Kontaktflächen einer Platte ein flüssiges oder pastöses Substrat als Fügematerial aus einer Austritts-Öffnung, der Düse, aufgebracht, sodass dieses auf der Kontaktfläche einen Fügematerial-Auftrag bildet.
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Um den Beginn und das Ende des Aufbring-Vorganges exakt steuern zu können, wird erfindungsgemäß die Austritts-Öffnung für das Substrat aktiv mittels einer Verschließvorrichtung, die vorzugsweise ein Verschlusselement umfasst, geöffnet und geschlossen, welche an oder nahe an der Austritts-Öffnung angeordnet ist.
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Dies ist notwendig angesichts der geforderten Genauigkeiten:
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Während die Aufbringungsfläche ohnehin meist nur in jeder Richtung etwa 1 mm kleiner ist als die gesamte Fläche der Platte, die nach dem Zusammenfügen vollständig als Kontaktfläche in Kontakt mit dem Fügematerial und der gegenüberliegenden Platte stehen soll, ist die Größe der Aufbringungsfläche meist noch enger toleriert, in der Größenordnung von wenigen 1/10 mm.
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Da das Substrat zur Austritts-Öffnung, die ja in aller Regel Teil eines Breitschlitz-Düsenkopf ist, mittels einer Pumpe, meist einer Dosier-Pumpe, angeliefert wird, sollte die anliefernde Pumpe zeitgleich mit der Verschließvorrichtung aktiviert und deaktiviert werden und/oder ein zwischen der Pumpe und der Verschließvorrichtung vorhandenes Zufuhr-Ventil geschlossen werden.
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Da dies in der Praxis nicht exakt genau möglich ist, wird vorsichtshalber beim Beginn des Auftrages kurz vor dem Öffnen des Verschlusselementes die Pumpe in Gang gesetzt und beim Beenden des Auftrages erst nach dem Schließen des Verschlusselementes die Pumpe abgeschaltet, so dass während der Ausbringungs-Zeit die Pumpe mit Sicherheit eingeschaltet ist.
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Dadurch läuft die Pumpe jedoch auch noch kurze Zeit bei geschlossener Verschließvorrichtung, und das in dieser Zeit angelieferte Substrat wird vorzugsweise in einem Ausgleichsraum mit variablem Volumen aufgenommen. Der Gegendruck im Ausgleichsraum muss dabei natürlich geringer sein als der Arbeitsdruck, mit dem die Pumpe das Substrat anliefert.
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Bei offenem Verschlusselement wird das Volumen des Ausgleichsraumes dagegen konstant gehalten, damit die über die Austrittsöffnung ausgetragene Menge pro Zeiteinheit der von der Pumpe angelieferten Menge pro Zeiteinheit an Substrat entspricht.
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Da sich das Verschlusselement an oder nahe an der Austritts-Öffnung befindet, ist zwischen dem Verschlusselement und der Austritts-Öffnung nur wenig Substrat im Austritts-Kanal, so dass ein Abtropfen von Substrat nach dem Schließen des Verschlusselementes kaum stattfinden wird.
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Steht dies dennoch zu befürchten, so kann anstelle oder zusätzlich zum Schließen der Verschließvorrichtung - sofern vorhanden - das nahe an der Austritts-Öffnung im Austritts-Kanal befindliches Substrat oder aus der Austritts-Öffnung bereits überstehende Substrat aktiv zurückgezogen werden, indem stromaufwärts der Austrittsöffnung ein Unterdruck gegenüber dem Umgebungsdruck erzeugt wird, wofür beispielsweise das Volumen im Ausgleichsraum aktiv vergrößert werden kann.
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Dies ist vor allem dann notwendig, wenn der Auftrag des Fügematerials bei Unterdruck, also bei stark verringertem Druck gegenüber dem UmgebungsDruck, insbesondere bei maximal 100 mbar, besser nur maximal 50 mbar, besser nur maximal 30 mbar. Wenn dies bei Unterdruck geschieht, besteht keine Gefahr, dass sich im Fügematerial oder zwischen dem aufgebrachten Fügematerial und der Kontaktfläche der Platte ein Lufteinschluss bildet, aber beispielsweise fehlt der Umgebungsdruck, um das Substrat nicht aus der Austritts-Öffnung abtropfen zu lassen.
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Das Verschließen der Düse an oder nahe an der Austrittsöffnung einerseits und das Verbringen von angeliefertem Substrat in einen Ausgleichsraum mit variablem Volumen andererseits können alternativ oder auch gemeinsam vorgesehen werden.
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Um eine gleichmäßige Austragsmenge pro Zeiteinheit an jeder Stelle entlang der schlitzförmigen Austritts-Öffnung zu erzielen, kann deren Breite im Verlauf ihrer Länge eingestellt werden.
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Aufgrund der oben genannten sehr engen Tolerierung der Aufbringungsfläche müssen ebenfalls spezifische Maßnahmen für deren Einhaltung vorgesehen werden, zumal meist noch weitere Forderungen erfüllt werden müssen wie ein sehr steiler Anstieg vom Rand des Material-Auftrages bis auf dessen vollständige Höhe.
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Um diese Tolerierung in Verfahr-Richtung der Düsen-Einheit relativ zur zu beschichteten Platte beim Auftragen einhalten zu können, wird der Auftrag vorzugsweise bei stillstehender Düsenkopf begonnen und unmittelbar danach die Relativ-Verfahrung aufgenommen.
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Auch am Ende des Aufbringungsvorganges wird die Düsenkopf zum Stillstand gebracht, gleichzeitig oder bevor die Ausbringung beendet wird.
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Um ein Überschreiten der Aufbringung-Fläche zu vermeiden, kann am Ende der Aufbringungsfläche die Düsenkopf nicht nur angehalten, sondern auch über eine kurze Strecke zurück bewegt werden, sodass der letzte Teil des aus der Austritts-Öffnung austretenden Substrates auf dem bereits erzeugten Schichtauftrag abgelegt wird, der nach kurzer Zeit Schwerkraft bedingt wieder die gleiche Schichthöhe besitzen wird. Allerdings wird das Risiko eines Auftrages über die Grenze der Aufbringungsfläche hinaus dadurch verringert.
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Auch in Querrichtung zur Verfahrrichtung kann das Einhalten des Toleranzbereiches der Aufbringungsfläche Probleme bereiten:
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So tritt bei zunehmendem Abstand der Austritts-Öffnung von der Platte der Effekt ein, dass der aus der Breitschlitz-Düse nach unten laufende Vorhang aus Substrat - in Verfahrrichtung betrachtet - seitlich keine geraden sondern konvex nach innen eingezogene Kanten aufweist, deren Form und Größe während des Auftrages nicht unbedingt gleich bleibt, wodurch die Kante, bis zu der seitlich zur Verfahrrichtung Substrat auf der Platte abgelegt wird, nicht mehr exakt genug bestimmt werden kann.
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Aus diesem Grund wird der Abstand zwischen der Austrittsöffnung und der Platte möglichst gering gewählt, also nur wenig größer als die gewünschte Schichtdicke des Auftrages, die ja durch entsprechende Relation zwischen Verfahrgeschwindigkeit und Ausbringungsmenge pro Zeiteinheit gesteuert wird.
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In der Regel wird der Abstand maximal 50 %, besser maximal 30 %, besser maximal 20 %, besser maximal 10 % größer gewählt als die Soll-Schichtdicke.
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Da diese nur bei wenigen Zehntel Millimetern liegt, muss der Abstand während des Aufbringungsvorganges somit auf wenige Hundertstel Millimeter genau gesteuert werden.
