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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft Vorrichtungen
und Verfahren zum Laminieren von Filmen. Insbesondere stellt die
Erfindung Vorrichtungen und Verfahren unter Einsatz von Vakuum bereit,
um eine Laminierkraft zu erzeugen.
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Hintergrund der Erfindung
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Häufig erfordert das Laminieren
von Filmen eine Druckzufuhr, um den Film an ein Substrat zu drücken, auf
das er zu laminieren ist. Das Substrat, auf das der Film zu laminieren
ist, kann ein weiterer Film, ein textiles Flächengebilde, eine Struktur
(z. B. die Seite eines Fahrzeugs, eine Wand usw.) oder jedes andere
Objekt sein. Oft sind die Filme mit einem Kleber beschichtet, um
den Film an das Substrat zu kleben, aber das Laminieren des kleberbeschichteten
Films unter Druck trägt
häufig
dazu bei, eine stärkere
Verbindung zwischen dem Film und dem Substrat zu erzeugen. Durch
Druckeinsatz lassen sich auch andere Vorteile erzielen, z. B. geringere
Blasen Bildung, verbesserte Formanpassung usw.
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Die FR-A-2300249 offenbart ein Verfahren und
eine Vorrichtung, um eine Klebebahn auf eine Aufnahmefläche zu laminieren,
während
eine Vakuumdüse
nahe der Grenzfläche
zwischen Bahn und Oberfläche
vorgesehen ist.
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Obwohl erwünscht ist, beim Laminieren
eines Films auf ein Substrat Druck zu verwenden, kann es schwierig
sein, ausreichend Druck auszuüben,
um das Laminierverfahren effektiv zu beeinflussen. Werden beispielsweise
zwei Filme z. B. über
einer Walzenstruktur aufeinander laminiert, muß man Zugaben für eine Durchbiegung
der Walzen machen, da die Laminierkraft normalerweise nur an den
Enden der Walzen ausgeübt
werden kann. Dadurch können Größe und Gewicht
der Walzen und der Stützstruktur groß bzw. schwer
sein, um die Walzendurchbie gung zu kompensieren, während ausreichender
und gleichmäßiger Druck
am Laminierpunkt erzeugt wird.
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Ein weiteres Beispiel läßt sich
beim Auftragen kleberbeschichteter Kunststoffilme, insbesondere
Vinylfilme, auf vielfältige
Oberflächen
aus vielfältigen
Gründen
beobachten, z. B. für
Werbe-, Dekorations-, Schutz- u. ä. Zwecke. Diese Oberflächen können sehr
groß sein,
normalerweise bis 3 m × 16
m. Man klebt diese Filme auf sehr große waagerechte oder senkrechte
Oberflächen,
z. B. Wände,
Seiten von Lkw-Anhängern,
Plakatwände
u. ä. Selten
sind die Filme groß genug,
um die gesamte Oberfläche mit
einem einzelnen, einteiligen Film zu bedecken, so daß normalerweise
mehrere Filme verwendet werden. Dazu kommt, daß Versuche zur Herstellung
größerer Filme
zu Filmen führen,
die schwieriger zu handhaben und mit anderen Filmen genau zusammenzupassen
sind. Diese Oberflächen
haben sehr große
gleichmäßige und
ungleichmäßige Abschnitte, z.
B. eine Lkw-Anhängerseite
mit flachen Oberflächen,
die von Verstärkungsprofilen
und/oder Nieten unterbrochen sind. Bei diesen Oberflächen mit
einer gewissen Kombination aus flachen Abschnitten, Vorwölbungen
und Vertiefungen bedarf es sehr geschickter Arbeitskräfte, um
den Film an die Oberflächen
zu kleben und dann zu gewährleisten,
daß ein solcher
Film auch an den Vorwölbungen
und/oder Vertiefungen klebt.
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Bei den gebräuchlichsten Verfahren zum Auftragen
dieser Filme wird normalerweise eine kleine, etwa 10 cm lange Kunststoff-Quetschwalze
verwendet, um den Film manuell an das Substrat zu drücken. Dies
ist ein sehr arbeitsintensives Verfahren. Ferner erfordert dieses
Auftragen Geschick und Geduld, um einen Auftrag zu erhalten, der
fest klebt, faltenfrei ist und bei dem alle Filme genau zusammenpassen.
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Derzeitige Techniken zum Behandeln
von Nieten, um das Abheben zu minimieren, beinhalten (a) das Perforieren
des Films um den Niet, (b) das Erwärmen des Films mit einer Wärmequelle,
gewöhnlich
einer Heißluftdusche
oder einem Brenner, und (c) das glatte Andrücken des Films mit einer steifen Bürste, die
gewöhnlich
etwa 2,54 cm Durchmesser und 1,25 cm lange Borsten hat, die an einem
kurzen Holzgriff befestigt sind, und die man als Nietbürste bezeichnet.
Oft kommt eine Nachbe- Nachbehandlung
mit Wärme
zum Einsatz, um die Verbindung zu verstärken und Spannungen im Film
abzubauen, nachdem er an das unregelmäßige Substrat geklebt wurde.
