DE2746791A1

DE2746791A1 - Schmelzkleber-auftragsvorrichtung

Info

Publication number: DE2746791A1
Application number: DE19772746791
Authority: DE
Inventors: Robert John Duncan; Richard Montgomery Elliott
Original assignee: USM Corp
Current assignee: USM Corp
Priority date: 1976-10-26
Filing date: 1977-10-18
Publication date: 1978-04-27
Also published as: GB1589505A; AU3002977A; SE7711997L; ES463838A1; BR7707250A; FR2369619B1; CA1091785A; FR2369619A1; US4059204A; JPS5354240A; AU512520B2

Description

München, den 12.Oktober 1977 ga

Mein Zeichen: P 2578

Anmelder: USM CORPORATION, Flemington/New Jersey

, Federal Street
Boston, Mass.02107
U.S.A.

Schmelzkleber-Auftragsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Schmelzkleber-Auftragsvorrichtung, d.h. eine Vorrichtung zum Schmelzen und Verteilen von thermoplastischem Material, wie z.B. Schmelzklebern. Solches thermoplastisches Material wird in Form von länglichen, biegsamen Stangen bezogen, wie z.B. in der US-PS 2 874 o84 beschrieben. Die beschriebene Erfindung kann in tragbaren hand-

809817/0791

betriebenen Klebstoff-Extrudierpistolen, z.B. für Bastlerwerkstätten oder leichten industriellen Gebrauch verwendet werden. Die Erfindung kann auch an industriellen Gebrauch höherer Leistung angepaßt werden, z.B. zum Klebstoffauftragen bei der Schuhherstellung oder bei der Erzeugung von Verpackungsbehältern.

All-gemein besteht das Kleberverteilgerät, bei dem das vorliegende System verwendet wird, aus einem pistolenförmigen Apparat mit einem Handgriff und einem Lauf. Ein wärweausstrahlender Körper (Schmelzkörper) ist in dem Lauf eingebaut, um Wärme von elektrischen heizvorrichtungen auf eine Schmelzkammer zu übertragen. In dem Handgriff ist eine Vorrichtung zum Zuführen einer biegsamen Stange aus wärmeaktivierbarem Kleber zur Schmelzkammer. In dem Maße, wie der Kleber erschmolzen wird, wird er aus einer Düse am Ausgang aus der Schmelzkammer herausgepreßt. Ein Thermostat oder eine andere Wäraefühlvorrichtung wird verwendet, um ein überhitzen zu vermeiden und die gewünschte Erwärmungstemperatur der Schmelzkammer aufrecht zu erhalten.

Beim normalen Betrieb dieses Gerätetyps wird den Heieungsvorrichtungen Energie zugeführt und dadurch können sie die Arbeitstemperatur erreichen. Der Kleberstrom wird im allgemeinen bei Bedarf zeitweilig in Gang gebracht, ohne die Stromzufuhr zwischen den Anwendungen abzuschalten. Daher kann die Kleber-Spritzpistole längere Zeit in Ruhestellung sein, während die gewünschte Temperatur durch eine geeignete Fühlersteuerung aufrecht erhalten wird. Wenn jedoch der Klebervorschub angetrieben wird, tritt wegen der relativ niedrigen Temperatur des hereinkommenden Klebers ein sofortiger Bedarf an zusätzlicher Wärme auf. Die normale Steuerung fühlt die Temperatur des Schmelzkörpers, nicht die Temperatur des Klebers, in der Schmelzkammer. Hierdurch wird eine Verzögerung beim Ansprechen und ein sich daraus ergeb^ider Temperaturabfall beim

809817/0791

- 7 austretenden Kleber verursacht.

Selbst bei optimalen Wärmeübertragungsei^enschaften kann die Schmelzkammer den fließenden Kleber nicht auf gleichbleibende Temperatur erhitzen und es wurde in diesem Fall festgestellt, daß bein Fließen des Klebers eine Temperaturdifferenz von etwa 33° Celsius zwischen der Schmelzkammer und dem austretendem Kleber besteht. Eine schnelle Art, diesen Wärmeverlust auszugleichen, würde darin bestehen, die Temperatur des Schmelzkörpers um 33° Celsius über die gewünschte Klebertemperatur anzuheben. Hierdurch würde jedoch der in der Schmelzkammer verbliebene restliche Kleber während der Ruhezeit überhitzt und eine Verrincerunp₃ der Klebekraft verursacht werden.

