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Die Erfindung betrifft eine Düse für eine Klebstoffauftragsvorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Düse entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
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Klebstoffauftragsvorrichtungen finden Anwendung unter anderem in der Verpackungsindustrie. Anwendung finden diese in der Herstellung von Verpackungen oder während des Verschlusses einer Verpackung in einer Verpackungsmaschine.
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Klebstoffauftragsvorrichtungen sind entweder mit elektromagnetisch oder elektropneumatisch betätigten Ventileinheiten ausgestattet, die den Durchfluss und die Abgabe des Klebstoffs aus einem Modul regeln. Die Ventileinheit enthält als Baugruppe eine Nadel, die innerhalb des Spendermoduls beweglich ist, um die Nadelspitze relativ zu einem Ventilsitz selektiv zwischen einer offenen und einer geschlossen Position zu bewegen. In der geschlossenen Position dichtet die Spitze der Nadel gegen den Ventilsitz mit einer durchgehenden Kontaktlinie ab, wodurch der Flüssigkeitsstrom zu der Düsenöffnung unterbrochen wird. Die Spitze der Nadel ist in vielen Ausführungen als Kugel ausgebildet, die im Falle einer Hartmetallkugel an die Nadel angelötet oder im Falle einer Keramikkugel an die Nadel angeklebt ist. Das harte Material der Spitze verhindert einen vorzeitigen Verschleiß der Nadelspitze. Die Nadelspitze kann auch andere Ausprägungen, als die kugelförmige Form annehmen. Sie kann zum Beispiel als eine Spitze ausgeformt sein. Vorzeitiger Verschleiß führt zu Undichtigkeiten und durch den notwendigen Austausch erhöhte Ersatzteilaufwendungen. Eine andere Leckagequelle entsteht durch Abnutzung und Erosion des Ventilsitzes.
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Das Klebstoffauftragsventil weist eine Düsenkörper mit einem kurzen Düsenkanal und einer Abgabeöffnung auf, wobei die Düse abnehmbar an dem Abgabemodul befestigt ist. Die Düse muss abnehmbar ausgestaltet sein, um im Falle einer Verstopfung des Düsenkanals und der Abgabeöffnung eine Reinigung vornehmen zu können. In vielen Klebstoffauftragsventilen ist der Ventilsitz Bestandteil der Düse.
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Der Düsenkörper weist eine Austrittsöffnung auf, durch welche der Klebstoff ausströmen und abgegeben werden kann.
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Eine bekannte Klebstoffauftragsvorrichtung basiert auf Klebstoffauftragsventilen, wie sie beispielsweise in der Offenbarung
DE4113445C2 beschrieben sind. Die Dosierventile verfügen im Allgemeinen über einen Dosiernadel, der Bestandteil eines Elektromagneten ist und durch den die Dosiernadel von dem Ventilsitz weg bewegt werden kann. Die Abwärtsbewegung erfolgt im Allgemeinen durch eine Druckfeder. In einem nicht eingeschalteten Zustand des Magneten liegt der Dosiernadel durch den vorhandenen Federdruck auf dem Ventilsitz auf. Das Ventil ist geschlossen. Es wird kein Klebstoff appliziert. In einem eingeschalteten Zustand des Magneten wird die Federkraft überwunden und der Dosiernadel von dem Ventilsitz abgehoben: Das Ventil ist geöffnet. Der Klebstoff wird appliziert. Die Erfindung ist keineswegs auf das hier benannte Antriebssystem beschränkt. Die Klebstoffauftragsvorrichtung kann auch einen pneumatisch betätigten Aktor, einen direkt oder indirekt wirkenden Piezoantrieb oder einen anderen geeigneten Antrieb aufweisen, mit dem ein Dosiernadel zwischen einer das Klebstoffauftragsventil öffnenden oder schließenden Stellung bewegt wird.
