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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Verbundprodukten,
wobei mehrere Elemente verbunden werden, indem sie miteinander verklebt
werden. Insbesondere betrifft sie den mechanischen Auftrag von Klebstoff
in einer derartigen Herstellung.
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Hintergrund der Erfindung
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Für die Herstellung
von Produkten, die mehrere Elemente aufweisen, welche durch Verkleben
verbunden werden, werden manchmal große Mengen an Klebstoff auf
große
Oberflächen
aufgetragen. In Fällen,
in denen mehrere Elemente, die derartig große Oberflächen aufweisen, nacheinander
verbunden werden sollen, können
erhebliche Wartezeiten auftreten, bevor die Anordnung von Elementen
schließlich
z.B. in einer Presse bearbeitet werden kann, in welcher das Härten des
Klebstoffs stattfindet. In solchen Fällen, zum Beispiel in der Herstellung
von Schichtholz, muß das
erste Element, auf das Klebstoff aufgetragen wurde, länger als
das letzte Element warten. Die Menge an Klebstoff, die auf jedes
Element aufgetragen wird, wird auf der Basis der Wartezeit für das Element
mit der längsten
Wartezeit berechnet. Dies führt
zu einer Verschwendung von Klebstoff und daher zu einem wirtschaftlichen
Nachteil.
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Weithin
verwendete Klebstoffe sind z.B. PRF (Phenol-Resorcinol-Formaldehyd, Zwei-Komponenten-Kleber),
MUF (Melamin-Harnstoff-Formaldehyd; Zwei-Komponenten-Kleber), PUR
(Polyurethan; Ein-Komponenten-Kleber). Im Fall von zwei Komponenten
kann jede Komponente getrennt aufgetragen werden, oder sie können vor
dem Auftrag vermischt werden.
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Ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Verbundprodukten,
wie in der Präambel
der unabhängigen Patentansprüche definiert,
sind auf dem Fachgebiet allgemein bekannt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Somit
strebt die vorliegende Erfindung danach, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Verfügung
zu stellen, welche die Gesamtmenge an Klebstoff verringern, die
in der Herstellung von Verbundstrukturen verwendet wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist in Anspruch 1 definiert.
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Durch
Steuern der Menge von mindestens einer Komponente eines aufgetragenen
Klebstoffs im Verhältnis
zu der Wartezeit, bevor ein verklebtes Objekt einer abschließenden Kompressionsbehandlung
in einer Presse unterzogen wird, wird eine Verringerung des Klebstoffverbrauchs
erreicht.
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Bevorzugt
ist die Klebstoffmenge auch an andere Faktoren, wie etwa den Feuchtigkeitsgehalt
in dem zu verklebenden Material und in der umgebenden Atmosphäre, die
Härte des
Materials, die Porosität,
etc., angepaßt.
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Eine
Anzahl verschiedener Materialien, z.B. Metalle, Polymere, Keramiken,
Holz, kann verarbeitet werden. In bevorzugten Ausführungsformen
ist das mit dem Verfahren der Erfindung verarbeitete Material Holz.
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Eine
Vorrichtung zur Herstellung von Verbundprodukten unter Verwendung
einer optimalen Klebstoffmenge ist in Anspruch 14 definiert, und
eine Vorrichtung für
den gesteuerten Klebstoffauftrag ist in Anspruch 17 definiert.
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Kurze
Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
schematisch eine Fertigungsstation für die Herstellung von verklebten
Strukturen;
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2a zeigt
eine Pressenart;
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2b zeigt
ein Beispiel für
das erfindungsgemäße Klebstoffauftragungsprofil
für die
Presse von 2a;
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3a zeigt
eine andere Pressenart;
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3b zeigt
ein Beispiel für
das erfindungsgemäße Klebstoffauftragungsprofil
für die
Presse von 3a;
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4a zeigt
eine dritte Pressenart;
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4b zeigt
ein Beispiel für
das erfindungsgemäße Klebstoffauftragungsprofil
für die
Presse von 4a; und
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5a ist
ein Flußdiagramm
einer Ausführungsform
des Steuerungsverfahrens.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Eine
erste Ausführungsform
der Erfindung wird nun unter Bezug auf die Herstellung eines Schichtbalkens
beschrieben, welcher aus einem Stapel einzelner Schichten besteht,
die verklebt und zusammengepreßt sind,
um den Balken zu bilden, und für
diesen Zweck ist in 1 eine schematische Abbildung
einer Fertigungsstation gezeigt. Das Prinzip ist jedoch für alle Arten
von Produkten verwendbar, die miteinander verklebt werden und zum
Zwecke der Klebstoffhärtung
Druck ausgesetzt werden.
