DE3542903C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum intermittierenden Auftragen
einer Flüssigkeit, insbesondere eines Klebstoffes, wie beispielsweise
eine Schmelzklebers, auf ein Material der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
Eine solche Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Auftragen von
zähflüssigen Materialien, wie geschmolzenen Schmelzklebern, auf ein
Substrat.
Derartige Vorrichtung sind vielfach bekannt. Die zugehörige
Ventilanordnung besteht aus einem einfachen Absperrventil, das
intermittierend geöffnet und geschlossen wird. Hierbei treten insofern
Problem auf, als beim Öffnen der Ventilanordnung, die zur Vermeidung
großer Flüssigkeitsansammlungen zwischen Ventilanordnung und
Auftragsöffnung nahe an der Auftragsöffnung der Auftragsdüse angebracht
sein sollte, sich in der Leitung zwischen dem Vorratsbehälter
und der Ventilanordnung der volle Druck der Zuführpumpe aufbaut, der
nicht durch dynamische Druckverluste gemildert ist. Wird nun das
Ventil schlagartig geöffnet, und das ist beim schnellen Auftrag mit
hoher Unterbrechungsfrequenz erforderlich, so schießt zu Beginn des
Auftrags eine relativ große Klebstoffmenge auf das zu beschichtende
Material, so daß dort der Auftrag unerwünscht dick wird. Auch wird
mit wachsender Relativgeschwindigkeit zwischen zu beschichtendem
Material und Auftragsdüse der Anfang und das Ende der Beschichtung
immer weniger sauber.
Um dieses Problem zu beseitigen, hat man schon das übliche, einfache
Absperrventil in der Kleberzuleitung durch eine nach dem Prinzip des
3-Wege-Hahns arbeitende Ventilanordnung ersetzt, bei der in der
auftragsfreien Zeit der Klebstoff in der Zuführleitung nicht stillsteht,
sondern über eine Rückführleitung zurückströmt, die jeweils
beim Schließen der Kleberzufuhr zur Düse geöffnet wird. Auf diese
Weise wird zwar der ständige Wechsel zwischen vollem Steuerdruck und
dynamischem Druck im Düsenbereich vermieden. Dennoch bestehen auch
bei dieser Ventilkonstruktion noch Mängel im Bezug auf die Sauberkeit
beim Einsetzen des Auftrags, insbesondere bei hoher Frequenz
der Auftragsunterbrechungen und hoher Relativgeschwindigkeit
zwischen Material und Auftragsdüse.
Eine Vorrichtung zum intermittierenden Auftragen einer Flüssigkeit,
insbesondere eines Klebstoffes, wie beispielsweise eines Schmelzklebers,
auf ein Material der angegebenen Gattung geht aus der EP-OS
1 11 850 hervor und weist einen Vorratsbehälter für die Flüssigkeit,
eine Zuleitung für die Zufuhr der Flüssigkeit von dem Vorratsbehälter
zu einer Auftragsdüse, ein erstes, kurz vor der Auftragsdüse in
der Zuleitung vorgesehenes Nadelventil zur Unterbrechung des Flüssigkeitsstroms
von dem Vorratsbehälter zu der Düse in vorgegebenen
Zeitabständen, eine an die Zuleitung in Strömungsrichtung in geringem
Abstand vor dem ersten Nadelventil angeschlossene Rückleitung
für die Rückführung der Flüssigkeit zu dem Vorratsbehälter sowie ein
zweites Nadelventil zum Absperren der Rückleitung unter Berücksichtigung
der Stellung des ersten Nadelventils auf. Dabei sind die beiden
Nadelventile mechanisch fest miteinander gekoppelt, d. h., wenn
ein Nadelventil geöffnet ist, ist das andere Nadelventil geschlossen
und umgekehrt. Es ist zwar eine gewisse Justierung mittels einer
Adapteranordnung mit einer Schraubverbindung möglich; ist jedoch die
entsprechende Justierung einmal durchgeführt, so sind die Öffnungs-
und Schließzeiten der beiden mechanisch fest miteinander gekoppelten
Nadelventile vorgegeben.