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Klebstoffauftragsvorrichtungen mit derartigen Düsenanordnungen sind regelmäßig Teil eines komplexen Auftragssystems, das einen Behälter für das Fluid, eine Förderpumpe oder einen Druckbehälter und eine Steuerungseinrichtung zum Steuern und/oder Regeln der einzelnen Komponenten umfasst. Das Substrat, auf welches das Fluid aufgetragen werden soll, wird bei vielen Anwendungen mit Hilfe einer Fördereinrichtung relativ zu der Klebstoffauftragsvorrichtung bewegt, oder die Klebstoffauftragsvorrichtung ist an einem Roboterarm oder dergleichen befestigt und auf diese Weise relativ zu dem Substrat bewegbar.
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Ziel ist hierbei ein möglichst präzises Kleben, insbesondere sowohl hinsichtlich der Positionierung des Klebstoffs als auch hinsichtlich der applizierten Menge des Klebstoffs. Ein präzises Kleben erfordert zusätzlich das Vermindern von Verschmutzungen, insbesondere im Bereich der Dosierdüsenöffnung.
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Düsenverschmutzungen treten bei allen Klebstoffarten auf. Kaltleime bzw. wässrige Klebstoffe haben aber zusätzlich die Eigenschaft, dass sie relativ schnell an der Luft durch Verdunstung des wässrigen Anteils trocknen. Dieser Effekt, wird abhängig von der Einbausituation von dem Fahrtwind verstärkt, der durch umlaufende Förderelemente der Produktionsmaschine oder geförderte Produkte entsteht, die unterhalb der Düsenöffnung vorbeigeführt werden. Setzen sich angetrocknete Reste an der Düsenspitze an, fördern sie den Aufbau weiterer anhaftender Schichten. Meist sind eingetrocknete wässrige Klebstoffe nach dem Eintrocknen nur aufwendig mechanisch zu entfernen. Sitzen diese angetrockneten Klebstoffreste im Düsenkanal, so müssen für die Entfernung der Klebstoffreste Mikroreiben eingesetzt werden, die bei unsachgemäßer Benutzung den Düsenkanal beschädigen können.
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Verschmutzungen an der Düsenaustrittsöffnung können zu Störungen im Klebstoffauftrag führen. Typische Klebstoffauftragsstörungen sind zum Beispiel die Ablenkung des Klebstoffstrahls. Der Klebstoff gelangt nicht an den vorgesehenen Ort auf dem Substrat. Sogenannte Innenverklebungen, die zum Beispiel das Aufrichten einer Schachtel verhindern, können die Folge sein. Eine weitere Folge sind Verschmutzungen der Produktionsmaschine, die aufwendig beseitigt werden müssen.
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Bei einer Verschmutzung des Düsenkanals kann die aufgebrachte Klebstoffmenge sich verringern oder der Klebstoffauftrag gänzlich ausbleiben. Die Verpackung wird bei einer zu geringen oder fehlenden Klebstoffmenge nicht mehr ausreichend verklebt und öffnet sich sofort oder bei Belastung durch das Packgut.
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Verschmutzungen haben auch eine wirtschaftliche Dimension. Bei schnell laufenden Faltschachtelklebemaschinen muss die Produktion in der Stunde mehrfach unterbrochen werden, um die Düsen von anhaftendem Klebstoff zu reinigen. Die Produktivität und der Ausstoß sinken. Es besteht durch die Verschmutzung zudem die Gefahr eines fehlerhaften Klebstoffauftrags, der zu Ausschuss bzw. Makulatur führen.
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Das Problem ist in der Industrie weit bekannt und so sind aus dem Stand der Technik viele Ansätze bekannt, dem Problem der Düsenverschmutzung zu begegnen.
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Aus der
DE9405332U1 ist bekannt, dass Düsen von Klebstoffauftragsdüsen aus Kunststoff gebildet werden, die bei einer Verstopfung oder bei einer vorliegenden Undichtigkeit ausgetauscht und entsorgt werden. Die Anwendung der Düsen beschränkt sich auf Anwendungen in der Elektronikindustrie, bei der die Düse auf das Substrat abgesenkt und dann ein präziser Klebstofftropfen abgegeben wird. Kunststoffdüsen haben jedoch den Nachteil, dass diese im Vergleich zu dem harten Material der Nadelspitze relativ weich sind und sich die Nadelspitze der Dosiernadel bei schnelllaufenden Maschinen der Verpackungsindustrie rasch in das Kunststoffmaterial einarbeitet. Dies führt zu sich schnell verändernden Dosierbedingungen und einem vorzeitigen Verschleiß. Die
DE9405332U1 offenbart keinen Lösungsansatz für diese Problemstellung.