Aufgabe der Erfindung ist daher ein Steuersystem für die Temperatur des Schmelzkörpers, das den Kleber so nahe wie möglich auf der Temperatur des Schmelzkörpers hält, ohne Ursache für ein Ansteigen der Klebertemperatur über die gewünschte Ausstoßtemperatur zu geben.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Kleberauftragsgerät mit einer Vorrichtung zur intermittierenden Zugabe einer Stange des Materials durch einen erhitzten Schmelzkörper mit einer darin vorgesehenen Materialverweilkammer, um einen Strom von heißem flüssigem Material daraus herzustellen, die gekennzeichnet ist durch ein System zur Kontrolle der Materialtemperatur, das A) einen ersten Steuerkreis, der zur Regulierung der Stromzufuhr nach den Heizvorrichtungen des Schmelzkörper in Reaktion auf die Temperatur des Schmelzkörpers geschaltet ist, um genügend Wärme zur Erwärmung des Materials in der Kammer auf eine vorbestimmte Temperatur zu erzeugen, und 'B) einen zweiten Steuerkreis aufweist, der zur Erhöhrung der Temperatur, auf die die Heizvorrichtungen des Schmelzkörpers während der Zuführung frischen Materials in die Kammer reguliert werden, um den dadurch hervorgerufenen Abfall der Temperatur im abgegebenen Material auszugleichen,

809817/0791

geschaltet ist.

Erfindungsgemäß wird also ein System geschaffen, das einen zweifachen Sollwert für die Temperatursteuerung der Wärme, die zum Schmelzkörper einer "chmelzkleber-Auftragspistole zugeführt wird, vorsieht. Der Kreis ist so geschaltet, daß er den Strom zu den elektrischen Heizelementen durch ein Gatter steuert, das durch Impulse aus einem integrierten Schaltkreis betätigt werden kann. Der integrierte Schaltkreis enthält einen Operationsverstärker, dessen Vorspannungskreis einen Thermistor aufweist, dessen Widerstand sich mit der Temperatur des Schmelzkörpers ändert. Einen weiteren Teil dieses Vorspannungskreises bildet ein veränderlicher Widerstand, um einen einstellbaren Sollwert für die Temperatur, bei der das Gatter für die Heizungsvorrichtung geöffnet wird und dadurch die Heizungsvorrichtung abgeschaltet wird, zu erzeugen. Die integrierte Schaltung besitzt eine innere Bezugsspannung, aufgrund derer der Gleichrichter Signale zum Heikungsgatter sendet, bis der Spannungsverlust über den Thermistor geringer als die Bezugsspannung ist. Die Heizvorrichtungen werden dann abgeschaltet. Die Bezugsspannung ist über einen Widerstand mit vorbestimmten Wert durch einen Transistor mit "Mitte" verbunden. Der Transistor ist so geschaltet, daß er nach Einleitung von Kleber niedriger Temperatur in die Schmelzkammer leitend wird. Hierdurch wird die Wirkung erzielt, daß die Bezugsspannung fällt und der Sollwert für die Temperatursteuerung steigt, was ein Ansteigen der Wärme zum Ausgleich für den Abfall der Klebertemperatur während des Einführens des Klebers in die Schmelzkammer hervorr ruft.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Darin bedeuten:

809817/0781

Figur 1 eine Aufsicht auf das Innere einer Kleber-Spritzpistole, in der die Erfindung verwendet werden kann, teilweise im Querschnitt;

Figur 2 eine perspektivische Ansicht der Zufuhrvorrichtung;

Figur 3 ein Schaltdiagramm für das erfindungsgemäße Steuersystem und

Figur Ί ein Diagramm, das das Ansprechen der Temperatur bei einer Vorrichtung unter Verwendung der vorliegenden Erfindung zeigt.