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Allerdings besitzen die Kontaktflächen der zusammenzufügenden Platten, also auch der mit dem Substrat zu beschichteten Platte, aufgrund von Fertigungs-Ungenauigkeiten der Platten nicht exakt vorgegebene Soll-Kontur, meist eine ebene Kontaktfläche.
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Da die gewünschte Schichtdicke des Fügematerials im fertig hergestellten Fügeverbund im Bereich nur weniger Zehntel Millimeter liegt, genügt ohnehin bereits eine Fertigungs-Ungenauigkeiten von einem einzigen Zehntel Millimeter, damit bereichsweise ein Unterschreiten oder Überschreiten des Wertebereichs des Soll-Schichtdickenprofiles auftreten kann, denn bei einer solchen Ungenauigkeit würde der Abstand zwischen Austritts-Öffnung und Platte geringer werden als die Soll-Schichtdicke.
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Selbst wenn man dies hinnehmen würde, würde dies jedoch dazu führen, dass der Düsenkopf - der dann mehr Substrat pro Zeiteinheit ausbringen würde, als durch den verbliebenen Abstand zwischen Austritts-Öffnung und Platte hindurchgeführt werden kann - einen Berg von Substrat vor sich her schieben würde, was zu einer definierten Verschmutzung des Düsenkopfes einerseits führen würde und mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit zu einem Überschreiten der Soll-Aufbringungsfläche am Ende der Relativbewegung.
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Um dies zu vermeiden, wird bei mindestens einer Platte jedes zusammenzufügenden Paares, insbesondere bei beiden Platten des Paares, und vorzugsweise nicht stichprobenartig, sondern bei jedem Paar, die Kontur der Kontaktfläche bestimmt, nicht unbedingt über deren gesamte Erstreckung, sondern meist nur die Lage einer ausreichenden Anzahl von über die Kontaktfläche verteilten Messpunkten, aus denen sich der Kontur-Verlauf genau genug bestimmen lässt.
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Ausgehend von der ermittelten Kontur der wenigstens einen der später gegeneinander anzunähernden Kontaktflächen kann durch Relativ-Verlagerung zwischen Austritts-Öffnung und Platte quer zur Kontaktfläche deren Soll-Abstand während des Aufbringens beibehalten werden und/oder je nach Anwendung auch die Menge des ausgebrachten Fügematerials pro Zeiteinheit während des Ausbringungsvorganges variiert werden.
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Eine andere Möglichkeit besteht darin, die zu beschichtende Platte, also deren Aufbringungsfläche, für den Aufbringungsvorgang in eine Soll-Form zu bringen, also beispielsweise eben auszurichten, was insbesondere durch Heransaugen einer nach oben aufgewölbten Platte nach unten an einen ebenen Werkstückträger erfolgen kann.
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Dabei ist es wichtig, zunächst die Richtung der Durchbiegung zu ermitteln und die Platte auf dem Werkstückträger so aufzulegen, dass sie sich in der Mitte nach oben wölbt, und nicht schalenförmig mit hochgewölbten Rändern auf der Werkstück-Auflage liegt, da sie dann meist auch an den seitlichen Anschlägen nicht anliegt, sondern diese überläuft.
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Doch selbst für den Fall des Geradeziehens der Kontaktfläche ist das zuvor beschriebene Bestimmen der Kontur der Kontaktfläche der - noch unbeschichteten - Platten sinnvoll, vor allem wenn alle Platten einer solchen Konturbestimmung unterworfen werden, um dadurch für das spätere Zusammenfügen zweier Platten, die eine genau gegenläufige Verformung besitzen, zu einem Fügeverbund zu vermeiden. Meist kann dann durch Umdrehen der einen Platte auf der Werkstück-Auflage die Verformung der beiden zusammenzufügenden Platten in eine zumindest qualitativ gleiche Verformung gebracht werden.
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Um die Gefahr des Verfließens des verteilten Fügematerials über den Rand der Aufbringungsfläche, insbesondere der Kontaktfläche, also der jeweiligen Platte, zu mindern, kann - vorzugsweise vor dem Aufbringen der Hauptmenge des Fügematerials - entlang wenigstens der Kanten der Aufbringungsfläche und/oder Soll-Fügefläche ein Begrenzungswall aufgebracht werden, der jedoch auch außerhalb der Aufbringungsfläche und/oder Soll-Fügefläche angeordnet ist, um die durchgängige Benetzung der Soll-Fügefläche mit Fügematerial nicht zu verhindern.
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Da eine Ausbringung mit Düse leichter automatisiert und vor Allem bei Produktänderungen leichter angepasst werden kann, wird vorzugsweise der Begrenzungswall ebenfalls als pastöses Material aufgebracht mittels einer Düse, und vorzugsweise mit der vorgesehenen Soll-Schichtdicke, wie sie für den gesamten Material-Auftrag gilt.
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Bei dem Material des Begrenzungswalls kann es sich um das gleiche Material, zumindest das gleiche Ausgangs-Material, wie das Fügematerial handeln, jedoch eben in einem zähflüssigeren Zustand, oder es kann sich um ein völlig anderes, beispielsweise auch undurchsichtiges, Material handeln, falls der Begrenzungswall außerhalb der später durchsichtigen Fläche, die in der Regel der Soll-Fügefläche entspricht, oder sogar kleiner als diese ist, angeordnet wird.
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Eine bevorzugte Möglichkeit besteht darin, für den Begrenzungswall einerseits und das Fügematerial andererseits das identische Material zu verwenden, aber dafür Sorge zu tragen, dass das für den Begrenzungswall aufgebrachte Material - gleichzeitig oder auch erst kurze Zeit nach dem Aufbringens des restlichen Fügematerials innerhalb des Begrenzungswalls - eine solche Viskosität aufweist, dass das im Inneren des Begrenzungswalls vorhandene Fügematerial nicht über den Begrenzungswall fließen kann.
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Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem durch Energieeintrag in das Material für den Begrenzungswall entweder beim Aufbringen - sei es noch bevor dieses Material die Austrittsöffnung durchläuft, oder zwischen Austrittsöffnung und Auftreffen auf der Kontaktfläche oder erst wenn sich das Material auf der Kontaktfläche befindet - ein Anhärten oder teilweises Aushärten bewirkt oder zumindest ausgelöst wird.
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Bevorzugt wird dabei die letzte Möglichkeit, da die Viskosität des Materials in der Regel ein Auseinanderfließen erst im Laufe von einigen Minuten bewirkt, und in dieser Zeit nach dem Auftrag eine Anhärtung, vorzugsweise mittels Bestrahlung erfolgt, sei es mittels einer entlang des Randes geführten Bestrahlungs-Quelle oder durch Bestrahlung der gesamten Aufbringungsfläche und Abdecken des zentralen Bereiches, der noch nicht angehärtet werden soll, um möglichst hoch adhäsiv zu bleiben, bis die zweite Platte aufgelegt wird.
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Der Energieeintrag kann durch Wärme, insbesondere Wärmestrahlung und/oder UV-Licht, bei einem entsprechend dafür reaktiven Material, oder generell durch elektromagnetische Strahlung oder auch durch Einbringen mechanischer Energie, beispielsweise durch Ultraschall-Schwingungen, erfolgen.
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Um das Anhaften des Fügematerials an den Kontaktflächen zu verbessern, werden diese vorzugsweise vor dem Aufbringen des Fügematerials gereinigt und/oder die Hafteigenschaften der Kontaktflächen auf andere Art und Weise verbessert.