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Ferner offenbart die
DE9405332U1 den Ansatz, den Düsenkanal in der Düse und die Stirnflächen der Austrittsöffnung der Düse mit einer klebstoffabweisenden Beschichtung auszustatten. Der Vorteil der antiadhäsiven Beschichtung wird in der Verlängerung der Reinigungsintervalle und in einer erhöhten Dosiergenauigkeit gesehen. Der Düsenkörper ist aus einem Metall, wie Aluminium, gebildet, der in einem zusätzlichen Arbeitsschritt mit der antiadhäsiven Beschichtung versehen wird. Die Kosten einer solchen Düse sind hoch, da zuerst eine mechanische Bearbeitung erfolgt, der sich der zusätzliche Beschichtungsschritt anschließt. Zudem ist die gleichmäßige Beschichtung der Innenflächen des Düsenkanals schwierig, der in der Regel nur geringen Durchmesser, typischerweise 0,4mm, aufweist. Jede Beschichtungsschwankung kann zu einer Veränderung der aufgetragenen Klebstoffmenge und unerwünschten Turbulenzen im Düsenkanal führen.
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Die
DE 102016000065 B3 offenbart eine Düse, der Außenfläche und die Stirnfläche eine Strukturierung aufweist, die geeignet ist, mit einer klebstoffabweisenden Flüssigkeit benetzt zu werden. Auch in diesem Fall ist ein zusätzlicher Strukturierungsschritt erforderlich, der die Kosten der Düse erhöht. Der Düsenkörper ist aus Metall gebildet. Zudem hat die Lösung der
DE102016000065 B3 den Nachteil, dass die klebstoffabweisende Flüssigkeit auf der Düsenoberfläche in regelmäßigen Abständen erneuert werden muss, um den gewünschten Effekt der Klebstoffabweisung aufrechtzuerhalten. Die
DE102016000065 B3 offenbart auch keine Lösung für die Beschichtung der Innenflächen der Düse.
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Aus dem Dokument
DE9115872U1 ist ein Dosierventil zur Portionierung von fließfähigen Stoffen, insbesondere Kleber, Heißkleber, bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Düse zum Auftrag von Klebstoffen zur Verfügung zu stellen, deren Außenflächen, Innenflächen und Austrittsöffnung klebstoffabweisende Oberflächen aufweisen, wobei der Düsenkörper zusätzlich einen Ventilsitz umfasst, der hart und verschleißfest ist.
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In einem ersten Aspekt wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit einer Klebstoffauftragsvorrichtung mit einer Düse entsprechend dem Anspruch 1 gelöst.
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Die Klebstoffauftragsvorrichtung umfasst eine Düse und eine zwischen einer geschlossenen und einer offenen Position bewegbare Dosiernadel, wobei in der geschlossenen Position der Klebstoff in einem Fliessbereich haltbar ist und in der offenen Position der Klebstoff beim Fließen durch einen Dosierbereich dosierbar ist. Die Düse ist aus Kunststoff und weist einen Ventilsitz auf, welcher in der geschlossenen Position zwischen der Düse und der Dosiernadel angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß ist die Düse aus dem Ventilsitz und einem spritzgegossenem Kunststoff ausgebildet, wobei der spritzgegossene Kunststoff den Kunststoffteil der Düse bildet. Der Ventilsitz ist als Einlegeteil ausgebildet und weist eine freie, dem Düsenkanal zugewandte Innenfläche oder Innenkante so wie eine höhere Härte als der Kunststoffteil der Düse auf, wobei die gesamte Innenfläche oder Innenkante des Ventilsitzes mit der Dosiernadel in der geschlossenen Position formschlüssig and damit dichtend verbunden ist.