Eine Kleber-Auftragspistole vom Typ, bei dem die vorliegende Erfindung verwendet wird, ist in Fig. 1 abgebildet. Die Kleber-Auftragspistole 1 besteht aus einem Schmelzkörper 2, der in dem Lauf 3 des Gehäuses ¹I angebracht ist. Der Schmelzkörper 2 ist mit einer inneren Schmelzkammer 5 ausgebildet. Die Schmelzkammer 5 besitzt einen Einlaß 6, der einen Durchgang für die biegsame Kleberstange 7 schafft. Von den Heizvorrichtungen 8 und 9 wird dem Schmelzkörper 2 Wärme zugeführt, der die Wärme durch die Schmelzkammer 5 abgibt. In der Schmelzkammer 5 ist ein Auslaß Io ausgebildet, der mit der Düse 11 in Verbindung steht und einen Ausgang für den geschmolzenen Kleber bildet. In der Düse 11 ist ein (nicht dargestelltes) Kugelventil eingebaut, das das Austreten von Kleber verhindert, bis in der Schmelzkammer 5 ein vorbestimmter Druck vorliegt. Hierdurch soll ein Auslaufen restlichen Klebers während des Leertakts im Betrieb verhindert werden.

Wie in Fig. 2 dargestellt, wird die Kleberstange 7 durch Vorschubräder 12 und 13, die jeweils durch Motoren 14 und 15 angetrieben werden, der Schmelzkammer 5 zugeführt. Die Antriebsmotoren I¹J und 15 werden durch einen Schalter 16 angeschaltet, der mechanisch vom dem Abzug 17 in Handgriff 18 des Gehäuses 4 betätigt wird.

809817/0791

Die Heizvorrichtungen 5 und 9 sind über einen Steuerkreis 19 und ein Kabel 2omit der Stromquelle verbunden, sodaß der Heizstromkreis eingeschaltet wird, wenn das Gerät 1 mit einer Steckdose verbunden wird. Die Temperatur des Schmelzkörpers wird von einem Thermistor 21 gefühlt, der in dem Schmelzkörper 2 eingebettet ist.

Der Steuerkreis 19 wird in Fig. 3 dargestellt und verbindet die Vorschubmotoren 14 und 15 durch Schalter 16 mit der Stromquelle 22. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist Schalter 16 gewöhnlich in der offenen Stellung und wird nur geschlossen, wenn nach manueller Betätigung des Abzugs 17 das Fließen des Klebers gewünscht wird.

Der Steuerkreis 23 für die primäre oder Leerlauftemperatur besteht aus einem integrierten Schaltkreis, der, wie in Fig. 3 dargestellt, geschaltet ist. Die integrierte Schaltung 24 gibt Impulse an das Gatter 25 ab, das den Stromfluß zu den Wänaevorrichtungen 8 und 9 steuert. Das Gatter 25 leitet so lange,wie es Impulse erhält und hält dabei die Heizvorrichtungen unter Strom.

Die integrierte Schaltung 24 wandelt die Wechselspannung am Stift A in Gleichspannungsvorspannung von etwa 6 Volt am Stift B um. Diese Spannung ist die Vorspannung für einen Operationsverstärker in der Schaltung 24. Der Vorspannungskreis des Verstärkers besteht aus einem Festwiderstand 26, einem veränderlichen Widerstand 27 und einem von Stift B nach "Mitte" verbundenen Thermistor 21. Die über den Thermistor liegende Spannung wird am Stift C mit einer internen Bezugsspannung am Stift D verglichen, die gewöhnlich bei etwa 3 Volt gehalten wird. Die integrierte Schaltung 24 erzeugt Impulse nach dem Gatter 25, bis die Spannung am Stift C im Bezug auf die Bezugsspannung am Stift D negativer ist. Da der Widerstand des Thermistors 21 abnimmt, wenn die Temperatur des Schrrelzkörpers steigt, wird die Spannung am Stift C stufenweise verringert, bis die gewünschte Temperatur erreicht