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Durch das anschließende gegeneinander Annähern der Platten mittels einer Annäherungsbewegung, die sehr unterschiedlich gestaltet sein kann, bis zur Kontaktierung, werden die Platten letztendlich soweit gegeneinander angenähert, dass der Zwischenraum zwischen den beiden Platten, also zwischen deren gegeneinander gerichteten Kontaktflächen, zumindest im gesamten Bereich der vorgesehenen Soll-Fügeflächen, von denen sich jede innerhalb einer Kontaktfläche befindet, vollständig und lückenlos mit Fügematerial gefüllt wird, also die Platten letztendlich zusammengefügt sind und einen Fügeverbund aus den beiden Platten und der dazwischen angeordneten Schicht aus Fügematerial bilden.
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Das Zusammenfügen geschieht vorzugsweise bei Unterdruck.
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Bevorzugt wird die Annäherungsbewegung fortgesetzt, bis der Abstand zwischen den Kontaktflächen der beiden Platten und damit die Schichtdicke des dazwischen möglichst nicht mehr weiter verteilten Fügematerials zwischen 0,1 mm und 0,8 mm liegt, vorzugsweise zwischen 0,3 mm und 0,5 mm, vorzugsweise mit einer maximalen Abweichung von der Soll-Schichtdicke um höchstens +/-0,05 mm, besser von höchstens +/-0,03 mm.
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Falls die Annäherungsbewegung positionsgesteuert ist, also bis zu einem Soll-Abstand zwischen den Platten durchgeführt wird - der in der Regel der Schichtdicke des Auftrages entspricht oder nur wenige 1/100 mm geringer ist, muss die während des Aufbringungsvorganges erzielte Dicke des Materialauftrages bekannt sein. Hierfür kann entweder die Soll-Dicke des Material-auftrages gewählt werden, oder nach der Aufbringung des Fügematerials wird die Dicke des Auftrages aktiv gemessen. Abhängig von dieser Eingangsgröße wird die Zielposition beim Annähern der Platten gegeneinander durch die Steuerung vorgegeben.
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Bei einer solchen Schichtdicke ist - selbst wenn das verwendete Fügematerial einen anderen Brechungsindex als das Material der durchsichtigen Platten besitzt - der dadurch bedingte Versatz der durch den Fügeverbund hindurchtretenden Lichtstrahlen noch sehr gering, zum Anderen ist die Schichtdicke ausreichend, um eine Kraftverteilung zu bewirken, falls auf eine der Platten des Fügeverbundes punktuell eine sehr hohe Druckkraft aufgebracht wird.
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Um die Handhabung zu vereinfachen, wird vorzugsweise eine der beiden zusammenzufügenden Platten, insbesondere die untere Platte, während des Fügematerialauftrages und/oder des gegeneinander Annäherns horizontal angeordnet und/oder nicht bewegt, also stillstehend gegenüber der Umgebung gehalten, vorzugsweise fixiert, während nur die andere Platte, in der Regel die obere Platte, relativ hierzu die Annäherungsbewegung vollzieht.
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Die oben genannte Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung dadurch gelöst, dass der hierfür verwendete Breitschlitz-Düsenkopf zunächst einmal bekanntermaßen einen hohlen Grundkörper umfasst, der einerseits eine Zufuhröffnung für das Substrat, also das Fügematerial, und andererseits eine Austritts-Öffnung hierfür besitzt, die miteinander über den Innenraum des Grundkörpers, der zur Austrittsöffnung hin als Austritts-Kanal ausgebildet sein kann, aufweist.
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Erfindungsgemäß umfasst der Breitschlitz-Düsenkopf insbesondere eine aktiv ansteuerbare Verschließvorrichtung, die ein Verschlusselement umfasst, mit dem der Austritts-Kanal möglichst nahe an der Austrittsöffnung oder direkt die Austrittsöffnung für das Substrat verschlossen werden kann.
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Zusätzlich oder stattdessen umfasst der Düsenkopf stromaufwärts der Austrittsöffnung einen Ausgleichsraum, der ebenfalls mit dem Innenraum, insbesondere dem Austritts-Kanal, in Verbindung steht und im Fall einer geschlossenen Verschließvorrichtung, aber laufender Pumpe das angelieferte Substrat aufnehmen kann.
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Die Verschließvorrichtung und der variable Ausgleichsraum können alternativ oder zusammen an dem Düsenkopf vorhanden sein.
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Die Verschließvorrichtung kann unterschiedlich ausgebildet sein:
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So kann die Verschließvorrichtung ein Sitzventil sein und das Verschlusselement, also der Ventilkörper des Sitzventiles, im einfachsten Fall die Austrittsöffnung von dessen Austrittsseite her verschließen. Das Verschlusselement ist dadurch einfach erreichbar und beispielsweise auch einfach zu reinigen, jedoch sind die auszubringenden Substrate häufig UV-reaktiv, sodass sich nach kurzer Zeit ausgehärtetes Fügematerial an der Verschließvorrichtung ansammeln wird.
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Insbesondere wenn sich das Verschlusselement im Inneren des Grundkörpers befindet, was zu bevorzugen ist, ist es so angeordnet, dass es die Strömungsverbindung zwischen der Zufuhröffnung und der Austrittsöffnung verschließen kann, also insbesondere den Austrittskanal möglichst nahe an der Austrittsöffnung verschließen kann, damit sich stromabwärts bei geschlossenem Verschlusselement möglichst wenig Substrat im Austrittskanal befindet.
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Dabei ist die Verschließvorrichtung und insbesondere deren Verschlusselement vorzugsweise so ausgebildet, dass durch das Schließen kein Substrat aus der Austritts-Öffnung hinausgeschoben wird, also sozusagen ausschub-frei ausgebildet ist, um ein zusätzliches Ausbringen einer nicht definierten Zusatzmenge an Substrat zu verhindern.
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Zu diesem Zweck ist es sinnvoll, dass das Verschlusselement vorzugsweise einerseits eine Verschluss-Kante oder eine Verschluss-Fläche aufweist und - insbesondere im geschlossenen Zustand - sich diese Verschluss-Kante oder Verschluss-Fläche näher an der Verschluss-Stelle befindet als der Rest des Verschlusselementes.
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Vorzugsweise ist das Verschlusselement ein schwenkbares oder drehbares Verschlusselement, insbesondere eine Verschluss-Walze, wie an Hand der Figuren näher beschrieben.
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Das Verschlusselement kann jedoch auch als Verschlussschieber ausgebildet sein, der beispielsweise mit seiner vorderen Stirnfläche ein Teil der Wandung des offenen Austritts-Kanales ist und quer zur Verlaufsrichtung des Austritts-Kanales vorwärts geschoben werden kann bis zum Kontakt mit der gegenüberliegenden Wand des Austritts-Kanales in die geschlossene Stellung.
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Der Verschlussschieber kann jedoch auch in Verlaufsrichtung oder schräg zur Verlaufsrichtung des Austritts-Kanales verschiebbar sein, beispielsweise bis zur Anlage seiner vorderen Stirnfläche an der Eintrittsöffnung des Austritts-Kanales oder einer in dessen Verlauf angeordneten Schulter.
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Je nach Bewegungsrichtung kann ein solcher Verschlussschieber ebenfalls ausschub-frei angeordnet werden.