Normalerweise wird der Film erwärmt,
während
er die Fläche
um jede Art von Oberflächenunregelmäßigkeit überbrückt, die
sich als Vorwölbung oder
Vertiefung zusammenfassen läßt. Wegen
der geringen Masse des Films und der hohen Temperatur der Wärmequelle
betragen Erwärmungsgeschwindigkeiten
mehrere hundert Grad pro Sekunde. Ähnliche Abkühlungsgeschwindigkeiten treten
auch auf. Ist der Film wegen der Erwärmung zu weich, wird der Film
bei seiner Berührung
mit einer kreisförmigen
Bewegung unter Verwendung der Nietbürste leicht beschädigt. Ist
der Film zu kalt, wird die Spannung nicht ausreichend beseitigt,
und es kommt schließlich
zum Abheben. Daher ist es für
den Fachmann sehr schwer, den kleberbeschichteten Film sicher an
die unregelmäßige Oberfläche zu kleben,
während
der Film voll erweicht ist, ohne den Film zu beschädigen. Bei
Beschädigung
ist der Film an dieser Stelle geschwächt, was die Haltbarkeit des
Films mindert. Befindet sich eine Bildgrafik auf diesem Film, ist
das Bild an der Schadstelle beeinträchtigt. Auch wenn das Bild
so groß wie
ein Wandbild auf der Seite eines Lkw-Anhängers ist, ist ein Bildfehler
recht wahrnehmbar und unbefriedigend für den Halter des Anhängers, den
Vermarkter eines auf dem Bild am Anhänger dargestellten Produkts
und den Grafikhersteller, der erhebliche Zeit und andere Mühen investiert
hat, den Grafikfilm auf die Anhängerseite
zu kleben.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die Erfindung stellt Verfahren und
Vorrichtungen zum Laminieren von Filmen auf Substrate bereit, wobei
Laminierdruck mindestens teilweise durch ein Vakuum erzeugt wird,
das in einem Vakuumhohlraum produziert wird. Zu Vorteilen der Vorrichtungen und
Verfahren zählen
die Fähigkeit
zur Bereitstellung relativ hoher Drücke ohne die erwarteten massiven mechanischen
Strukturen und außerdem
die Gleichmäßigkeit
der Laminierdrücke über die
Breite der Vorrichtung.
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Von besonderem Nutzen können die
Vorrichtungen und Verfahren beim Unterstützen des Auftragens kleberbeschichteter
Kunststoffilme, insbesondere Vinylfilme, auf große Oberflä chen sein, um für verbessertes
Aussehen, Haltbarkeit usw. zu sorgen. Zu einigen der üblichsten
Oberflächen
gehören Lkw-Seiten, Wände, Beschilderungen,
Abschnitte eines Gebäudes,
Fahrzeuge usw. Diese großen
Oberflächen
erfordern viel Zeit und Aufwand zum Auftragen von Filmen. Damit
wird das Vorhaben oft teurer als durch den eigentlichen Film. Vielfach
wird zudem auf Oberflächen
aufgetragen, die zusammengesetzte gekrümmte Vorwölbungen oder Vertiefungen haben,
z. B. Kanäle
oder Nieten oder andere Unregelmäßigkeiten,
die die Zeit zum Auftragen verlängern und
oft Falten erzeugen.
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Ein Problem besteht in der Technik
darin, daß das
Auftragen von Filmen mit Hilfe einer kleinen (etwa 10 cm großen) Quetschwalze
auf sehr großen Grafiken
erfolgt. Bei typischen Oberflächen
mit 3 Metern Höhe
und 16 Metern Länge,
z. B. bei Anwendungen auf Lkws, und eventuell viel größeren für Gebäudegrafiken
kann das Auftragen des Films sehr zeitraubend sein. Die kleinen
Nieten auf der Oberfläche oder
die Folgen von Vertiefungen machen das Auftragen noch komplizierter
und sind ein Ausgangspunkt für
Falten und ähnliche
Fehler.
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Die Erfindung löst das technische Problem durch
Verwenden einer völlig
anderen Technik, d. h. der durch ein Teilvakuum an der Auftragsgrenzfläche erzeugten
Kraft, um kleberbeschichtete Filme auf große Oberflächen zu kleben. Auch auf kleineren,
unregelmäßigen Oberflächen ist
die Technik besonders effektiv.
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In einem Aspekt stellt die Erfindung
eine Vorrichtung mit folgendem bereit: einem ersten Ende und einem
zweiten Ende; einer ersten Walze mit einer Längsachse, die sich zwischen
dem ersten und zweiten Ende erstreckt; einer zweiten Walze mit einer Längsachse,
die sich zwischen dem ersten und zweiten Ende erstreckt, wobei die
zweite Walze von der ersten Walze beabstandet ist und wobei ferner
die Längsachsen
der ersten und zweiten Walze allgemein parallel zueinander sind;
einem Dichtungsmechanismus, der sich zwischen dem ersten und zweiten
Ende sowie der ersten und zweiten Walze erstreckt, wobei der Dichtungswalzenmechanismus eine
Dichtung mit der jeweiligen ersten und zweiten Walze bildet; einem
Vakuumhohlraum, der zwischen dem Dichtungsmechanismus und der ersten und zweiten
Walze gebildet ist; und einem Vakuumanschluß in Fluidverbindung mit dem
Vakuumhohlraum.
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In einem weiteren Aspekt stellt die
Erfindung eine Vorrichtung mit folgendem bereit: einem ersten Ende
und einem zweiten Ende; einem Paar erster Walzen mit einer oberen
und einer unteren ersten Walze, die einen ersten Spalt bilden, wobei
jede der ersten Walzen eine Längsachse
hat, die sich zwischen dem ersten und zweiten Ende erstreckt; einem Paar
zweiter Walzen mit einer oberen und einer unteren zweiten Walze,
die einen zweiten Spalt bilden, wobei jede der zweiten Walzen eine
Längsachse
hat, die sich zwischen dem ersten und zweiten Ende erstreckt, wobei
der zweite Spalt und die zweiten Walzen vom ersten Spalt und von
den ersten Walzen beabstandet sind und wobei ferner die Längsachsen der
ersten und zweiten Walzen allgemein parallel zueinander sind; einem
oberen Dichtungsmechanismus, der sich zwischen dem ersten und zweiten Ende
sowie zwischen der oberen ersten und zweiten Walze erstreckt, wobei
der obere Dichtungsmechanismus eine Dichtung mit jeweils der oberen
ersten und zweiten Walze bildet; einem unteren Dichtungsmechanismus,
der sich zwischen dem ersten und zweiten Ende sowie zwischen der
unteren ersten und zweiten Walze erstreckt, wobei der untere Dichtungsmechanismus
eine Dichtung mit jeweils der unteren ersten und zweiten Walze bildet;
einem Vakuumhohlraum, der zwischen dem oberen und unteren Dichtungsmechanismus,
der oberen ersten und zweiten Walze sowie der unteren ersten und
zweiten Walze gebildet ist; und einem Vakuumanschluß in Fluidverbindung
mit dem Vakuumhohlraum.