809817/0791

ist. Zu diesem Zeitpunkt hören die Impulse auf, wodurch das Gatter 25 geöffnet und die Heizvorrichtungen 8 und 9 abgeschaltet werden. Der Schmelzkörper 2 kühlt dann ab, bis der Widerstand des Thermistors 21 genügend angewachsen ist, um die Impulse zum Gatter 25 hin auszulösen. Die innere Bezugsspannung kann auf die Hälfte der Vorspannung eingestellt werden. Der Abschaltpunkt wird deshalb erreicht, wenn der Thermistorwiderstand gleich dem kombinierten Widerstand der Widerstände 26 und 27 ist. Dementsprechend kann auch die Temperatur, bei der das Gatter 25 geöffnet wird, durch Änderung des Widerstands 27 eingestellt werden. Wegen der Trägheit der thermischen Ansprache zwischen den Heizvorrichtungen 8 und 9 und dem Schmelzkörper 2 pendelt die Temperatur des Schmelzkörpers hin und her, während der Leersteuerkreis 23 sich an- und ausschaltet. Der Steuerkreis wird daher so eingestellt, daß eine gewünschte durchschnittliche Schmelzkörpertemperatur erreicht wird.

Ein anderes Mittel zur Einstellung der Temperatur, bei der das Gatter geöffnet wird, liegt in der Abänderung der Bezugsspannung am Stift D. Zu diesem Zweck wird eine sekundäre oder Ausgleichssteuerungsschaltung 28 durch den Widerstand 29 mit dem Kollektor des Transistors 3o verbunden. Der Emitter oder Impulsgeber des Transistors 3o ist mit "Mitte" verbunden. Die Basis des Transistors 3o ist über Gittervorwiderstände ~ 31 und 32 mit der Vorspannung der integrierten Spannung 24 am Stift B verbunden. In seiner normalen Stellung leitet der Mikroschalter 16 den Vorspannungskreis, der mit der Baus des Transistors 3o verbunden ist, wirksam ab und verhindert dadurch, daß der Transistor 3o leitet. Wenn der Abzug betätigt wird, leitet der Transistor 3o und verringert wirksam die innere Bezupsspannung am Stift D um eine vorbestimmte Menge, die vom Widerstand des Widerstands 29 abhängt. Dies hat zur Wirkung, daß der Temperatursollwert, bei dem die Heitsungsvorrichtungen 8 und 9 abgeschaltet werden, erhöht wird und ein Anschwellen zusätzlicher Wärme erzeugt wird, wenn frischer Kleber in die Schmelzkammer 5 eintritt.

809817/0791

Im Betrieb ist das Gerät eingeschaltet, um die Heizvorrichtungen 8 und 9 mit Strom zu versorgen. Die Heizvorrichtungen erhöhen stufenweise die Temperatur des Schmelzkörpers, bis die gewünschte Temperatur erreicht ist. Der Steuerkreis 23 für die Leerlauftemperatur schaltet sich an und aus, um die durchschnittliche Schmelzkörpertemperatur auf der gewünschten Höhe zu halten. Wenn man annimmt, daß die Schmelzkammer 5 mit Kleber gefüllt ist, erreicht der Kleber stufenweise die Temperatur des Schmelzkörpers 2. In diesem Moment kann der Abzug 17 gezogen werden, um den Zufuhrmechanismus in Gang zu setzen und relativ kalten Kleber in die Schmelzkammer 5 zu pressen, wobei die Abgabetemperatur des Klebers der Kurve 33 in Figur folgt, wenn keine zusätzliche Wärme zugefügt wird. Unter diesen Umständen wird während des Fließens des Klebers ein Gleichgewicht mit einer Klebertemperatur von etwa 33° Celsius unterhalb der Temperatur des Schmelzkörpers 2 erzielt. Wenn die Kurve 33 verschoben würde, um die gewünschte Klebertemperatur von 20**° Celsius durch Erhöhung der durchschnittlichen Schmelzkörpertemperatur um vollständige 33° Celsius zu erreichen, würden sich ernsthafte Uberhitzungsschwierigkeiten ergeben, wie inKurve J>k gezeigt wird.

Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, wird der Ausgleichssteuerkreis 28 bei der Betätigung des Abzugs 17 unter Strom gesetzt. Das Schließen des Mikroschalters 16 setzt den Zufuhrmechanismus 35 unter Strom und macht den Transistor 3o leitend. Die innere Bezugsspannung am Punkt D fällt, wodurch die Wärmevorrichtungen 8 und 9 für einen längeren Zeitraum unter Energie gesetzt werden. Die durchschnittliche Schmelzkörpertemperatur wird dann auf ein höheres Niveau gebracht, wie in Kurve 36 dargestellt. Wegen der Trägheit des thermischen Ansprechens des Schmelzkörpers und des fließenden Klebers tritt kein plötzlicher Sprung der Klebertemperatur auf und es erfolgt ein schrittweises Anspreohen, wie mit der

809817/0791

Kurve 37 gezeigt wird. Der Steuerkreis 19, dessen Charakteristiken in Fig. 4 abgebildet sind, ist so gebaut, daß er einen Ausgleich von ungefähr 19,¹*⁰ Celsius gibt. Dieser Kreis hat bei diesem Beispiel die folgenden Parameter:

Widerstand 27 7.500 Ohm-Potentiometer

Widerstand 26 2.200 Ohm

Thermistor 21 Fenwal Electric Model PP61D

Widerstand 31 27.000 0hm

Widerstand 32 27.000 0hm

Widerstand 29 27.000 0hm

Transistor 3o Motorola 2N39oi|

Gatter 25 Triac - RCA - Modell T28o6B

Integrierte Schaltung 2k RCA - 3o79.

Aus Kurve 27 in Fig. ¹J kann entnommen werden, daß der Kleber nicht überhitzt wird, während durch die Verwendung der kombinierten Steuerkreise eine wesentliche Verbesserung der Wirksamkeit erreicht wird. In Abhängigkeit von dem Kleber und den Schaltkreisparametern können verschiedene Grade an Ausgleich erreicht werden.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Schmelzkleber-Verteilpistole mit einem elektronischen Schaltkreis, mit dem die Bedienungsperson eine gewünschte Temperatur einstellen kann, auf die der Kleber erwärmt wird. Dieser Sollwert wird automatisch dm eine vorbestimmte Menge angehoben, wenn der Kleber fließt, um den Temperaturabfall auszugleichen, der durch den Wärmeverlust an den Kleber und die Atmosphäre hervorgerufen wird.

809817/0791

L e e r s e i f e

Claims

Patentansprüche

1.) Schmelzkleber-Auftragsvorrichtunf; -nit einer Vorrichtung zur intermittierenden Zuführung einer Material stange durch einen erhitzten Schmelzkörper mit einer darin ausgebildeten materialhaltenden Kammer, aus der ein Strom eines heissen flüssigen Materials erzeugt wird, gekonnzeichnet durch ein System zur Steuerung der Temperatur des Materials, das A) einen ersten Steuerkreis (23), der zur Steuerung der Stromzufuhr zu den Heizvorrichtungen (3, 9) für den Schmelzkörper in Abhängigkeit von der Temperatur des Schmelzkörpers (2) geschaltet ist, um genügend Wärme zum Erwärmen des Materials (7) in der Kammer (5) auf eine vorbestimmte Temperatur zu erzeugen, und

3) einen zweiten Steuerkreis (23) aufweist, der zur Erhöhung der Temperatur, bei der die Heizvorrichtungen (8, 9) für den Schmelzkörper während der Zufuhr von frischern Material (7) in die Kammer (5) reguliert werden, um den Abfall der Temperatur des Abnabematerials, der hierdurch hervorgerufen wird, auszugleichen, geschaltet ist.