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Härte ist der mechanische Widerstand, den ein Werkstoff der mechanischen Eindringung eines anderen Körpers, hier der Dosiernadel, entgegensetzt. In der Werkstoffkunde werden vor allem Prüfverfahren eingesetzt, welche die Eindringhärte messen. Dabei werden genormte Prüfkörper unter festgelegten Bedingungen in das Werkstück gedrückt. Im Anschluss wird die Oberfläche oder Tiefe des bleibenden Eindruckes gemessen. Prinzipiell unterscheidet man statische und dynamische Härteprüfverfahren. Die dynamischen Prüfverfahren bringen die Belastung des zu prüfenden Teiles schlagartig auf; bei den statischen Verfahren ist die Belastung gleichbleibend oder allmählich zunehmend. Beide Prüfverfahren sind auf den Vergleich der Materialien anwendbar, wobei der Anwendungsfall dynamische Verfahren nahelegt.
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Die Innenfläche oder Innenkante des Ventilsitzes ist zwischen dem Fliessbereich und dem Dosierbereich angeordnet, so dass in der geschlossenen Position der Dosiernadel kein Klebstoff aus dem Fliessbereich in den Dosierbereich fließen kann. Der Ventilsitz kann konstruktionsbedingt eine Innenfläche und eine Innenkante aufweisen, die dem Düsenkanal zugewandt sind. Hat die Kugel der Dosiernadel einen größeren Durchmesser als die Innenkante des Ventilsitzes, so ist in der geschlossenen Position die Dosiernadel nur mit der Innenkante des Ventilsitzes formschlüssig und dichtend verbunden.
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Der Körper der Düse wird vorteilhafterweise aus einem spritzgegossenen Kunststoff niedriger Oberflächenspannung hergestellt. Somit kann der Klebstoff besonders leicht durch die Düsenkanalabschnitte fließen, die dem Fliessbereich und dem Dosierbereich zugeordnet sind. Ein wichtiges Maß für die Bestimmung der Oberflächenspannung hierbei ist zum einen die so genannte freie Oberflächenenergie. Sie ist verantwortlich für die Benetzbarkeit eines Feststoffs durch eine aufgebrachte Flüssigkeit. Messen kann man die Oberflächenenergie z.B. durch den Kontaktwinkel zwischen Oberfläche, Flüssigkeit und Gasphase (z.B. ein Tropfen Wasser auf einem Tisch). Der Kontaktwinkel beschreibt hierbei den Winkel zwischen der Oberfläche und der Tangente, die an die Oberfläche eines Wassertropfens angelegt wird. Je größer der Kontaktwinkel bzw. die Oberflächenspannung, desto weniger benetzbar ist die Oberfläche. Die Oberflächenspannung vieler Kunststoffe ist von Haus aus gering. Diese kann noch durch den Zusatz von Stoffen zusätzlich verringert werden, wie zum Beispiel Silikon, Polytetrafluorethylen (PTFE) oder andere Fluorverbindungen, die der Grundkunststoffkomponente beigemischt werden. Die Düse kann in einer anderen Ausbildung komplett aus einem stark Klebstoff abweisenden Material, wie PTFE oder Silikon gebildet werden.
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Bevorzugt wird als Kunststoffgrundmaterial ein Kunststoff hoher Schlagzähigkeit und Härte ausgewählt, da die Dosiernadel auf den Ventilsitz mit hoher Energie und Frequenz (bis zu 1000Hz) auftrifft und eine Rissbildung und Verformung durch diese Krafteinwirkung vermieden werden soll. Ein Beispiel für geeignete Kunststoffbasismaterialien wären Polycarbonate. Sie weisen in der Regel einen Kristallitanteil von weniger als 5 % auf und gelten daher als amorph. Sie zeichnen sich durch hohe Festigkeit, Schlagzähigkeit, Steifigkeit und Härte aus.