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In einem weiteren Aspekt stellt die
Erfindung ein Verfahren zum Laminieren eines Films durch folgende
Schritte bereit: Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Anordnen der Vorrichtung nahe einem Substrat, wobei das Substrat
ferner den Vakuumhohlraum abgrenzt; Anordnen eines Films zwischen
dem Substrat und den ersten und/oder zweiten Walzen der Vorrichtung;
Erzeugen eines Vakuums durch den Vakuumanschluß in der Vorrichtung, wobei
ein Unterdruck im Vakuumhohlraum der Vorrichtung produziert wird,
wobei die ersten und zweiten Walzen zum Substrat gezogen werden;
und Bewe gen der Vorrichtung entlang dem Substrat in einer Laminierrichtung.
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In einem weiteren Aspekt stellt die
Erfindung ein Verfahren zum Aufeinanderlaminieren mindestens zweier
kontinuierlicher Bahnen durch folgende Schritte bereit: Bereitstellen
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Durchführen
einer ersten Bahn und einer zweiten Bahn durch einen ersten Spalt
in der Vorrichtung; Erzeugen eines Vakuums durch einen Vakuumanschluß in der
Vorrichtung, wobei ein Unterdruck im Vakuumhohlraum der Vorrichtung
produziert wird und wobei die obere erste Walze und die untere ersten
Walze, die den ersten Spalt bilden, zueinander gezogen werden, wodurch
ein Laminierdruck am ersten Spalt erzeugt wird; und Bewegen der
ersten und zweiten Bahn durch den ersten Spalt.
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Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung handelt
es sich um ein Verfahren zur Arbeitseinsparung beim Kleben eines
kleberbeschichteten Films an ein Substrat mit den folgenden Schritten:
(a) Liefern von Film an einen Beteiligten, der instruiert wurde,
den Applikator und das Verfahren der Erfindung zu verwenden; (b)
optionales Ermöglichen,
daß ein solcher
Beteiligter ein Bild auf den Film druckt; und (c) Ermöglichen,
daß ein
solcher Beteiligter den Applikator und das Verfahren verwendet,
um den Film an eine Oberfläche
des Substrats zu kleben.
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Ein Merkmal der Erfindung ist, daß der Laminator
ein auch als Unterdruck bekanntes Teilvakuum in einem Vakuumhohlraum
des Laminators nutzt, um Druck auf den Laminator an der Grenzfläche zwischen
dem Laminator und dem Substrat dort zu erzeugen, wo ein Film anschließend laminiert
wird. Der resultierende Laminierdruck ist über den Laminierbereich im
wesentlichen gleichmäßig, da
die Unterdrücke
im Vakuumhohlraum im wesentlichen gleich sind.
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Beim Gebrauch z. B. zum Laminieren
zweier oder mehr Filme aufeinander besteht ein Vorteil der Erfindung
darin, daß durch
mindestens teilweisen Rückgriff
auf Vakuum, um Laminierdruck zu erzeugen, erhebliche Laminierdrücke erhalten
werden können,
ohne sich auf die massiven Strukturen zu ver lassen, die normalerweise
Drucklaminierausrüstungen
zugeordnet sind.
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Beim Gebrauch zum Auftragen von Grafikbildern
und anderen Filmen z. B. auf Lkws, andere Fahrzeuge, Oberflächen von
Beschilderungen, Gebäude
usw. besteht ein Vorteil der Erfindung in Arbeitseinsparungen von
solcher Erheblichkeit, daß die Gesamtkosten
eines Bildgrafikfilms, der auf ein großes senkrechtes oder waagerechtes
Substrat aufgetragen wird, besonders eines mit mehreren zusammengesetzten
oder unregelmäßigen Oberflächen, insgesamt
wesentlich reduziert werden können.
Ferner ist die Qualität
des Auftrags erheblich verbessert, und oft können schwächer haftende Kleber verwendet
werden, die die Zeit zum Entfernen der Grafik verkürzen. Auch
bei konstant bleibenden Filmkosten verringern die Arbeitseinsparungen
die Gesamtkosten des Filmauftrags um bis zu 80% und senken die Gesamtkosten
des aufgetragenen Films auf einem Lkw-Anhänger um bis zu 40%.
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Durch Erwärmen des Films im Zusammenhang
mit dem Vakuumeinsatz gemäß der Beschreibung
hierin läßt sich
die Formanpassungsfähigkeit des
Films um unregelmäßige oder
zusammengesetzt gewölbte
Oberflächen
verbessern, so daß weniger aggressive
Kleber verwendet werden können.
Diese Kleber, oft als entfernbare oder Wechselkleber bezeichnet,
können
80% der zeit einsparen, die man normalerweise zum Entfernen der
Grafikfilme braucht. Damit lassen sich ferner die Gesamtkosten angebrachter
und entfernter aufgetragener Filme um bis zu 60% senken.
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Mit diesen wesentlichen Arbeitseinsparungen
unter Verwendung der Vorrichtung und des Verfahrens der Erfindung
kann eine Firma ein Gesamtprodukt aus Filmprodukten sowie der Anbringung/Entfernung
zu einem Preis bieten, der erheblich unter derzeit angebotenen liegt,
wo der Hersteller der Filme und die Firma, die die Filme anbringt,
Unternehmen sind, die nichts miteinander zu tun haben.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung
ist, daß große Filmbahnen
auf Oberflächen
mit hoher Produktivität
im Hinblick auf Geschwindigkeit und Laminiersicherheit laminiert
werden können.
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Als weiterer Vorteil der Erfindung
gilt, daß die Vorrichtungen
und Verfahren sowohl auf Lkw mit textilen Seitenflächen als
auch mit metallischen Seitenflächen
wirksam sind, was eine Technik für
eine Firma vielseitig anwendbar macht, die Grafikfilme anbringt.