2. Schmelzkleber-Auftragsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Steuerkreis:

A) einen Fühler (21) für die Temperatur des Schrnelzkürpers (2),

B) eine Vorrichtung (D) zum verstellbaren Einstellen eines vorbestimmten Temperaturstandards,

C) eine Vorrichtung (C) zum Vergleichen der gefühlten Schmelzkörpertemperatur mit der vorbestimmten eingestellten Temperatur und zur Erzeugung eines Signals, bi? die Temperaturen gleich sind, und

809917/0701

BAD ORIGINAL

D) einen Schalter (26) aufweist, der zum Anschalten der heizvorrichtungen (8, 9) in Abhängigkeit von den Signalen von der Vergleichsvorrichtung (C) und zum Abschalten der Heizvorrichtungen (8, 9) ir. Abwesenheit dieser Signale geschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Steuerkreis:

A) eine Angleichvorrichtung (28), die zur Erhöhrung des vorbestimmten Temperaturstandards geschaltet ist, und

B) einen Schalter (16) aufweist, der zum Einschalten der Ausgleichsvorrichtung während der Materialzugabe geschaltet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Steuerkreis

A) einen an dem Schmelzkörper (2) angebrachten Thermistor (21), um die Temperatur des Schmelzkörpers zu fühlen, wobei der Widerstand des Thermistors (21) sich umgekehrt mit der Temperatur ändert,

B) einen veränderlichen Widerstand (27), der mit dem Thermistor (21) in Serie geschaltet ist, um einen Spannunpsteilerkreis zu bilden,

C) eine Vorrichtung (24) zur Erzeugung eines Signals, wenn der Widerstand des THermistors (21) größer ist als der Widerstand des veränderlichen Widerstands (27) und

D) einen Schalter (25) aufweist, der zum Anschalten der Heizvorrichtungen (8, 9) als Ansprache auf die Signale und zum Abschalten der Heizvorrichtungen (8, 9) in Abwesenheit der Signale geschaltet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die signalerzeugende Vorrichtung (24) eine integrierte Schaltung mit einer inneren Bezugsspannung besitzt, die mit dem Spannungsabfall über den Thermistor (21) verglichen wird, wobei die integrierte Schaltung (24) so geschaltet ist, daß

809817/07Öt

sie ein Signal erzeugt, wenn der Spannungsabfall über den Thermistor (21) größer als die innere !'^zugspannung ist.

Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (25) für die Heizvorrichtung ein elektronisches Gatter aufweist, das so geschaltet ist, daß es Strom zu den Heizvorrichtungen (8, 9) leitet, wenn ein Signal von dem Signalerzeuger (2¹O empfangen wird, und die Heizvorrichtungen (8, 9) in Abwesenheit des Signals abschaltet.

Vorrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Steuerkreis

A) einen Widerstand'(29), der zum Ausgleich des Verlustes in der inneren Bezugsspannung nach dem Zuführen von Strom geschaltet ist und

B) einen Transistor (3o) aufweist, der zur Stromzufuhr durch den Ausgleichswiderstand (29) während der Betätigung der Materialzufuhr (35) verbunden ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein System zur Steuerung der Materialtemperatur, das

A) einen an dem Schmelzkörper (2) zum Fühlen seiner Temperatur angebrachten Thermistor (21), wobei der Widerstand des Thermistors (21) sich umgekehrt zur Temperatur ändert,

B) einen veränderlichen Widerstand (27), der mit dem Thermistor (21) zur Bildung eines Spannungsteilerkreises in Serie geschaltet ist,

C) eine integrierte Schaltung (24) mit einer inneren Bezugsspannung, die mit dem Spannungsabfall über den Thermistor (21) verglichen wird, wobei die integrierte Schaltung (24) zur Erzeugung eines Signals, wenn der

809817/0781

- -¹I -

Spannun-^sabfnil über den Thermistor (21) größer als die innere Bezugsspannung ist, geschaltet ist,

D) einen Widerstand (29), der mit der integrierten Schaltung so geschaltet ist, daß er einen Abfall in der inneren Bezuisspannun"· nach Zuleitung von Strom ausbleicht und

E) einen Transistor (3o) aufweist, der zur Zuführung von Strom durch den Ausgleichswiderstand (29) nach Betätigung der Materialzufiihrunc (35) geschaltet ist.

809817/0701