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Vorteilhafterweise umfasst der spritzgegossene Kunststoff, aus welchem die erfindungsgemäße Düse ausgebildet ist, Stoffe, die die Oberflächenspannung zusätzlich absenken. Der variable Anteil dieser Stoffe liegt typischerweise in einem Bereich zwischen 2 und 10%, maximal 30%. Eine Alternative für Polycarbonat könnten Polyoxymethylene (Kurzzeichen POM, auch Polyacetale genannt, bilden. Kunststoffen können weitere Verstärkungsmaterialien, wie zum Bespiel Glasfasern oder Kohlenstofffasern, beigefügt werden. Die Zugabe von Verstärkungsstoffen öffnet die Verwendung weiterer Kunststoffarten, die in der Grundsubstanz nicht ausreichende mechanische Kennwerte aufweisen, diese aber durch die beigegebenen Zusatzstoffe erlangen.
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Gleichzeitig kommen bei maschinell hergestellten Oberflächen Unterschiede in der Mikro- und Makrostruktur einer Oberfläche hinzu, die abhängig von der jeweiligen Herstellungstechnik sind. Typischerweise werden die Düsenkanäle der Düsen gebohrt, wodurch die Oberflächenrauigkeit ansteigt. Mit steigender Rauigkeit steigt die Tendenz zur Anhaftung des Klebstoffs an den Innenwänden des Düsenkanals, wodurch die Tailingbildung (Fadenziehen) gefördert wird, da der Klebstoffstrahl während der Klebstoffabgabe im Bereich der Innenwände stärker gebremst wird als in der Mitte des Klebstoffstrahls, wodurch eine Längung des Klebstoffstrahls erfolgt. Zudem fördert die Wandrauigkeit unerwünschte, der Qualität des Klebstoffauftrags abträgliche Turbulenzen. Dadurch, dass bei dem erfindungsgemäßen Düsenkörper auch der Düsenkanal durch den Einsatz von geeigneten Einlegewerkzeugen aus dem Kunststoffmaterial geformt wird, besitzt diese eine vorteilhafte, geringe Oberflächenrauigkeit.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Einlegeteil aus einem gestanzten Metallteil, insbesondere aus einem Edelstahlstanzteil, oder aus einem Keramikformkörper ausgebildet. Der Ventilsitz kann aus einem harten Metall, vorzugsweise einem Edelstahlteil, oder aus einer Keramik hergestellt werden, die mit dem Kunststoffmaterial in der Spritzgussmaschine formschlüssig umspritzt bzw. in dieses eingebettet wird. Hierdurch wird im Bereich des Ventilsitzes eine lokale Qualität hergestellt, die widerstandsfähig gegen die Schlagbeanspruchung der auftreffenden Dosiernadel ist als das umgebende Kunststoffmaterial. Bevorzugt wird im Falle eines Metallventilsitzes ein kostengünstiger Metallstanzling eingesetzt, der in einem Stanzverfahren aus einem Blech geformt wird. Gestanzte Ventilsitzes haben den Vorteil, dass keine weitere Oberflächenbearbeitung erfolgt, wie Fräsen, die wiederum zu einer hohen Oberflächenrauigkeit führen würden. Es sind aber auch maschinell bearbeitete, wie gefräste und/oder gebohrte Einlegeteile aus Metall und Keramik einsetzbar. Keramikeinlegeteile können auch geformt, zu Beispiel in einem Gussverfahren, hergestellt werden.
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Die Düse kann ein Schutzelement, zum Beispiel in der Form eines Außenrings , aus einem härteren Material, wie Metall, insbesondere eine gehärtes Metallelement, oder Keramik umfassen. Das Schutzelement umschließt die Düsenaustrittsöffnung und bildet die Außenkontur der Düse im Bereich der Düsenkanalöffnung. Das Schutzelement dient dazu den Verschleiß der Düse zu verhindern oder zu verringern, wenn die Düsenspitze gewollt oder ungewollt mit dem Substrat in Kontakt steht.
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Vorteilhafterweise ist die Düse ausgebildet, einen Strahl eines wässrigen Klebstoffes, insbesondere einen Kaltleim gemäß einem vorgegebenen Klebstoffmuster zu applizieren. In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Düse eine eckige äußere Struktur auf, so dass die Düse mit einem Austauschwerkzeug von der Vorrichtung lösbar und an die Vorrichtung anbringbar ist.