Textil und Metall können
sich beide unter dem Teilvakuum durchbiegen, das durch den Laminator der
Erfindung ausgeübt
wird, was die Gleichmäßigkeit
des Laminierdrucks verbessert.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung
ist, daß der Laminator
für eine
nahezu 100%ige Kontaktfläche des
Klebers an der Oberfläche
des Substrats sorgen kann, während
beim herkömmlichen
Quetschwalzeneinsatz nur etwa 80% Kontakt erreicht werden können. Beim
Gebrauch eines Teilvakuums wird die Kraft eines Fluids genutzt,
um gleichen Druck an jedem Berührungspunkt
des Films mit der Oberfläche
auszuüben,
was extrem schwer, wenn nicht sogar überhaupt nicht zu erreichen
ist, wenn man Druck mit einem solchen Gerät wie einer Quetschwalze ausübt. Noch
klarer wird der Vorteil bei Oberflächen, die mit Unregelmäßigkeiten
und/oder zusammengesetzten Kurven gefüllt sind.
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In seiner Verwendung im Zusammenhang mit
der Erfindung dient der Terminus "Vakuum" zur Beschreibung von Unterdruck im
Vergleich zu Umgebungsdruck. Damit ist nicht gefordert, daß ein absolutes
oder ein Vakuum mit extremem Unterdruck erzeugt und beibehalten
wird, obwohl es in einigen Fällen
möglich
und/oder erwünscht
sein kann, große
Unterdrücke
in Verbindung mit der Erfindung zu erzielen.
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Im folgenden werden weitere Merkmale
und Vorteile anhand der beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Vorderansicht einer Laminiervorrichtung der Erfindung.
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2 ist
eine schematische Querschnittansicht der Vorrichtung von 1 entlang Linien 2-2 in 1.
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3 ist
eine schematische Seitenansicht einer Verwendung einer Laminiervorrichtung
der Erfindung.
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4 ist
eine schematische Seitenansicht einer weiteren Verwendung einer
Laminiervorrichtung der Erfindung.
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5 ist
eine schematische Seitenansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Laminiervorrichtung.
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6 ist
eine schematische Seitenansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Laminiervorrichtung.
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Veranschaulichende Ausführungsformen
der Erfindung
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1 und 2 zeigen eine Laminiervorrichtung 10 mit
einem Rahmen 11. Mindestens ein Ende des Rahmens 11 weist
einen Vakuumanschluß 13 auf, der
in Fluidverbindung mit einem Vakuumhohlraum A steht, der zwischen
Walzen 12, 14 und 16 gebildet ist. Die
kombinierten Walzen 12, 14 und 16 grenzen
den Vakuumhohlraum A ab und sorgen für Laminierdruck auf einen Film.
Vorzugsweise sind die Walzen 12, 14 und 16 kreisförmig und
drehen um Längsachsen,
die sich durch ihre Mitten erstrecken. Die Längsachsen der Walzen sind allgemein
parallel zueinander.
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Ferner kann die Laminiervorrichtung 10 eine Vakuum-
oder Unterdruckquelle 20 aufweisen, die ein Teilvakuum
(Unterdruck) im Vakuumhohlraum A erzeugt. Dieses Vakuum zieht die
Außenwalzen 14 und 16 an
einen Film 22 und ein Substrat 24, um den erwünschten
Laminierdruck auszuüben.
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Das Substrat 24, auf dem
die Außenwalzen 14 und 16 angeordnet
sind, kann flach sein, oder es kann gewölbt sein, z. B. wie eine Rolle.
Ferner kann das Substrat 24 ein weiterer Film sein, der
auf einer flachen oder gewölbten
Oberfläche
liegt und auf den der Film 22 zu laminieren ist. In anderen
Anwendungen kann das Substrat flexibel sein, aber unter Zugspannung
stehen, z. B. eine textile Oberfläche, die an einem Lkw-Anhänger zum
Einsatz kommt.
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Obwohl die hier gezeigten veranschaulichenden
Ausführungsformen
auf abdichtenden Walzen beruhen, könnten die in der Laminiervorrichtung der
Erfindung verwendeten Dichtungsmechanismen alternativ durch mehrere
Walzen oder eine harte Schale mit Vakuumdichtungen an den Außenwalzen 14 und 16 ersetzt
sein.
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Gemäß 3 kann der Film 22 z. B. eine
Beschichtung aus einem Haft- oder druckaktivierten Kleber 26 aufweisen,
der durch eine Trennlage 28 geschützt ist. Die Laminiervorrichtung 10 stellt
eine große
Unterstützung
beim Laminieren z. B. von haftkleberbeschichteten Filmen auf solche
Oberflächen wie
Lkw-Seiten, Beschilderungen usw. dar. Wie später diskutiert wird, stellt
die Erfindung auch vakuumunterstützte
Laminiervorrichtungen und Verfahren bereit, die dazu verwendet werden
können,
zwei Bahnen oder Filme in Verfahren mit kontinuierlichen Bahnen
aufeinander zu laminieren.
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Die Außenwalzen 14 und 16 des
Laminators 10 sind vorgesehen, um an einer Substratoberfläche 24 abzudichten
und für
den gewünschten
Laminierdruck entlang diesen Spaltpunkten zu sorgen. Eine der Außenwalzen 14 und 16 kann
härter
oder weniger formanpassungsfähig
als die andere sein, um das Laminieren zu verbessern. Ein oder beide
Spalte, die zwischen den Außenwalzen 14 und 16 gebildet
sind, können
auch einen Film 22 aufweisen, der auf die Substratoberfläche 24 laminiert
wird. Die Dichtungswalze 12 ist vorgesehen, um den Vakuumhohlraum A zwischen
den Außenwalzen 14 und 16 abzugrenzen
und abzudichten. Die Dichtungswalze 12 kann auch einen
Spaltpunkt bilden, an dem eine Trennlage oder andere Schicht vom
Film abgezogen werden kann, bevor er auf die Substratoberfläche 24 laminiert
wird.