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Während bei den bisher beschriebenen Lösungen zwischen dem Verschlusselement und dem Grundkörper Fugen vorhanden sind, in die Fügematerial eindringen kann und dadurch auch das Verschlusselement in seiner Bewegung gegenüber dem Grundkörper gehemmt werden kann, falls es sich um ein adhäsives und/oder automatisch aushärtendes Substrat handelt, hat ein Membranventil diesen Nachteil nicht:
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Eine als Verschlusselement dienende, flexible Sperr-Membran kann ebenfalls Teil der Wandung des Austritts-Kanales sein und wird dabei mit dem Substrat benetzt, jedoch nicht in seiner Wirksamkeit beeinträchtigt. Denn für das Verschließen des Austritts-Kanals wird die Membran auf ihrer Rückseite, also der vom Austritts-Kanal abgewandten Seite, von einem Betätigungselement oder mittels Beaufschlagung mit Überdruck so verformt, dass sie gegen die gegenüberliegende Wandung drückt und den Austritts-Kanal verschließt.
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Eine besonders einfache und kostengünstige Ausbildung eines Membran-Ventils ist ein Quetschventil, bei dem ein Abschnitt des Austritts-Kanals aus einem elastischen Schlauch besteht, dessen einander gegenüberliegende Wandung wie bereits beschrieben durch ein Betätigungselement dicht gegeneinander gedrückt werden können.
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Der Nachteil ist die begrenzte Lebensdauer solcher Membran-Ventile oder Quetschventile.
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Der Ausgleichsraum ist vorzugsweise ebenfalls im Grundkörper angeordnet und steht mit dem Innenraum, insbesondere dem Austritts-Kanal, stromaufwärts der Verschließvorrichtung in Verbindung. Dadurch wird bei ansonsten geschlossenem Innenraum und geschlossener Verschließvorrichtung - sofern vorhanden - das weiterhin angelieferte Substrat automatisch in den Ausgleichsraum hinein gedrückt.
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Zu diesem Zweck besitzt der Ausgleichsraum ein variables, insbesondere aktiv steuerbares, Volumen, was mittels eines Variationselementes gesteuert werden kann.
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Eine typische Bauform des Variationselementes und des Ausgleichraumes ist eine Kolben-Zylinder-Einheit, bei der der Kolben das Variationselement ist und die der Kolbenstange gegenüberliegende offene Seite des Zylinders, dessen Arbeitsraum, mit dem Innenraum des Grundkörpers in Verbindung steht.
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Anstelle des Kolbens kann auch eine elastische Ausgleichs-Membran vorhanden sein, wobei dann die Form des Ausgleichsraumes aufgrund eines nicht mehr vorhandenen, darin dicht verschiebbaren Kolbens abseits der Ausgleichs-Membran frei wählbar ist.
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Der Grundkörper selbst ist vorzugsweise - sowohl aus Montagegründen als auch aus Wartungs-und Reinigungsgründen - mindestens zweiteilig ausgebildet und dadurch zerlegbar.
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Vorzugsweise besteht der Grundkörper aus einem Hauptteil, in dem der Innenraum ausgebildet ist, der zu einer Außenseite, jedoch nicht den daran angrenzenden Stirnseiten, dieses Hauptteiles hin offen ist, so dass er umfänglich geschlossen werden kann durch Aufsetzen und Fixieren einer Verschlussplatte auf diese Außenseite des Hauptteiles.
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Der, insbesondere einzige, Austritts-Kanal und damit auch die, insbesondere einzige, Austritts-Öffnung des Düsenkopfes wird vorzugsweise dadurch gebildet, dass sie vorzugsweise nicht wie der Innenraum als Ausnehmung im Hauptteil ausgebildet wird, sondern zwischen dem Hauptteil und der daran befestigten Verschlussplatte eine Abstandsfolie zwischengelegt wird, die in der Aufsicht auf die Hauptebene dieser Folie U-förmig oder C-förmig ausgebildet ist und somit das Hauptteil gegenüber der Verschlussplatte über die umlaufende Fuge dicht gegeneinander verschließt bis auf die Lücke im Umfang der Kontur der Abstandsfolie.
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Somit bestimmt die Dicke dieser Abstandsfolie die Breite der Austrittsöffnung und die Erstreckung der Lücke im Umfang der Kontur der Abstandsfolie deren Länge.
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Die Breite der Austritts-Öffnung kann somit sehr einfach durch Auswechseln der Abstandsfolie gegen eine andere mit einer anderen Dicke und/oder einer anderen Breite der Lücke geändert werden.
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Dabei bestimmt die Dicke der Folie vor allem die Breite in den Endbereichen der Längserstreckung der Austritts-Öffnung. In Längsrichtung im mittleren Bereich der Austritts-Öffnung, in der die Abstandsfolie nicht vorhanden ist, können die die Austritts-Öffnung begrenzenden Wände dagegen aufeinander zu oder voneinander weg bewegt werden und damit die Breite der Austritts-Öffnung verändert werden.
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Der Innenraum ist vorzugsweise so gestaltet, dass er - im montierten Zustand des Düsenkopfes - einen am höchsten liegenden Bereich umfasst, an dem eine absperrbare Entlüftungs-Öffnung mündet, sodass sich dort ansammelndes Gas aus dem Grundkörper entfernt werden kann. Sowohl die Zufuhröffnung als auch die Auslassöffnung münden also mittels Verbindungskanälen vorzugsweise abseits dieses am höchsten liegenden Bereiches des Innenraumes.
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Der Innenraum besitzt in Längsrichtung des Grundkörpers betrachtet, also in Richtung der größten Erstreckung der Austritts-Öffnung, zumindest am Übergang in den Austritts-Kanal eine Erstreckung, die mindestens 70 %, besser mindestens 80 %, besser mindestens 90 %, besser mindestens 95 %, besser 100 % der Abmessung des Austritts-Kanals in diese Richtung entspricht, um eine gleichmäßige Druckverteilung im Austritts-Kanal zu ermöglichen.
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In Richtung der Breite der Austritts-Öffnung gemessen besitzt aus dem gleichen Grund der Innenraum eine maximale Erstreckung, die mindestens dem 5-fachen, besser mindestens dem 10-fachen, besser mindestens dem 20-fachen besser mindestens dem 30-fachen der Abmessung des Austritts-Kanals in diese Richtung entspricht.
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Eine Auftrag-Vorrichtung zum Auftragen eines viskosen Substrates, beispielsweise als Fügematerial, auf einer gewünschten Aufbringungsfläche einer Platte umfasst einerseits den Breitschlitz-Düsenkopf, wie vorstehend beschrieben, und darüber hinaus natürlich ein Grundgestell, an dem dieser Düsenkopf befestigt ist, ebenso eine Reihe weitere Elemente, wie anhand der Figuren näher beschrieben.
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Die Auftrag-Vorrichtung umfasst eine Steuerung, die zumindest alle beweglichen Teile und veränderbaren physikalischen Parameter der Vorrichtung steuert.
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Wenn das Auftragen des Substrates bei Unterdruck erfolgen soll, umfasst die Auftrag-Vorrichtung auch eine Unterdruck-Kammer, die über einen Unterdruck-Anschluss verfügt, wobei dann der Breitschlitz-Düsenkopf ebenfalls innerhalb der Unterdruck-Kammer angeordnet ist.
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Eine Füge-Vorrichtung zum Zusammenfügen zweier Platten mittels der dazwischen angeordneten Schicht aus Fügematerial umfasst neben der beschriebenen Auftrag-Station mit einer Auftrag-Vorrichtung als weitere Arbeitsstationen eine Füge-Station mit einer Füge-Vorrichtung, die in aller Regel beabstandet zur Auftrag-Station angeordnet ist, wie ebenfalls anhand der Figuren näher erläutert.