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Bevorzugterweise ist zwischen der Austrittsöffnung der Düse und dem Substrat ein Luftspalt vorhanden.
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In einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Herstellung einer Düse zum Auftragen von Klebstoffen entsprechend dem Anspruch 7 gelöst.
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Die mit dem Verfahren herzustellende Düse umfasst einen Ventilsitz. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren folgende Schritte:
- - Bereitstellen eines Einlegeteils;
- - Einbringen des Einlegeteils in eine Spritzgussform;
- - Umspritzen des Einlegeteils mit einem Kunststoff, wobei die Düse aus dem spritzgegossenem Kunststoff und dem Einlegeteil als Ventilsitz ausgebildet ist, so dass der Ventilsitz von der Düse nicht zerstörungsfrei lösbar ist.
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Es ist wichtig dass der Ventilsitz fest in der Kunststoffmatrix eingebettet ist und nicht mehr zerstörungsfrei von dieser gelöst werden kann. Die Einbettung hat den Vorteil, dass durch den Kunststoff eine zusätzliche Dämpfung erzielt wird, die das so genannte Ventilprellen verhindert. Insbesondere bei Klebstoffen niedriger Viskosität mit einer geringeren Dämpfungswirkung kann es zu einem Ventilprellen, ein kurzzeitiges, oftmals mehrmaliges Abheben der Dosiernadel von dem Ventilsitz, kommen, wodurch geringe Mengen von Klebstoff in den Düsenkanal freigegeben werden. Dies fördert die nachteilige Fadenbildung.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird vor dem Umspritzen des Einlegeteils ein Einlegewerkzeug bereitgestellt, der den Düsenkanal der fertigen Düse bildet, so dass der Düsenkanal keine nachträgliche mechanische Bearbeitung mehr bedarf Der Düsenkanal wird also durch das Einlegewerkzeug geformt. Hierdurch werden Düsenkanäle mit sehr glatten Wandflächen geformt, an deren Wänden Klebstoffe wenig stark anhaften als bei mechanisch, z.B. durch Bohren, geformten Düsenkanälen. Diese wirkt sich positiv auf die nachteilige Fadenbildung aus. Zudem haftet der Klebstoff weniger an, so dass angetrockneter Klebstoff sich bei einem Spülvorgang schnell löst und in den meisten Fällen auf eine mechanische Reinigung verzichtet werden kann. In den seltenen Fällen, bei der eine mechanische Reinigung erforderlich ist, empfiehlt es sich die Düse zu entsorgen und eine neue Düse einzuschrauben. Die niedrigen Herstellkosten der erfindungsgemäßen Düse erlauben dies und lassen eine mechanische Reinigung unwirtschaftlich erscheinen. Die positiven Effekte der geringen Oberflächenrauigkeit werden durch die geringe Oberflächenspannung des Kunststoffmaterials verstärkt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird neben dem Umspritzen des Einlegeteils ferner ein Schutzelement umspritzt, wobei das Schutzelement den Düsenkanalaustritt umschließt. Somit können zeiteffizient in einem Umspritzschritt sowohl der Ventilsitz als auch das Schutzelement in die Düse eingebettet werden.
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Kennzeichnend für das erfindungsgemäße Düsenherstellungsverfahren ist, dass der Ventilsitz Bestandteil der Düse ist und dieser fest, nicht zerstörungsfrei lösbar mit dem umgebenden Kunststoffmaterial verbunden ist. Die Bauform der Düse ist nicht erfindungswesentlich. Die Erfindung kann auf alle bekannten Düsenbauformen Anwendung finden, die einen Ventilsitz umfassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben:
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Es zeigen:
- 1 eine Schnittdarstellung einer Düse für eine erfindungsgemäße Klebstoffauftragsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 2 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Klebstoffauftragsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel,
- 3 eine Schnittdarstellung einer Düse, die nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt worden ist.