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Erwünscht kann sein, daß mindestens
ein Abschnitt der Dichtungswalze 12 durchsichtig ist, so daß der Vakuumhohlraum A beim
Laminieren visuell überwacht
werden kann. In einigen Fällen
kann sich der durchsichtige Abschnitt über die Länge der Walze 12 erstrecken,
und in anderen Fällen
ist möglicherweise
nur ein Abschnitt der Länge
durchsichtig.
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Gemäß 2 erzeugt die Kraft von Unterdruck aus
der Quelle 20 (siehe 1)
ein Teilvakuum im Vakuumhohlraum A zwischen den Walzen 12, 14 und 16 sowie
dem Substrat 24. Unter dem atmosphärischen liegender Druck im
Vakuumhohlraum A verglichen mit Umgebungsdruck außerhalb
des Vakuumhohlraums A zieht dann die Walzen 12, 14 und 16 sowie
die Oberfläche 24 zusammen,
was Druck an der Oberfläche
der Walzen 14 und 16 erzeugt, die mit der Substratoberfläche an Berührungsgrenzflächen B und C in
Kontakt stehen.
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Der über die Länge der Walzen verteilte Druck
ist mindestens teilweise abhängig
von (1) dem Abstand zwischen den Grenzflächen B und C multipliziert
mit der Länge
18 des Lami nators, (2) den Unterdrücken, die im Vakuumhohlraum
A erhalten werden können.
Zum Beispiel kann der Laminierdruck an den Grenzflächen B und C etwa
175 Newton/m (1 lb/Inch) oder mehr, stärker bevorzugt etwa 250 Newton/m
oder mehr betragen. In einigen Fällen
kann erwünscht
sein, Drücke
von etwa 1000 Newton/m oder mehr, stärker erwünscht etwa 2000 Newton/m oder mehr
und noch stärker
erwünscht
etwa 3000 Newton/m oder mehr zu erreichen.
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Die Druckobergrenze hängt von
vielfältigen Faktoren
ab, z. B. der Festigkeit der in der Laminiervorrichtung 10 verwendeten
Komponenten, den Leistungsfähigkeiten
der Vakuumquelle, der Festigkeit der Oberfläche 24, auf die Filme
laminiert werden usw. In einigen Fällen kann erwünscht sein,
ein oder mehrere Druckentlastungsgeräte vorzusehen, um Überdrücke abzubauen,
bevor die Laminierkraft zu groß wird.
Möglich
sind Drücke über 4500
Newton/m mit 30 cm Walzenabstand und nur 30% Luftevakuierung im
Vakuumhohlraum.
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Ein Satz Walzen 12, 14 und 16,
die jeweils 137 cm (etwa 54 Inch) lang sind, mit einem Abstand von
20,3 cm (8 Inch) zwischen den Grenzflächen B und C und einer Standard-Werkstattvakuumquelle als
Quelle 20, die 27,4 kPa erzeugt, könnte 3818 Newton pro Walze
oder 2,783 Newton/m (858 lbs./Walze oder 15,89 lbs/laufender Inch/Walze)
Kraft auf jede der beiden Walzen 14 und 16 an
jeder der Grenzflächen B und C erzeugen.
Mit herkömmlichen Rahmen
und Anordnungssystemen wäre
es sehr schwierig, so viel Druck auf die Walzen auszuüben, ohne
die Walzen oder die Substratoberfläche durchzubiegen. Ein solcher
Rahmen wäre
auch massiv, sehr schwer und vom Fachmann sehr schwierig zu handhaben,
besonders an einer senkrechten Oberfläche.
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Optional, aber bevorzugt, zeigt 1 formanpassungsfähige Dichtungen 30 und 32 am
Rahmen 11, um zur Unterdruckbildung im Vakuumhohlraum A
in den beiden orthogonalen Richtungen zu den Grenzflächen B und C beizutragen.
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Da Vakuum dazu dient, die Laminierkräfte zuzuführen, und
der Unterdruck im wesentlichen gleichmäßig über die Oberflächen der
Walzen 12, 14 und 16 verteilt ist, sind
relativ geringfügige
Walzenstrukturen für
die Walzen 12, 14 und 16 er forderlich. In
vielen Fällen
können
die Walzenstrukturen Hohlkerne aufweisen. Diese leichtgewichtigen
Strukturen können
mit den massiven Metallwalzen verglichen werden, die ansonsten zum Überdrucklaminieren
mit Walzen erforderlich wären,
um unerwünschte
Walzendurchbiegung nahe der Mitte der Walzen zu verhindern. In einigen
Fällen
können
die in der Laminiervorrichtung der Erfindung verwendeten Walzen
weniger als ein Zehntel der herkömmlichen
metallischen Walzen wiegen, die zur Ausübung über 3800 Newton Kraft mit einem
Gerät ähnlicher
Länge notwendig sind.
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Die in den Vorrichtungen und Verfahren
der Erfindung verwendeten Walzen können vorzugsweise Außenflächen aufweisen,
die weich genug sind, um sich der Form der Substratoberfläche anzupassen.
Der Gebrauch formanpassungsfähiger
Walzen kann die Abdichtung an den Spaltpunkten zwischen den Walzen
verbessern, was zur Erzeugung und Wahrung erwünschter Unterdruckwerte im
Vakuumhohlraum beitragen kann. Außerdem kann das Formanpassungsvermögen nützlich sein,
den Kontakt zwischen den Walzen und laminierten Filmen zu verbessern,
wenn man auf Unregelmäßigkeiten
oder zusammengesetzte Wölbungen
auf der Oberfläche trifft.
Enthält
also die Substratoberfläche
erhöhte
oder tiefere Bereiche, z. B. Nieten oder Einbeulungen, sind weiche
Walzen erwünscht,
um zu gewährleisten, daß sich der
Film vollständig
an die Substratoberfläche
anpaßt.