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Figurenliste
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Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
- 1a, b: die Verbund-Vorrichtung in der Aufsicht und der Seitenansicht,
- 1c: die Auftrag-Vorrichtung im Querschnitt, betrachtet in Durchlaufrichtung,
- 2a: eine Aufsicht auf die Kontaktfläche einer mit Fügematerial zu beschichtenden Platte,
- 2b: den Fügevorgang in der Seitenansicht,
- 2c1/2: einen fertigen Fügeverbund aus zwei mittels Fügematerial flächig miteinander verbundenen Platten,
- 3a-c: den für den Fügematerial-Auftrag benutzten Breitschlitz-Düsenkopf,
- 4: den geöffneten Düsenkopf betrachtet in Frontansicht, also in oder entgegen der Durchlaufrichtung,
- 5a-e: verschiedene Varianten des Düsenkopfes im Querschnitt, also geschnitten parallel zur Durchlaufrichtung,
- 6a,b,c: einen Düsenkopf mit verstellbarer Austrittsöffnung in Seitenansicht, Frontansicht und betrachtet von unten.
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Zunächst wird eine typische Verbundvorrichtung 400, wie sie zum Herstellen eines Fügeverbundes 12 aus zwei Platten 1, 2 mit dazwischen angeordneter Fügematerialschicht 3, die an den gegeneinander gewandten Kontaktflächen 1a, 2a der beiden Platen 1, 2 jeweils flächig und dicht anliegt, anhand der 1a - c stichpunktartig beschrieben:
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Die Fügevorrichtung 400 umfasst
- - eine Auftrag-Vorrichtung 200 und
- - eine Füge-Vorrichtung 300,
- - beide befinden sich in einer Unterdruckkammer 100, die durch eine Schottwand in separaten Unterdruckkammern 100.1 und 100.2 für je eine der beiden Vorrichtungen unterteilt sein kann,
- - sodass die Kammer-Wände 100a, die Kammer-Decke 100b und der Kammer-Boden 100d als Grundgestell 99 für die Auftrag-Vorrichtung 200 und / oder die Füge-Vorrichtung 300 dienen können.
- - Die Durchlaufrichtung 111 verläuft von der Auftrag-Vorrichtung 200 in Richtung Füge-Vorrichtung 300.
- - In Durchlaufrichtung ist der Druckkammer 100 vorgelagert eine Eingangs-Druckschleuse 100.3 und nachgelagert eine Ausgangs-Druckschleuse 100.4, jeweils auf der der Druckkammer 100 abgewandten Seite verschließbar durch eine Kammer-Klappe 100c.
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Transportvorrichtung:
- - In Durchlaufrichtung 111 verlaufen parallel nebeneinander Längsführungen 107a durch die gesamte Vorrichtung, vorzugsweise auch an von außen bis zur Eingangs-Schleuse 100.3 heran, durch diese und die Druckkammer 100 bzw. 100.1 und 100.2 hindurch ebenso wie die Ausgangs-Schleuse 100.4 und ggfs. darüber hinaus,
- - darauf ist ein Schlittensystem verfahrbar, welches die zu handhabenden Platten 1, 2 trägt,
- - in diesem Fall ein Längsschlitten 109, der entlang der Längsführungen 107a gesteuert verfahrbar ist,
- - auf dem in diesem Fall (optional) ein Querschlitten 119 auf Querführungen 107b verfahrbar ist,
- - sodass in diesem Fall zwei Platten 1 und zwei Platten 2 auf dem Querschlitten 119 auf jeweils vier in deren Ecken angeordneten, jeweils formschlüssig positionierenden Auflagern 4 abgelegt werden können,
- - bei fehlendem Querschlitten 119 direkt auf dem Längsschlitten 109.
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Ebenso
- - an der Unterseite der Kammer-Decke 100b Längsführungen 117 in der Auftrag-Station, also im Bereich der Auftrag-Vorrichtung 200 und / oder in der Füge-Station, also im Bewegungs-Bereich der Füge-Vorrichtung 300 oder über beide Stationen durchgehend Längsführungen 117, entlang denen diese beiden Vorrichtungen in Durchlaufrichtung 111 gesteuert verfahrbar sind.
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Da - in diesem Fall - auf dem Schlitten die Platten 1, 2 auf zwei Spuren nebeneinander, also quer zur Durchlaufrichtung 111, angeordnet sind, sind in der Auftrags-Station auch zwei Auftrag-Vorrichtungen 200 nebeneinander vorhanden und ebenso in der Füge-Station zwei Füge-Vorrichtungen 300 nebeneinander.
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Jede Auftrag-Vorrichtung 200 umfasst
- - ein Grundgestell 105, verfahrbar in und entgegen der Durchlaufrichtung 111 entlang der Längsführungen 117 an der Kammer-Decke,
- - davon herabhängend eine in der Vertikalen 120 ausfahrbares, insbesondere teleskopierbares, Element 108.
- - an dessen unteren freien Ende der Düsenkopf 50 zum Ausbringen des Fügematerials 3 und ggfs. eine Kippvorrichtung 106 zum Kippen des Düsenkopfes, insbesondere um eine in Durchlaufrichtung 111 verlaufende Kippachse 106', vorhanden ist und
- - vorzugsweise am Düsenkopf 50 oder am Grundgestell 99 montiert eine UV-Quelle 121 zum Härten des ausgebrachten Fügematerials angeordnet ist.
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Gemäß 1c ist die Kippvorrichtung 106 so realisiert, dass in Querrichtung 112 nebeneinander zwei längenveränderbare, insbesondere teleskopierbare, Elemente 108 von dem Grundgestell 105 beabstandet zueinander nach unten ragen
- - jedes davon in seiner Erstreckung in der Vertikalen 120 separat steuerbar ist und
- - mit dem Düsenkopf 50 gelenkig verbunden ist.
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Dadurch kann die schlitzförmige Düsen-Öffnung oder Auslass-Öffnung 53a horizontal oder geneigt zur Horizontalen mit ihrer Haupt-Erstreckungsrichtung, ihrer Länge L, eingestellt werden, nicht nur in dem vertikalen Abstand zur darunter befindlichen zu beschichtenden Platte 1.
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Die Füge-Vorrichtung 300 umfasst
- - ein Grundgestell 116,
- - hier bestehend aus zwei Teilen 116a, b, von denen das eine 116a in und entgegen der Durchlaufrichtung 111 verfahrbar entlang der oberen Längsführungen 117 ist und von diesem herabragt, und
- - daran in der Vertikalen 120 verstellbar das zweite Grundgestell-Teil 116b befestigt ist,
- - die Halteeinheit 103 zum Halten einer Platte 2 und Auflegen auf der mit einem Fügematerial-Auftrag 6 beschichteten Platte 1 dient.
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Die Halteeinheit 103 ist zwischen einer waagerechten und einer nahezu senkrechten Stellung verschwenkbar um eine in Querrichtung 112 verlaufende Schwenkachse gegenüber dem zweiten Grundgestell-Teil 116b befestigt und trägt in der horizontalen Stellung an ihrer Unterseite Sauger 103a oder Greifer 103b oder andere Halteelemente zum
- - Ergreifen einer auf dem Schlitten darunter befindlichen Platte 2,
- - Hochheben, Verfahren in oder entgegen der Durchlaufrichtung über die mit Material-Auftrag 6 versehene Platte 1,
- - Absenken auf diese und kontaktieren der Platte 2 mit dem Fügematerial-Auftrag 6.