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1 zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Klebstoffauftragsvorrichtung mit einer Düse 1, deren Grundkörper aus einem spritzgegossenem Kunststoffmaterial besteht. In den Grundkörper oder Kunststoffteil der Klebstoffauftragsdüse 1 ist ein Ventilsitz 2 eingebettet, so dass dieser zumindest mit einem Teil der Oberfläche von dem Kunststoffmaterial umgeben wird und sich somit nicht mehr zerstörungsfrei von diesem trennen lässt. Weiterhin ist dargestellt eine Dosiernadel 3, deren Nadelspitze 15 vorzugsweise durch eine Kugel eines gehärteten Materials, beispielsweise aus Keramik gebildet wird. Diese Kugel dichtet in dem geschlossenen Zustand den Ventilsitz 2 entlang deren Innenfläche 13 ab, so dass kein Klebstoff aus dem Fließbereich 10 in den Dosierbereich 11 der Düse 1 eintreten kann. Die Kugel der Dosiernadel 3 dient als Verschlussvorrichtung, die den Klebstoffauftrag freigibt oder absperrt.
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Der Klebstofffluss wird freigegeben, indem die Dosiernadel 3 durch einen Antrieb von dem Ventilsitz 2 gegen eine Federkraft einer Feder (nicht dargestellt) abgehoben wird und der Klebstoff somit durch den Düsenkanal 4 aus dem Dosierbereich 11 auf ein zu beleimendes Substrat 8 abgegeben wird. Der Klebstofffluss wird abgesperrt, indem durch eine Federkraft die Dosiernadel 3 als Verschlussvorrichtung gegen den Ventilsitz 2 bewegt und angedrückt wird. Alternativ kann die Bewegung der Dosiernadel in beide Bewegungsrichtungen durch den Antrieb oder mehrere Antriebe des Klebstoffauftragsventils erfolgen.
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Die Düse 1 ist für den Auftrag von Klebstoffen vorgesehen, die bei Raumtemperatur appliziert werden. Abhängig von der Wärmebeständigkeit der Düse 1 - bzw. des zu ihrer Herstellung verwendeten Kunststoffes - können auch erwärmte Klebstoffe verwendet werden. Bevorzugt ist die Düse 1 vorgesehen für die Applikation von Kaltleimen auf synthetischer und/oder Biomassenbasis, die einen wässrigen Bestandteil aufweisen. Die Düse dient dazu den Klebstoff in einem Strahl anhand eines vorgegebenen Klebstoffmusters auf das Substrat 8 zu applizieren.
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Die Düse 1 ist aus dem Ventilsitz 2 und spritzgegossenem Kunststoff ausgebildet. Der Düsenkörper kann kostengünstig in Spritzgusstechnik hergestellt werden. Der Ventilsitz 2 ist als Einlegeteil 14 ausgebildet und weist eine freie, dem Düsenkanal 4 zugewandten Innenfläche 13 sowie eine höhere Härte als die Düse 1 auf, wobei die gesamte Innenfläche 13 des Ventilsitzes 2 mit der Dosiernadel 3 in der geschlossenen Position formschlüssig verbunden ist. Die Innenfläche 13 des Ventilsitzes 2 ist zwischen dem Fliessbereich 10 und dem Dosierbereich 11 angeordnet, so dass in der geschlossenen Position der Dosiernadel 3 kein Klebstoff aus dem Fliessbereich 10 in den Dosierbereich 11 der Düse fließen kann. Durch den formschlüssigen und damit dichtenden Anschluss der Dosiernadel 3 an die Innenfläche 13 des Ventilsitzes 2 wird in der geschlossenen Position der Klebstofffluss zuverlässig abgesperrt. Die formschlüssige Verbindung der Innenfläche 13 des Ventilsitzes 2 mit der Ventilnadel 3 hat den wesentlichen Vorteil dass die mechanischen Spannungen zwischen dem Ventilsitz 2 und der Ventilnadel 3 gleichmäßig auf die Innenfläche verteilt werden, was den Düsenverschleiß reduziert und damit eine erhöhte Lebensdauer der Düse ermöglicht. Die Kugel kann größer als den Ventilsitz sein und im geschlossenen Zustand entlang einer Innenkante 16 des Ventilsitzes 2 ebenfalls eine zuverlässige Dichtung bewirken. Die Innenkante 16 ist dem Düsenkanal 4 zugewandt und ist im geschlossenen Zustand formschlüssig mit der Kugel der Dosiernadel 3 formschlüssig und damit dichtend verbunden.