Eine Weichgummiwalze mit einem hohen Reibungskoeffizient gegenüber dem
druckempfindlichen Film arbeitet sehr gut auf genieteten Oberflächen. Eine
weitere mögliche
Walzenzusammensetzung ist Schaumgummi. Ferner wurde festgestellt, daß ein inniger
Kontakt des Films mit der Walze an der Auftragsgrenzfläche mit
dem Substrat dazu beiträgt,
Faltenbildung beim Auftragen über
Nieten und auf unregelmäßigen Oberflächen zu
verhindern. Ein hoher Umwicklungsgrad hilft auch beim Abstützen des
Films.
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Für
Unregelmäßigkeiten
enthaltende Oberflächen
ist derzeit eine Weichgummiwalze mit einer Härte auf der Shore-Skala von
etwa Shore 00 10 bis etwa Shore A 60 bevorzugt,
stärker
bevorzugt von etwa Shore 00 30 bis etwa Shore A 30.
Enthält
das Substrat keine Unregelmäßigkeiten,
können
härtere Walzen oberflächen (z.
B. metallische Oberflächen) verwendet
werden und können
potentiell höhere
Drücke
verglichen mit weicheren Walzen entwickeln.
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Die Durchmesser der Walzen
12,
14 und
16 können je
nach einer Anzahl von Faktoren variieren, z. B. den gewünschten
Laminierdrücken,
der Länge der
Walzen usw. Erwünscht
kann sein, daß die
Relativdurchmesser der Walzen bestimmte Beziehungen haben. Zum Beispiel
kann erwünscht
sein, daß die Außenwalzen
14 und
16 im
wesentlichen gleiche Durchmesser haben. Ferner kann erwünscht sein, daß die zwischen
beiden Außenwalzen
14 und
16 liegende
Dichtungswalze
12 einen größeren Durchmesser als die Außenwalzen
14 und
16 hat,
um den Abstand zwischen den Außenwalzen
14 und
16 zu erhöhen, ohne
alle Walzen zu vergrößern. In
einigen Fällen
kann der Abstand (
D) zwischen den Mitten der Außenwalzen
14 und
16 durch
die folgende Gleichung bestimmt werden:
wobei
A der
Durchmesser jeder der Außenwalzen
14 und
16 ist
(die identisch sind) und
B der Durchmesser der Dichtungswalze
12 ist,
um das Biegen der Walzen zu reduzieren oder zu verhindern, wenn
ein Vakuum im Vakuumhohlraum A erzeugt ist.
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In einigen Fällen, z. B. beim Auftragen
von Polymerfilmen, die Grafikbilder tragen, z. B. auf Lkw-Anhänger, können die
Walzen 14 und 16 Durchmesser im Bereich von etwa
4 cm bis etwa 23 cm, vorzugsweise von etwa 5 cm bis etwa 13 cm haben.
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Erwünscht kann sein, daß Größe und Aufbau der
Walzen 12, 14 und 16 so sind, daß sich beim
Laminieren die Außenwalzen 14 und 16 durchbiegen oder
nach innen aufeinander zu biegen. Alternativ kann erwünscht sein,
daß sich
nur die Außenwalze oder
-walzen, um die ein Film gewickelt ist, nach innen durchbiegen oder
verbiegen. Ein solches Durchbiegen kann dazu beitragen, Falten im
Laminierverfahren zu verringern, indem der Film von der Mitte der
durchgebogenen Walzen tatsächlich
nach außen gespreizt
wird. Steuern läßt sich
die Durchbiegung durch Variieren der Zugspannung auf den Film oder die
Filme, der oder die um die abgelenkte Walze oder Walzen gewickelt
ist (sind). Außerdem
kann die Durchbiegung durch Variieren des Unterdrucks im Vakuumhohlraum A,
Variieren der Walzengrö ße oder Variieren
des Abstands zwischen den Außenwalzen 14 und 16 gesteuert
werden. In einigen Fällen
kann auch erwünscht
sein, flexible Walzen zum Laminieren von Filmen auf gewölbte Oberflächen zu
verwenden.
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Der Applikator 10 kann auf
waagerechten oder senkrechten Schienen oder jeder anderen geeigneten
Struktur für
breite Bahnen (größer als
etwa 60 cm) angeordnet sein oder kann mit der Hand gehalten werden
oder an einem Handstab für
schmale Bahnen (unter etwa 30 cm) angeordnet sein. Daher kann die
Breite des Applikators 10 je nach den Bedürfnissen
des Fachmanns abgewandelt sein, und er kann zum Auftragen von Filmen
verwendet werden, die von Tapete bis zu Grafikmarkierungsfilmen
reichen, die von Minnesota Mining and Manufacturing Company (3M),
St. Paul, MN, USA unter den Marken ControltacTM-und ScotchcalTM-Filmen vertrieben werden.
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3 zeigt
einen Gebrauch des Laminators 10 der Erfindung. Ein Laminat
aus Film 22, Kleber 26 und Trennlage 28 (als
Schutz des Klebers 26) wird zwischen der Dichtungswalze 12 und
der Walze 16 durchgeführt
und zwischen der Walze 12 und Walze 16 getrennt,
wobei die Trennlage 28 dem Umfang der Walze 12 zur
Walze 14 folgt und der kleberbeschichtete Film 22 dem
Umfang der Walze 16 zu einem als Grenzfläche X angegebenen
Berührungspunkt
mit dem Substrat 24 im Vakuumhohlraum A folgt.
Im Vakuumhohlraum A drückt
die Außenwalze 16 den
Kleber 26 auf dem Film 22 an das Substrat 24 an
der Grenzfläche X,
während
die Walzen 14 und 16 entgegen dem Uhrzeigersinn
drehen und die Dichtungswalze 12 im Uhrzeigersinn dreht
(was mit entsprechenden Pfeilen dargestellt ist) und sich die Grenzfläche X in
Bewegungsrichtung M vorwärts bewegt.
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4 zeigt
ein weiteres Durchführen
des Film/Trennlagen-Laminats, wobei der Film 22, der Kleber 26 und
die Trennlage 28 in den Laminator 10 zwischen
der Walze 12 und Walze 16 aus der Richtung eintreten,
in die sich der Applikator 10 bewegt (Bewegung M).