Eine ähnliche Vorrichtung geht aus der DE-PS 32 00 469 hervor, wobei
das Nadelventil, welches die Rückleitung von der Zuleitung zum
Vorratsbehälter sperren soll, in erheblichem Abstand von der Zuleitung
in der Rückleitung liegt. Dabei werden zwei mit hohen Arbeitsfrequenzen
arbeitende Nadelventile mit geringem Hub eingesetzt,
um das einen relativen großen Hub erfordernde, bisher übliche Umsteuerventil
(US-PS 35 95 204) zu ersetzen.
Problematisch ist bei diesen bekannten Auftragsvorrichtungen, daß
sich beim Schließen des zweiten Nadelventils im Leitungsstrang von
der Zuleitung zum zweiten Nadelventil ein nicht unerheblicher Staudruck
aufbaut, der durch das plötzliche Abbremsen der Flüssigkeitssäule
in diesem Leitungsstück verursacht wird. Dieser Staudruck bewirkt
wiederum einen besonders hohen Druck beim Öffnen des ersten
Nadelventils, was zu unerwünscht starkem Auftrag zu Beginn des Auftrags
führen kann.
Außerdem lassen sich die Druckverhältnisse bei Beginn und Ende des
Auftrags nicht beeinflussen, da immer gleichzeitig das eine Nadelventil
geöffnet und das andere Nadelventil geschlossen wird. Diese
Probleme führen dazu, daß die bekannten Vorrichtungen zwar mit relativ
hoher Arbeitsfrequenz arbeiten können, der Auftrag der Flüssigkeit
auf das Material, im allgemeinen eine laufende Materialbahn,
zu Beginn und Ende des Auftrages jedoch unsauber wird.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zum intermittierenden Auftragen einer Flüssigkeit, insbesondere
eines Klebstoffes, wie beispielsweise eines Schmelzklebers, der auf
Material der angegebenen Gattung zu schaffen, die auch bei hoher
Frequenz für die Betätigung der beiden Nadelventilen den optimalen
Auftrag der Flüssigkeit, insbesondere am Anfang und am Ende der
Flüssigkeits-Ausgabe, ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil
des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Zweckmäßige Ausführungsformen werden durch die Merkmale der Unteransprüche
definiert.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf dem Zusammenwirken
der folgenden Maßnahmen: Weil das zweite Nadelventil größer
dimensioniert ist als das erste, zum Absperren der Zuleitung dienende
Nadelventil, wird eine sehr schnelle Umlenkung des Flüssigkeitsstroms
aus der Zuleitung in die Rückleitung ermöglicht. Außerdem erfüllt
das zweite Nadelventil eine Doppelfunktion, da es einerseits
als Vorventil für das erste Nadelventil und andererseits in konventioneller
Weise zum Absperren der Rückleitung dient. Dadurch läßt
sich der Einfluß der unter dem Staudruck stehenden Flüssigkeitssäule
zwischen der Zuleitung und dem zweiten Nadelventil beseitigen,
wie er sich bei den herkömmlichen Auftragsvorrichtungen nicht vermeiden
ließ.
Die zeitlich unabhängig voneinander steuerbare Einstellung der beiden
Nadelventile zueinander erlaubt es schließlich, das Öffnen und
Schließen zu optimieren, wodurch insgesamt ein optimales, einwandfreies
und gleichmäßiges Einsetzen des Auftrages und ein ebenso einwandfreies
beendigen des Auftrages gewährleistet werden.
Läßt man gemäß einer bevorzugten Ausführungsform das zweite Nadelventil,
im folgenden auch als "Vorventil" bezeichnet, erst kurz nach
dem Öffnen des ersten Nadelventils, im folgenden auch als "Hauptventil"
bezeichnet, schließen (die zeitliche Verzögerung ist natürlich
sehr gering), so wird nicht nur der beim Vorhandensein nur
eines Ventils zu Beginn des Auftrags normalerweise auftretende überstarke
Auftrag verhindert. Der Einsatz des Auftrags erfolgt darüber
hinaus auch außerordentlich gleichmäßig und gestochen scharf, wie
dies bisher nicht möglich war. Durch Regulierung dieser zeitlichen
Verzögerung läßt sich hier praktisch jeder gewünschte Einsatz des
Auftrags erreichen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird beim Schließen
des Hauptventils das düsenferne Nadelventil schon kurz vorher geöffnet
(auch hier ist die zeitliche Verschiebung sehr gering). Dies
hat zur Folge, daß beim Schließen des Hauptventils der letzte Rest
der Flüssigkeit, im allgemeinen eines Klebstoffes, bereits mit geringerem
Druck
austritt, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn das Hauptventil
ein solches ist, das bei seiner Schließbewegung in Fließrichtung
noch einen zusätzlichen Schub auf die dem Nadelventil nachgeordnete
Klebersäule ausübt, also z.B. ein Nadelventil. Darüber hinaus wird
durch das Öffnen des Vorventils schon kurz vor dem Schließen des
Hauptventils der Druck im Bereich zwischen dem Austrittschlitz der
Düse und dem Hauptventil verringert, was jeder Art von Nachtropfen
der Düse entgegenwirkt. Dieser Vorteil wird unabhängig davon er
reicht, wie das Hauptventil aufgebaut ist.