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2 zeigt beispielhaft eine erfindungsgemäße Klebstoffauftragsvorrichtung 12 mit der Düse 1 und einem Modul 5, das ein elektromagnetisches Antriebssystem und die Dosiernadel umfasst, einen elektrischen Anschluss 6 für die Übermittlung der Steuersignale und Stromversorgung, einen Fluidanschluss 7, über den der Klebstoff der Klebstoffauftragsvorrichtung 12 zugeführt wird, und einer Hubregulierung, die den Hubweg des Dosierkolbens beschränkt. Die Dosiernadel 3 kann mehrteilig sein.
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Wie zuvor schon aufgeführt, ist die Erfindung nicht auf das elektromagnetische Antriebssystems beschränkt, sondern kann auch auf Klebstoffauftragsvorrichtungen Anwendung finden, die einen pneumatischen Antrieb, einen Piezoantrieb oder einen anderen geeigneten Antrieb aufweisen, der geeignet ist, eine Verschlussvorrichtung für den Austrittskanal so zu bewegen, dass diese abwechselnd zwischen einer öffnenden und einer schließenden Position bewegt wird.
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Die Erfindung ist besonders vorteilhaft, wenn zwischen der Düsenaustrittsöffnung des Düsenkanals 4 und dem Substrat 8 ein Luftspalt vorliegt, da die Problematik der Düsenverschmutzung hier größer ist als bei einem Kontaktauftrag. Der Luftspalt zwischen der Düsenaustrittsöffnung und dem Substrat 8 wird in vielen Anwendungsfällen durch Abstandhalter oder Produktführungen sicher gestellt.
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Der Klebstoff wird dabei in einem Strahl auf das Substrat 8 gezielt aufgetragen, d.h. gewollt weder zerstäubt noch atomisiert, da dies zu Verschmutzungen der Umgebung oder zu einer Innenverklebung der Verpackung führen würde.
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Der Klebstoff wird von einer Pumpe vorzugsweise mit einem anpassbaren Klebstoffdruck der Klebstoffauftragsvorrichtung zugeführt. Typische Druckbereiche liegen zwischen 6 und 60bar, welchen die Kunststoffdüse standhalten muss.
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3 zeigt eine Ausgestaltung der Düse 1 durch eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens. Neben dem Umspritzen des Einlegeteils wird ferner ein Schutzelement 9 umspritzt, wobei das Schutzelement 9 den Austritt des Düsenkanals 4 umschließt. Die Düse 1 kann somit ein Schutzelement 9, zum Beispiel in der Form eines Außenrings , aus einem härteren Material, wie Metall, insbesondere eine gehärtes Metallelement, oder Keramik umfassen. Das Schutzelement 9 umschließt die Austrittsöffnung des Düsenkanals 4 aus Kunststoff und bildet die Außenkontur der Düse 1 im Bereich des Düsenkanals 4. Der Düsenkanal 4 und die direkte Umgebung ist mit dem beschriebenen, spritzgegossenen Kunststoff ausgeführt, um eine Anhaftung von Klebstoff in diesem Bereich zu verhindern oder zumindest die Reinigung zu erleichtern. Das harte Schutzelement 9 dient dazu den Verschleiß der Düse zu verhindern oder zu verringern, wenn die Düsenspitze gewollt oder ungewollt mit dem Substrat 8 in Kontakt steht, das unter der Düse 1 hinweggefördert wird. Ebenso wie der Ventilsitz 2 wird das Schutzelement 9 bei dem Spritzgießvorgang formschlüssig mit dem erfindungsgemäßen Kunststoff verbunden und teilweise umspritzt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4113445 C2 [0006]
- DE 9405332 U1 [0014, 0015]
- DE 102016000065 B3 [0016]
- DE 9115872 U1 [0017]