Dadurch berührt
das Laminat aus Film 22 und Trennlage 28 den Umfang
der Dichtungswalze 12, aber der Delaminierungspunkt tritt
an einem Punkt Y zwischen der Walze 12 und Walze 14 auf,
wobei die Trennlage 28 in die gleiche Richtung wie die
Bewegung M zurückläuft. In
dieser Ausführungsform
berührt
der Film 22 das Substrat 24 außerhalb des Vakuumhohlraums A,
wird aber an das Substrat 24 durch die Außenwalze 14 an
einer Grenzfläche Z gedrückt, sobald
die Bewegung M bewirkt, daß der Film 22 in den
Vakuumhohlraum A eintritt. Außerdem übt die Außenwalze 16 eine Laminierkraft
auf den Film 22 und das Substrat 24 aus.
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Um das Laminieren zu verbessern,
könnten eine
oder beide Außenwalzen 14 und 16 auch
erwärmt
sein. Gemäß 5 kann in einer weiteren
Alternative ein Heizgerät
außerhalb
des Laminators 110 positioniert sein, um einen Film zu
erwärmen,
bevor er in den Vakuumhohlraum A' eintritt, oder gemäß 5 kann ein Heizgerät 140 im
Vakuumhohlraum A' angeordnet
sein, um den Film 122 zu erwärmen. Das Heizgerät 140 kann
ein Hitzeschild aufweisen, um die Richtung, in der sich Wärmeenergie
bewegt, mindestens teilweise zu steuern. Zu Beispielen für geeignete
Heizgeräte
gehören
u. a., aber nicht nur, Infrarotheizungen, Widerstandsheizungen,
Kohlefäden,
Quarzstrahler usw. Bei Wärmeausübung, während sich
der Film außerhalb
des Vakuumhohlraums befindet, z. B. vor Eintritt in die Vakuumkammer
oder nach Austritt aus ihr, kann Heißluft verwendet werden.
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Die Laminatoren der Erfindung könnten auf einem
Anordnungsrahmen fahren oder anderweitig über die Oberfläche des
Substrats transportiert werden. Außerdem wird die Substratoberfläche zu den Walzen
gezogen, so daß jeder
ungleichmäßige oder flexible
Film mit dem Applikator der Erfindung leichter zu verwenden ist
als mit einem Drucksystem.
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Brauchbarkeit
der Erfindung
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Erfindungsgemäß hergestellte Laminatoren ermöglichen
dem Fachmann, Film 22 bei subatmosphärischem Druck (3) oder atmosphärischem Druck (4) mit vakuumunterstützten Laminierdrücken aufzutragen,
um den Film 22 schnell und sicher an das Substrat 24 zu
kleben, auch wenn ein solches Substrat 24 Oberflächenabweichungen,
zusammensetzte Wölbungen
oder Unregelmäßigkeiten
verglichen mit einer flachen Oberfläche hat. Das Substrat kann
senkrecht oder waagerecht ausgerichtet sein. Die Vorrichtung kann
in jeder gewünschten
Richtung verfahren, z. B. waagerecht, senkrecht usw. Alternativ
kann die Vorrichtung ortsfest bleiben, während sich das Substrat bewegt.
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Weiterhin beruhen die erreichbaren
Laminierdrücke
nicht auf den Kräften,
die zum Bewegen des Laminators in eine Position an einer Oberfläche aufgewendet
werden. Beispielsweise kann die Laminiervorrichtung an einer Ausziehstange
z. B. über dem
Kopf eines Bedieners gehalten werden. Nachdem ein Vakuum im Vakuumhohlraum
erzeugt ist, kann der Laminator die gewünschten Laminierkräfte unabhängig von
den Kräften
zuführen,
die der Bediener z. B. auf den Außenrahmen des Geräts ausübt. In einem
weiteren Beispiel kann die Laminiervorrichtung an Seilen, Kabeln
oder anderen Strukturen aufgehängt
sein, die sich über
einem Substrat in ihre Position bewegen. Danach kann die Aktivierung
der Vakuumquelle den Laminator an das Substrat ziehen, um für die gewünschten
Laminierdrücke
zu sorgen.
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Jeder kleberbeschichtete Film kann
aus dem Applikator der Erfindung Nutzen ziehen, z. B, können wärmeaktivierte
Kleber in Verbindung mit Wärme
verwendet werden. Zu nicht einschränkenden Beispielen für solche
Filme gehört
jeder Film, der derzeit von Minnesota Mining and Manufacturing Company
(3M), St. Paul, MN, USA unter den Marken ScotchcalTM, ControltacTM vertrieben wird, u. ä.
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Festgestellt wurde, daß ein kleberbeschichteter
Film, d. h. Film ControltacTM 180,
unter Verwendung des Applikators der Erfindung erfolgreich verklebt
werden kann. Außerdem
wurde festgestellt, daß sich
bis 80% der Zeit einsparen lassen, die normalerweise zum Ankleben
eines typischen Grafikmarkierungsfilms erforderlich ist, was die
Gesamtverklebekosten eines solchen Films um bis zu 40% reduziert.
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Mit dem Applikator und den Verfahren
der Erfindung läßt sich
ein völlig
neues Geschäftsverfahren schaffen.
Zum Geschäftsverfahren
gehört
ein Vertragsabschluß mit
einem Besitzer eines Bilds, um dieses Bild auf einen Grafikmarkierungsfilm
zu bringen, wobei der Hersteller des Grafikmarkierungsfilms das
Bild aufdruckt und den Bildgrafikfilm mit dem Applikator und dem
Verfahren der Erfindung auf ein Substrat aufbringt. Alternativ kann
der Filmhersteller die Verwendung des Applikators und des Verfahrens weitervergeben,
damit ein oder mehrere entfernte Zulieferer den oder die Grafikfilme
auf das oder die Substrate zur weiteren Verteilung oder Nutzung
auftragen. Vorzugsweise wird das Bild an mehrere entfernte Standorte
verteilt und aufgedruckt sowie mit den gleichen Techniken an allen
Standorten aufgetragen, die alle von den Arbeitseinsparungen profitieren,
welche die Applikatoren und Verfahren der Erfindung bieten.