Die Länge der Leitung vom Vorventil zum Hauptventil sollte gering
sein. Sie ist vorteilhaft nicht viel größer, aber auch nicht viel
kleiner als der Weg vom Hauptventil zur Düsenaustrittsöffnung und
beträgt vorteilhaft das drei- bis sechsfache dieses Wegs.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens
eines der Ventile - vorzugsweise auch das andere - ein Nadelventil.
Derartige Nadelventile haben den großen Vorteil, daß sie als fer
tige Einheiten im Handel verfügbar sind und sich darüber hinaus auch
für die hier vorliegende spezielle Aufgabe besonders gut eignen.
Da die Betätigung der Ventile in vielen Fällen sehr schnell erfol
gen muß, sind die Ventile bevorzugt pneumatisch betätigbar. Wählt
man den pneumatischen Betätigungsdruck ausreichend hoch und die von
ihm beaufschlagten Flächen entsprechend groß, so läßt sich eine
außerordentlich schnelle und sichere Ventilbetätigung erreichen.
Bevorzugt tragen die pneumatisch betätigbaren Ventile an ihren
Schäften Differentialkolben, deren kleinere Fläche ständig unter
Druck steht, der das Ventil geschlossen hält bzw. bestrebt ist,
dieses zu schließen, und deren größere Fläche zum Öffnen des Ventils
mit Druckmittel von der entgegengesetzten Seite her beaufschlagbar
ist.
Die Steuerung der Ventilbeaufschlagung mit Druckmittel - in der Regel
Druckluft - erfolgt vorzugsweise elektromagnetisch, da sich auf diese
Weise eine sehr genaue und schnelle Betätigung der Ventile auch mit
hoher Frequenz möglich ist.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand
der in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsform
näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt eine Ansicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung
von der Seite, wobei der Übersichtlichkeit halber der Vorratsbe
hälter für unter Druck stehenden Schmelzkleber einschließlich der
hierzu erforderlichen Förderpumpe und der Verbindungsleitungen zum
Auftragskopf nicht dargestellt ist.
Der in der Zeichnung gezeigte Auftragskopf trägt an seiner Unterseite
eine Auftragsdüse 1, die bei 2 einen sich senkrecht zur Zeichenebene
erstreckenden Auftragsschlitz besitzt, aus dem Schmelzkleber auf die
bei 3 angedeutete Materialbahn intermittierend aufgetragen werden
soll. Die Materialbahn wird unter der Auftragsdüse in geringem Ab
stand von beispielsweise einem halben Millimeter mit einer Geschwin
digkeit von beispielsweise 250 m/min hinwegbewegt. Mit der Düse soll
Schmelzkleber in Abständen von beispielsweise 2 cm auf eine Länge von
4 cm aufgetragen werden.