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Spätestens am Beginn der Fügestation, also in Durchlaufrichtung 111 am Beginn der Druckkammer 100, ist eine Messvorrichtung 115 oberhalb des Verfahrweges der Schlitten angeordnet, die die nach oben gewandten Flächen der darunter hindurch verfahrenen Platten 1, 2 hinsichtlich ihres Abstandes zur Messvorrichtung 115 und damit deren Oberflächen-Kontur während des Durchlaufes ermittelt. Abhängig davon steuert die Steuerung 200* sowohl die Auftrag-Vorrichtung 200 als auch die Füge-Vorrichtung 300.
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Ferner zeigt 1b die Positionier-Vorrichtung 102, mittels der in der Auftrag-Station als auch in der Füge-Station 300 dasjenige Element, welches die Platten 1, 2 trägt, sei es der Querschlitten 119 oder der Längsschlitten 109 oder eine zusätzliche Platte, auf der die Auflager 4 für die Platten 1, 2 direkt angeordnet sind, von unten von der Transport-Vorrichtung abgehoben und mittels exakt wirkender Positionier-Elemente, vorzugsweise formschlüssig in allen drei Raumrichtungen, definiert positioniert wird für das Beschichten.
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2a zeigt eine Aufsicht auf die Kontaktfläche 1a einer in der Regel rechteckigen, zu beschichtenden Platte 1, wobei
- - die Zeichenebene die Hauptebene 10' der Platte 1 ist,
- - deren erste Hauptrichtung die Längsrichtung 10a und deren zweite Hauptrichtung die Querrichtung 10b ist,
- - wobei eine ebenfalls meist rechteckige Soll-Fügefläche 13 innerhalb der Kontaktfläche 1a, die hier die gesamte Oberfläche der Platte 1 ist, vorgegeben ist, in der nach dem Zusammenfügen die beiden Platten 1, 2 - wie in den 2c1 und 2c2 für ebene also auch gleichlaufend gekrümmte Platten 1, 2 dargestellt - mindestens flächig miteinander verbunden sein müssen,
- - weshalb der vorherige Auftrag des Fügematerials 3 in einer nur geringfügig größer als die Soll-Fügefläche 13 festgelegten Aufbringungsfläche 14 erfolgen muss.
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Hierzu fährt der Düsenkopf 50 - wie in 3c dargestellt - in einem geringen Abstand A, der nur geringfügig größer ist als die Soll-Dicke D des Fügematerial-Auftrages 6, in einer der Haupt-Richtungen 10a oder 10b im Abstand A über die Kontaktfläche 1a von Anfang bis zum Ende der Aufbringungsfläche 14, wobei die Längserstreckung der später dargestellten schlitzförmigen Austritts-Öffnung 53a der Erstreckung der Aufbringungsfläche 14 in der anderen Hauptrichtung 10b, oder 10a der Kontaktfläche 1a entspricht.
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Sobald dies geschehen ist, wird gemäß 2b die andere Platte 2 mit ihrer nach unten gerichteten Kontaktfläche 2a gegenüber der unteren Platte 1 angenähert, bis sie den Fügematerial-Auftrag 6 flächig kontaktiert.
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Ein diesen Fügeverbund 12 durchdringender Lichtstrahl 1000 wird durch die Fügematerial-Schicht 3 nur geringfügig seitlich versetzt, aufgrund der anderen optischen Eigenschaften des Fügematerials 3 gegenüber den durchsichtigen Platten 1, 2.
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Da der vom Fügematerial 3 gefüllte Abstand 9 zwischen den zueinander gewandten Kontaktflächen 1a, 2a der beiden Platten 1, 2 überall gleich ist, ist auch der Versatz der hindurchdringenden Lichtstrahlen 1000 an allen Stellen des Fügeverbundes 12 der gleiche.
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Der den Kern der Erfindung bildende Düsenkopf 50 ist in den 3a, b in verschiedenen Blickrichtungen perspektivisch dargestellt, der die größte Erstreckungsrichtung in seiner Längsrichtung 50.L aufweist, in der auch die schlitzförmige Austritts-Öffnung 53a mit in der Unterseite des Grundkörpers 51 des Düsenkopfes 50 verläuft, wie in 6c zu erkennen.
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Die Längsrichtung 50.L stimmt in der Regel mit der horizontalen Querrichtung 112 zur Durchlaufrichtung 111 durch eine Auftrag-Vorrichtung 200 überein.
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Wie die Schnittdarstellung der 3c durch den Grundkörper 51 gemäß der Linie III-III der 4 zeigt, erstreckt sich der Düsenkopf 50 von dieser Austritts-Öffnung 53a aus nach oben, vorzugsweise in der Vertikalen 120, da die Austritts-Öffnung 53a vorzugsweise am tiefsten Punkt des Grundkörpers 51 des Düsenkopfes 50 angeordnet ist.
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Der Grundköper 51 besteht aus einem Hauptteil 51a und einer auf dessen einer Außenfläche, der in Längsrichtung 50.L verlaufenden Frontfläche, aufgeschraubten Verschlussplatte 51b, die - wie am besten die 5a - e zeigen - den zu dieser Frontfläche hin in dieser Frontfläche mündenden Innenraum 52 des Hauptteiles 51a verschließt.
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Hierfür ist die meist ebene Verschlussplatte 51b nicht direkt auf der meist ebenfalls ebenen Frontfläche des Hauptteiles 51a aufgesetzt, sondern unter Zwischenlage einer Abstandsplatte oder Abstandsfolie 51c, deren Dicke im Wesentlichen die Breite B der Austritts-Öffnung 53a des Düsenkopfes 50 bedingt, wie in 4 sowie 6c zu erkennen.
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Diese Abstandsfolie 51c ist quer zu ihrer Hauptebene betrachtet beispielsweise U-förmig gestaltet und die Außenkontur dieser U-Form entspricht vorzugsweise etwa der Außenkontur der Frontfläche des Hauptteiles 51a und/oder der entgegen gerichteten Frontfläche der Verschlussplatte 51b.
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Damit bedeckt die Abstandsfolie 51c deren oberen Rand und deren seitliche Ränder, lässt jedoch den unteren Randbereich zumindest im mittleren Abschnitt offen, sodass diese Lücke in der Abstandsfolie 51c die Länge L der Austritts-Öffnung 53a für das Substrat ergibt.
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Somit kann durch einfaches Auswechseln der Abstandsfolie 51c
- - durch deren andere Dicke eine andere Breite der Austritts-Öffnung 53a (siehe 6c) erreicht werden und / oder
- - durch eine andere Größe der Lücke, bei beispielsweise C-förmiger Gestaltung der Abstandsfolie 51c die Länge der Austritts-Öffnung 53a verändert werden.
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Wie der Schnitt entlang der Linie V-V gemäß 4 in der 5a zeigt, ist der zur Verschlussplatte 51b hin offene Innenraum 52 einerseits über eine Zufuhröffnung 54 im Hauptteil 51a mit einem Vorratsbehälter 114 für das aufzubringende Substrat 3 verbunden, wobei zwischen dem Vorratsbehälter 114 eine Pumpe, insbesondere eine Dosierpumpe 113, angeordnet ist und zwischen der Dosierpumpe 113 und der Zufuhröffnung 54 oder spätestens in der Zufuhröffnung 54 ein Sperrventil 66 zum Unterbrechen der Zufuhr an Substrat 3, also Fügematerial 3.