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Der vakuumunterstützte Applikator der Erfindung
kann auch zur "Endbearbeitung" eines druckempfindlichen
Films dienen, der an einer Oberfläche leicht haftet, wobei er
in diesem Fall nicht zwischen den Walzen durchlaufen würde, sondern
die Walzen nur hohen Druck ausüben
würden.
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Noch eine weitere Laminiervorrichtung
und ein weiteres Verfahren gemäß der Erfindung
sind in 6 veranschaulicht.
Diese Vorrichtung 210 kann von besonderem Nutzen in Verfahren
mit kontinuierlichen Bahnen zum Aufeinanderlaminieren zweier oder
mehrerer kontinuierlicher Bahnen sein. Unter "kontinuierlich" versteht man, daß die laminierten Bahnen eine
Länge haben,
die wesentlich länger
als der Abstand zwischen den äußersten
Walzen ist, die zum Zuführen
des Laminierdrucks verwendet werden.
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Mit den Termini "oben" und "unten" und ihren flektierten
Formen wird die Vorrichtung 210 nur zur Bezugnahme beschrieben.
Verständlich
sollte sein, daß die
Vorrichtung 210 in jeder gewünschten Orientierung nützlich sein
kann und daß die
Termini, die zur Beschreibung der Relativpositionen für die Komponenten
dienen, nicht als Einschränkung
aufgefaßt werden
sollten.
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Gemäß 6 weist die Vorrichtung 210 obere
Außenwalzen 214 und 216 und
eine obere Dichtungswalze 212 in einer Orientierung zueinander
auf, die den Walzen 12, 14 und 16 in
der zuvor beschriebenen Vorrichtung 10 ähnelt. Außerdem weist die Vorrichtung 210 untere
Außenwalzen 314 und 316 sowie
eine untere Dichtungswalze 312 auf. Vorzugsweise sind sämtliche
Walzen allgemein parallel zueinander orientiert. Die Außenwalzen 214 und 314 bilden
einen ersten Spalt zwischen sich, und die Außenwalzen 216 und 316 bilden
einen zweiten Spalt. Die durch die jeweiligen Außenwalzenpaare gebildeten Spalte
sind beabstandet. Zusammen grenzen die Walzen in Kombination einen
Vakuumhohlraum A'' ab, in dem
ein Unterdruck aufrechterhalten werden kann.
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Druck an den durch die Außenwalzen
gebildeten Spalten kann auch durch Einhausen der Walzen in einer
Druckkammer 260 ausgeübt
werden, wobei jede der Bahnen durch abgedichtete Öffnungen
in die Kammer eintritt oder vollständig in der Einhausung enthalten
ist. In dieser Ausführungsform
kann der Hohlraum A'' auf atmosphärischem
Druck gehalten werden, oder er kann immer noch evakuiert sein, um
den Spaltdruck weiter zu erhöhen.
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Vorzugsweise sind die oberen Außenwalzen 214 und 216 getrennt
von den unteren Außenwalzen 314 und 316 angeordnet,
so daß beim
Erzeugen eines Unterdrucks im Vakuumhohlraum A'' die oberen Außenwalzen 214 und 216 an
ihre jeweiligen unteren Außenwalzen 314 und 316 gezogen
werden, was für den
erwünschten
Laminierdruck an den Spalten zwischen den Außenwalzenpaaren sorgt. Die
Vorrichtung 210 kann dann variierende Laminierdrücke vorsehen,
die an den Spalten zwischen den oberen und unteren Walzen je nach
Grad der Unterdrücke
im Vakuumhohlraum A'' entwickelt
werden.
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6 veranschaulicht
ein Verfahren, in dem sich eine kontinuierliche Basisbahn 250 durch
die Vorrichtung 210 bewegt, während eine obere kontinuierliche
Bahn 224 und eine untere kontinuierliche Bahn 324 auf
gegenüberliegende
Seiten der Basisbahn 250 laminiert werden. Außerdem zeigt 6 Trennlagen 228 und 328,
die von den Bahnen 224 bzw. 324 entfernt werden. Das Laminieren
dreier Bahnen ist nur zur Veranschaulichung dargestellt. Verständlich wird
sein, daß die
Vorrichtung alternativ verwendet werden kann, um nur zwei der drei
Bahnen aufeinander zu laminieren, oder sie dazu dienen kann, um
noch mehr als drei Bahnen aufeinander zu laminieren. Zusätzliche
Laminierungen, die keine Trennlagenentfernung erfordern, können an, über und
unter der eintretenden Bahn 250 zwischen den Walzen 216 und 316 erfolgen.
Ferner läßt sich
die Vorrichtung 210 zur Durchführung eines Verfahrens auf
Druckbasis an nur einer Bahn verwenden, z. B. zum Prägen ei ner
Bahn mit einem erwünschten
Muster unter Verwendung einer der Außenwalzen. Wärme kann
ebenfalls über
eine oder mehrere der Walzen oder indirekt mit Heißluft, Infrarotstrahlung
usw. eingeleitet werden.
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Die vorstehenden spezifischen Ausführungsformen
veranschaulichen die Praxis der Erfindung. Die Erfindung kann auch
bei Fehlen eines Elements oder einer Position, die nicht spezifisch
in diesem Dokument beschrieben sind, auf geeignete Weise praktisch
umgesetzt werden.
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Dem Fachmann werden verschiedene
Abwandlungen und Abänderungen
der Erfindung deutlich sein, ohne vom Schutzumfang der Erfindung
abzuweichen, und es sollte verständlich
sein, daß die Erfindung
nicht auf die hier zur Veranschaulichung dargestellten Ausführungsformen
zu beschränken ist,
sondern daß sie
durch die in den Ansprüchen
dargelegten Einschränkungen
bestimmt ist.