Die Düse ist von unten an den Auftragskopf 4 angeschraubt, der im
wesentlichen die Ventilanordnung hält und trägt. In der teilweise
geschnittenen Düse erkennt man den Zufuhrkanal 5 für Schmelzkleber,
der nach oben durch einen Ventilsitzkörper 6 abgeschlossen ist, der
druckdicht mittels O-Ringen in einer entsprechend abgesetzten Bohrung 7
des Kopfes 4 sitzt. Durch diese Bohrung 7 erstreckt sich senkrecht
von oben nach unten die Nadel 8 eines Nadelventiles 9, die in ihrer
nach unten abgesenkten Stellung, die in der Zeichnung dargestellt ist,
den Ventilsitz im Ventilsitzkörper 6 verschließt und in angehobenem
Zustand den Zustrom von Schmelzkleber durch die Horizontalleitung
10 zum Kanal 9 ermöglicht. Das Nadelventil 9 ist das Hauptventil. Es
ist von handelsüblichem Aufbau. Die Ventilnadel trägt weiter oben in
nicht dargestellter Weise einen Differentialkolben, dessen kleinere
nach oben weisende Fläche unter dem Druck von Luft steht, die be
strebt ist, die Ventilnadel nach unten in den Ventilsitz zu drücken
und damit das Hauptventil zu schließen. Die Druckluft wird zu
diesem Zweck über die Leitung 12 der Oberseite des Zylinders des
Differentialkolbenventils 9 zugeführt. Durch die Leitung 13 wird
Luft vom gleichen Druck der Unterseite des Kolbens, die entsprechend
größer ist, zugeführt, so daß beim Umschalten der Luftzufuhr von
der Leitung 12 auf die Leitung 13 der Differentialkolben schlagartig
angehoben und damit das Ventil geöffnet wird, indem die Nadel 8
vom Sitz abgehoben wird. Zum Umsteuern der Druckluftzufuhr von der
Leitung 12 auf die Leitung 13 und umgekehrt dient ein elektromag
netisch betätigte Umsteuerventil 15. Derartige elektromagnetische
Umsteuerventile 15 für Druckluft sowie das Nadelventil 9 sind
bekannt und daher hier nur schematisch beschrieben.
Der in der rechten Hälfte des Auftragskopfes 4 punktiert angedeutete
Horizontalkanal 10 schließt an einen Stutzen 20 an, an dem ein nicht
gezeigter isolierter Zufuhrschlauch für
heißen Schmelzkleber befestigt ist. Das andere Ende des Zufuhr
schlauches sitzt am Ausgang der Druck- und Förderpumpe für den
Schmelzkleber. Um auch ein Weiterlaufen der Pumpe bei vollständig
geschlossener Ventilanordnung zu erlauben, ist die Pumpe mit einem
Überdruckventil in üblicher Weise versehen, welches beim Anwachsen
des Druckes auf der Druckseite der Pumpe über ein voreingestelltes
Maß hinaus öffnet und den Schmelzkleber wieder in den Vorrat für
flüssigen Schmelzkleber zurückströmen läßt.
Über der horizontalen Zuleitungsbohrung 10 ist ein zweites Nadelven
til 25 angeordnet, welches im wesentlichen den gleichen Aufbau hat
wie das Ventil 9 und auch in gleicher Weise mittels eines Magnet
ventils betätigt ist. Diese Ventilanordnung ist daher in Bezug auf
Aufbau und Steuerung nicht näher beschrieben.
Von der horizontalen Zufuhrbohrung 10 erstreckt sich eine Vertikal
bohrung 26 nach unten, die dann in der Zeichnung nach rechts ab
knickt und zu dem Stutzen 28 führt, von dem ein Druckschlauch für
überschüssigen Schmelzkleber zurück zum Vorratsbehälter für flüssi
gen Schmelzkleber führt. Der Eingang der Bohrung 26 aus der Hori
zontalbohrung 10 ist durch die breiter als die Nadel 8 gehaltene
Ventilnadel 30 des zweiten Nadelventils 25 verschlossen. Die Nadel
30 ist natürlich so dimensioniert, daß sie dem Schmelzkleberstrom
in der Bohrung 10 keinen zu hohen Widerstand entgegensetzt.
Ebenso ist die Bohrung 26 ausreichend groß dimensioniert, um ohne uner
wünscht hohe Drosselung eine Rückführung des durch den Stutzen 20
zugeführten Schmelzklebers durch den Stutzen 28 zuzulassen.
Die elektromagnetischen Steuerventile 15 und 30 für die Nadelventile
9 und 25 werden in gewünschten Intervallen und Zeitabständen elektro
magnetisch betätigt. Die Steuerung erfolgt insoweit mit Hilfe eines
sogenannten Mikroprozessors, der mit sehr hoher Genauigkeit das Öff
nen und Schließen der beiden Nadelventile 9 und 25 in gewünschten
zeitlichen Abständen und Verschiebungen in Bezug auf einander steuern
kann.