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Der Innenraum 52 ist ferner mit der schlitzförmigen, sich mit ihrer Länge L in Längsrichtung 50.L erstreckenden Austritts-Öffnung 53a über einen Austritts-Kanal 53 verbunden, des sich vorzugsweise in Längsrichtung 50.L über die gleiche Länge erstreckt wie die Austritts-Öffnung 53a und dessen in Breitenrichtung 50.B bemessene Breite der Dicke der in diesem Bereich nicht vorhandenen Abstandsfolie 51c entspricht.
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In Breitenrichtung 50.B ist der Innenraum 52 und auch die Zufuhrleitung zur Zufuhröffnung 54 wesentlich breiter, vorzugsweise um ein vielfaches breiter, als die Breite des Austritts-Kanals 53.
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Der Innenraum 52 ist ferner mit einer Entlüftungsöffnung 67 über einen Entlüftungskanal verbunden, der im Innenraum 52 in dessen höchsten Bereich mündet, während die Verbindung zur Zufuhröffnung 54 tiefer liegend im Innenraum 52 mündet. Dadurch kann sich im Innenraum 52 ansammelndes Gas über die Entlüftungsöffnung 67 und eine daran angeschlossene Entlüftungsleitung abgeführt werden, wenn ein dort vorhandenes - nicht dargestelltes - Sperrventil geöffnet wird.
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Um eine ausreichende Entlüftung des Innenraumes 52 überprüfen zu können, ist in der Verschlussplatte 51b im Höhenbereich des Innenraumes 52 und insbesondere der Mündung der Entlüftungsöffnung im Innenraum 52 ein Fenster 70 aus durchsichtigem Material angebracht, wie in 5a und auch in 6b angedeutet.
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Eine erste erfindungsgemäße Besonderheit besteht in dem im Hauptteil 51a des Grundkörpers angeordneten Verschlusselement 55 in Form einer Verschluss-Walze 56, die im Hauptteil 51a schwenkbar um ihre Schwenkachse 55' in einem zur Frontfläche des Hauptteiles 51a hin offenen Schwenkraum dicht angeordnet ist.
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Die Schwenkachse 55' und damit auch die Verschluss -Walze 56 erstreckt sich im Grundkörper 51 im Hauptteil 51a in Längsrichtung 50.L und damit parallel zu Längsrichtung der Austritts-Öffnung 53a, also deren Längsachse 53'.
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Die Verschluss-Walze 56 besitzt keinen vollständigen kreiszylindrischen Querschnitt, sondern die kreiszylindrische Kontur besitzt eine Abflachung, also eine Sekante, die in der deaktivierten Stellung dieser Verschlusswalze 55 mit der Frontfläche des Hauptteiles 51a fluchtet, wie in 5a dargestellt. Eine analoge Kontur besitzt der Innenumfang des Schwenkraumes, in der die Verschluss -Walze 56 gelagert ist.
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Zum Verschließen des Austritts-Kanals 53 wird die Sperr-Walze 56 so gedreht, dass von den beiden Kanten, die zwischen der Abflachung und dem kreissegmentförmigen Teil des Umfanges gebildet werden, vorzugsweise die untere Kante als Verschluss-Kante 55a über die Frontfläche des Hauptteiles 51a hinausdreht durch eine Drehung gemäß 5a entgegen dem Uhrzeigersinn, bis sie an der entgegen gerichteten Frontfläche der Verschlussplatte 51b anliegt und damit den Austritts-Kanal auf seiner ganzen Erstreckung in Längsrichtung 50.L verschließt, wie in der vergrößerten Detaildarstellung in 5a rechts dargestellt.
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Durch dieses Verschwenken wird verhindert, dass im Austritts-Kanal 53 nahe der Austritts-Öffnung 53a vorhandenes Substrat 3 aus der Austritts-Öffnung 53a herausgedrückt wird, sondern die notwendige Verdrängung des Substrats im Austritts-Kanal 53 erfolgt zurück in Richtung Innenraum 52.
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Die Schwenkbewegung der Verschluss-Walze 56 erfolgt über die stirnseitig aus dem Hauptteil 51a vorstehenden Lagerzapfen der Sperr-Walze 56, von denen jeweils stirnseitig außerhalb des Hauptteiles 51a ein Schwenkhebel 59 abragt, an dem im Abstand zum Achszapfen jeweils ein Pneumatik-Zylinder 59 angreift und diesen in Schwenkrichtung beaufschlagen kann als Betätigungselement 59.
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Da die Verschluss-Walze 56 möglichst nah an der Austritts-Öffnung 53a im Grundkörper 51 positioniert ist, ist die Gefahr, dass nach Sperren des Austritts-Kanals 53 das wenige noch stromabwärts der Sperrstelle vorhandene Substrat 3 aus der Austritts-Öffnung 53a herausläuft, aufgrund der Kapillarwirkung sehr gering.
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5d zeigt eine Sperr-Membran 58 als Sperr-Element 55, sowie eine Anordnung aus Zylinder 53 und darin dicht verschiebbaren Kolben 52, wiederum im Hauptteil 51a, wobei der als Zylinder 53 wirkende Hohlraum im Austrittskanal 53 mündet.
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Diese Mündung ist zum Austritts-Kanal 53 hin verschlossen durch die Sperr-Membran 58, die um die Mündung der Zylinder-Bohrung 53 herum so am Hauptteil 51a dicht befestigt ist, dass ihre dem Austritts-Kanal 53 zugewandte Seite eine Wandung des Austritts-Kanals 53 bildet. Der Kolben 52 besitzt vorzugsweise eine nach außen konvex gewölbte Stirnfläche, und kann die Sperr-Membran 58 bis zur Anlage an der gegenüberliegenden Frontfläche der Verschlussplatte 51b anpressen und dadurch den Austritts-Kanal 53 dicht verschließen.
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Dies ist dann jedoch kein ausschub-freies Verschließen.
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Letzteres gilt auch gilt für die Lösung gemäß 5e, bei der ein Verschluss-Schieber 57 - beispielsweise geführt im Hauptteil 51a oder zwischen Hauptteil 51a und Verschlussplatte 51b - von außen nahe der Frontfläche des Hauptteiles 51a bis zum Innenraum 52 und durch diesen hindurchgeschoben werden kann, bis die Frontfläche des Verschluss-Schiebers 57 den Eingang des Austritts-Kanals 53 dicht verschließt.
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Es versteht sich von selbst, dass sich alle der beschriebenen Verschlusselemente 55 in Längsrichtung 50.L des Grundkörpers 50 über die gesamte Länge L der Austritts-Öffnung 53a und / oder des Austritts-Kanals 53 erstrecken, die oder den es verschließt.
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Als zweite erfindungsgemäße Besonderheit zeigen die 5b, zusätzlich zu dieser Verschluss-Walze 56 die Anordnung eines Ausgleichsraumes 60 im Düsenkopf 50, der ein variables Volumen besitzt, welches mittels eines Variationselementes 61 verändert werden kann, und der Ausgleichsraum auch entleert werden kann, beispielsweise für Reinigungszwecke. Der Ausgleichsraum 60 steht mit dem Innenraum 52 in Verbindung, wobei dieser variable Ausgleichsraum 60 nicht nur kumulativ, sondern auch anstelle eines Verschlusselementes 55 für den Austritts-Kanal 53 vorhanden sein kann:
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In 5b ist als Variationselement 61 ein Kolben 62 vorhanden, der verschieblich in einem Zylinder 63 bestehend aus einer Bohrung von der Außenseite des Hauptteiles 51a bis zum Innenraum 52, verfahrbar ist, sodass durch Vorwärtsschieben und Zurückziehen des Kolbens 62 die Größe des Ausgleichsraumes 60 variiert werden kann.