Die Auftragsdüse 2 ist vorzugsweise eine solche, wie sie in der am
26. Nov. 1985 eingereichten eine derartige Auftragsdüse betreffenden
Patentanmeldung der Anmelderin beschrieben ist. Bei dieser Düse knickt
der Zufuhrkanal 5 innerhalb des Düsenkörpers etwa auf der halben Höhe
desselben in der Zeichnung nach rechts um, um dann im Bereich der
Trennfuge 5a zwischen dem rechten und dem linken Teil des Düsenkörpers
in eine Verteilkammer zu strömen, die sich in der Zeichnung senkrecht
zur Zeichenebene und symmetrisch in Bezug auf die Ebene des abgewinkelten Zu
fuhrkanals 5 erstreckt. Von dieser Ausbreitkammer strömt der Schmelz
kleber dann senkrecht durch einen Schlitz konstanter Breite und
konstanter Dicke nach unten zur Austrittsöffnung, von wo er sich
auf das Bahnmaterial 3 legt. Der Schlitz ist dabei durch eine Aus
fräsung im in der Zeichnung linken Teil des Düsenkörpers gebildet,
während die Ausbreitkammer durch eine Ausnehmung im rechten Teil des
Düsenkörpers gebildet ist, so daß, was die Strömung des Schmelz
klebers in Horizontalrichtung betrifft, dieser zunächst in die Aus
breitkammer strömt, in der er sich in beide Richtungen senkrecht zur
Zeichenebene über die Düsenbreite ausbreitet, wobei er dann aber
wieder zurück zum Bereich des Schlitzes in Horizontalrichtung strömen
muß. Eine derartige Ausbildung hat sich als besonders vorteilhaft er
wiesen.
Das Vorventil kann auch z.B. als Dreiweghahn ausgebildet sein. Zu
diesem Zweck kann die Nadel desselben z.B. eine Verdickung aufwei
sen, die mit ihrem unteren Ende die Leitung zum Hauptventil und
mit Ihrem oberen Ende die Rückleitung verschließt. Das ermöglicht
eine noch genauere Steuerung des Drucks hinter dem Vorventil.
Claims (7)
1. Vorrichtung zum intermittierenden Auftragen einer Flüssigkeit,
insbesondere eines Klebstoffes wie beispielsweise eines Schmelzklebers,
auf ein Material (3)
- a) mit einem Vorratsbehälter für die Flüssigkeit,
- b) mit einer Zuleitung (10, 20) für die Zufuhr der Flüssigkeit von dem Vorratsbehälter zu einer Auftragsdüse (1),
- c) mit einem ersten, kurz vor der Auftragsdüse (1) in der Zuleitung (10, 20) vorgesehenen Nadelventil (9) zur Unterbrechung des Flüssigkeitsstroms von dem Vorratsbehälter zu der Düse (11) in vorgegebenen Zeitabständen,
- d) mit einer an die Zuleitung (20, 10) in Strömungsrichtung in geringem Abstand vor dem ersten Nadelventil (9) angeschlossenen Rückleitung (26, 28) für die Rückführung der Flüssigkeit zu dem Vorratsbehälter, und
- e) mit einem zweiten Nadelventil (25) zum Absperren der Rückleitung (26, 28) unter Berücksichtigung der Stellung des ersten Nadelventils (9),
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
- f) das zweite, zum Absperren der Rückleitung (26, 28) dienende Nadelventil (25) ist größer dimensioniert als das erste, zum Absperren der Zuleitung (10, 20) dienende Nadelventil (9);
- g) das zweite Nadelventil (25) ist in der Zuleitung (10, 20) gegenüber dem Abzweig der Rückleitung (26, 28) angeordnet; und
- h) die beiden Nadelventile (9, 25) sind zeitlich unabhängig voneinander steuerbar.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
- i) die beiden Nadelventile (9, 25) pneumatisch betätigbar sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
- j) die beiden Nadelventile (9, 25) an ihren Schäften (8, 30) Differentialkolben tragen, deren kleinere Fläche ständig unter einem Druck steht, der das zugehörige Nadelventil (9, 25) geschlossen hält bzw. bestrebt ist, es zu schließen, und deren größere Fläche zum Öffnen des zugehörigen Nadelventils (9, 25) mit Druckmittel beaufschlagbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß
- k) die Ventilbetätigung elektromagnetisch (15, 30) gesteuert ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß
- l) das zweite Nadelventil (25) erst kurz nach dem Öffnen des ersten Nadelventils (9) schließt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß
- m) das zweite Nadelventil (25) kurz vor dem Schließen des ersten Nadelventils (9) öffnet.
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