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Auf diese Art und Weise kann - selbst wenn kein Verschlusselement 55 nahe der Austritts-Öffnung 53a vorhanden ist - nach Abschalten der Pumpe 113 und / oder Schließen des Sperr-Ventils 66 und / oder gleichzeitig oder sogar kurz vorher durch Zurückziehen des Kolbens 62 - egal in welche Richtung sich dieser oder der entsprechende Zylinder-Bohrung erstreckt - der Ausgleichsraum 60 so schnell vergrößert werden, dass ab Beginn der Vergrößerung des Ausgleichsraumes 60 kein Substrat 3 aus der Austritts-Öffnung 53a mehr austritt, sondern im Gegenteil die vorderste Front an Substrat 3 im Inneren des Austritts-Kanals 53 sogar etwas zurück gezogen wird.
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Ist ein Verschlusselement 55 nahe der Austritts-Öffnung 53a vorhanden, kann dies unterstützend eingesetzt werden, beispielsweise gleichzeitig oder zeitlich nur kurz versetzt zum Verbringen des Verschlusselementes 55 in die Verschließstellung.
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5c unterscheidet sich von der Bauform gemäß 5b dadurch, dass der Kolben 62 und der Zylinder 63 nicht im Hauptteil 51a sondern in der - zu diesem Zweck in diesem Bereich eventuell verdickten - Verschlussplatte 51b angeordnet ist im Bereich der Öffnung des Innenraumes 52 zur Frontfläche des Hauptteiles 51a hin.
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In den 6a - c, wovon 6c die Ansicht des Düsenkopfes 50 von unten darstellt, ist eine Möglichkeit zum Verändern der Breite B der Austritts-Öffnung 53a, also der Düsen-Öffnung, in definierten Bereichen entlang der Länge L der Düsen-Öffnung 53a dargestellt:
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Zu diesem Zweck besteht die Verschlussplatte 51b aus zwei aneinander liegenden Platten:
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Die vom Hauptteil 51a weiter entfernte, abgewandte Platte 51b2 besteht aus starrem Material, vorzugsweise Stahl, während die dem Hauptteil 51a zugewandte Platte 51b1 aus einem demgegenüber etwas biegsameren Material, vorzugsweise einem durchsichtigem Material, etwa Plexiglas, besteht.
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In der starren, abgewandten Platte 51b2 befinden sich in Längsrichtung 50.L beabstandet nahe deren Unterkante eine Reihe von Durchgangs-Gewindebohrungen, in die Druckschrauben 69, vorzugsweise MadenSchrauben, eingeschraubt werden können, bis sie gegen die ihr zugewandte Rückseite der flexibleren Platte 51b1 drücken und diese etwas durchbiegen und dadurch in diesem Bereich der Austritts-Kanal 53 zwischen der Frontfläche des Hauptteiles 51a und der dagegen gerichteten Frontfläche der elastischeren, biegsameren Platte 51ba verringert wird.
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Auf diese Art und Weise kann ausgehend von der Breite B der Düsen-Öffnung 53a entsprechend der Dicke der Abstandsfolie 51c in den Bereichen innerhalb davon die Breite der Düsen-Öffnung 53a entlang ihrer Länge gezielt verringert werden. Dadurch kann der größere Strömungswiderstand des Substrates 3 in den Randbereichen des Strömungskanales 53 gegenüber dem mittleren Bereich ausgeglichen und so ein gleichmäßiger Austrag an Substrat 3 durch die Austritts-Öffnung 53a erreicht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Platte
- 1'
- Platten-Ebene
- 1a
- Kontaktfläche
- 2
- Platte
- 2'
- Platten-Ebene
- 2a
- Kontaktfläche
- 3
- Fügematerial, Fügematerialschicht
- 4a, b
- Auflager
- 5
- Randbereich
- 6
- Fügematerial-Auftrag
- 7
- Bewegungsrichtung
- 8 9
- Abstand
- 10'
- Hauptebene
- 10a
- Hauptrichtung, Längsrichtung
- 10b
- Hauptrichtung, Querrichtung
- 11
- Lotrechte
- 12
- Fügeverbund
- 13
- Soll-Fügefläche
- 14
- Aufbringungsfläche
- 15
- Gesamtfläche
- 50
- Breitschlitz-Düsenkopf
- 50.B
- Breiten-Richtung
- 50.L
- Längen-Richtung
- 51
- Grundkörper
- 51a
- Hauptteil
- 51b
- Verschlussplatte
- 51c
- Abstandsplatte, Abstandsfolie
- 52
- Innenraum
- 53
- Austritts-Kanal, Düse, Breitschlitz-Düse
- 53'
- Längsachse
- 53a
- Austritts-Öffnung, Düsenöffnung
- 54
- Zufuhröffnung
- 55
- Verschlusselement
- 55'
- Schwenkachse
- 55a
- Verschluss-Kante
- 55b
- Verschluss-Fläche
- 56
- Verschluss-Walze, Sperr-Walze
- 56'
- Walzen-Achse
- 56a
- Abflachung
- 57
- Verschluss-Schieber
- 58
- Sperr-Membran
- 59
- Betätigungselement, Pneumatik-Zylinder
- 60
- Ausgleichsraum
- 61
- Variationselement
- 62
- Kolben
- 63
- Zylinder
- 64
- Ausgleichs-Membran
- 65
- Beaufschlagungs-Raum
- 66
- Sperrventil
- 67
- Entlüftungsöffnung
- 68
- Schwenkhebel
- 69
- Druckschraube
- 70
- Fenster
- A
- Abstand
- B
- Breite
- Dsoll
- Soll-Schichtdicke
- L
- Länge
- L'
- Längsrichtung
- 99
- Grundgestell
- 100
- Unterdruck-Kammer
- 100.1
- Unterdruck-Kammer
- 100.2
- Unterdruck-Kammer
- 100.3
- Eingangs-Druckschleuse
- 100.4
- Ausgangs-Druckschleuse
- 100a
- Kammer-Wand
- 100b
- Kammer-Decke
- 100c
- Kammer-Tür, Kammer-Klappe
- 100d
- Kammerboden
- 101
- Unterdruck-Anschluss
- 102
- Positionier-Vorrichtung
- 103
- Halteeinheit
- 103a
- Sauger
- 103b
- Greifer
- 104
- Unterdruck-Erzeuger
- 105
- Grundgestell
- 106
- Kippvorrichtung
- 106'
- Kippachse
- 107a
- Längs-Führung
- 107b
- Quer-Führung
- 108
- teleskopierbares Element
- 109
- Längsschlitten
- 110
- Längsrichtung
- 110'
- vertikale Längsebene
- 111
- Durchlaufrichtung
- 112
- Querrichtung
- 113
- Dosierpumpe
- 114
- Vorratsbehälter
- 115
- Messvorrichtung
- 116
- Basisgestell
- 116a, b
- Basis-Teil
- 117
- Längsführung
- 118, 118'
- Vertikal-Führung
- 119
- Querschlitten
- 120
- Vertikale
- 121
- UV-Lampe
- 122
- Zwischenschott
- 200
- Auftrag-Vorrichtung
- 200*
- Steuerung
- 300
- Füge-Vorrichtung
- 400
- Verbund-Vorrichtung
- 1000
- Lichtstrahl