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Die
Fertigungsstation weist eine Zuführungseinheit 2 für einzelne
Schichten 4 auf. Die Zuführungseinheit kann jede Art
von Transportvorrichtung sein, die fähig ist, zu einem Zeitpunkt
eine Schicht auf einem Förderband 6 oder
etwas ähnlichem,
das zum Zuführen
der Schichten in den Verarbeitungsabschnitt der Fertigungsstation
verwendet wird, zu positionieren. Die Zuführungseinheit könnte sogar
eine Bedienperson sein, die jede einzelne Schicht manuell auf dem
Förderer
anordnet.
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Der
Verarbeitungsabschnitt weist in der gezeigten Ausführungsform
fünf Einheiten
auf: eine Hobelvorrichtung 8; eine Klebstoffauftragungsvorrichtung 10;
eine Stapeleinheit 12, in der ein „Vorgängerbalken" 14 angeordnet wird; eine Steuerungseinheit 15 (z.B.
ein PC oder eine andere Mikroprozessorvorrichtung) und ein Bedienpult;
und eine Presse 17.
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Die
Steuerungseinheit 15 wird entweder von einer Bedienperson
oder in digitaler Form von einem Zentralrechner oder durch Daten
auf Disketten, etc. mit Daten für
das bestimmte herzustellende Produkt versorgt. Einzelheiten des
Steuerungsprogramms werden weiter unten angegeben.
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Das
Verfahren ist somit das folgende: eine erste Schicht 4 wird
auf dem Förderer
oder der Zuführungsvorrichtung 6 angeordnet,
in die Hobelvorrichtung 8 zugeführt, wo die Oberfläche der
Schicht geeignet maschinell bearbeitet wird. Diese Einheit weist
Führungswalzen
und Maschinenbearbeitungswerkzeuge auf, und kann daher auch zur
Steuerung der Geschwindigkeit der Schicht durch die Station verwendet
werden. Auf die Hobelvorrichtung kann jedoch verzichtet werden,
wenn das Rohmaterial eine hohe Qualität hat und keine Behandlung
benötigt
und wenn die Geschwindigkeit der Schichten durch den Förderer 6 oder
die Klebstoffauftragungsvorrichtung 10 gesteuert werden
kann.
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Nachdem
die Oberfläche
der Schicht (wahlweise) maschinell bearbeitet wurde, wird die Schicht 4 durch
die Klebstoffauftragungsvorrichtung 10 zugeführt. Die
auf die Schicht aufgetragene Klebstoffmenge wird auf eine weiter
unten zu beschreibende Weise gesteuert und ändert sich entsprechend dem
Steuerungsprogramm, das für
jede einzelne Produktart und die in dem Werk vorherrschenden Umweltbedingungen
angepaßt ist,
automatisch von Schicht zu Schicht.
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Nachdem
die richtige Klebstoffmenge bereitgestellt wurde, wird die Schicht 4 nach
Verlassen der Klebstoffauftragungsvorrichtung 10 von einem
zweiten Förderer 16 zu
einer Haltestelle 18 vorwärts bewegt. Dann werden die
Schichten von dem Förderer 16 zu
der Seite bewegt, wo sie aufeinander angeordnet werden, bis die
gewünschte
Anzahl von Schichten in einem Stoß oder Stapel angeordnet wurden.
Die Anordnung wird dann zu einer Presse transportiert, wo der Stoß einem
geeigneten Druck, und wenn erforderlich, für eine ausreichende Zeitdauer
Hitze ausgesetzt wird, um den Klebstoff zu härten. Dieser Teil des Verfahrens
bildet keinen Teil der Erfindung an sich und ist Allgemeinwissen
für Fachleute
und wird daher nicht weiter im Detail beschrieben.
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Bevorzugt
ist ein Sensor 20 vorgesehen, um die Anzahl der Schichten,
welche die Klebstoffauftragungsvorrichtung durchlaufen, zu zählen, oder
um die Anzahl der linearen Meter, die durch die Station zugeführt wurden,
zu messen.
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Die
Daten von dem Sensor werden der Steuerungseinheit 15 zugeführt.
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Es
gibt mehrere mögliche
Arten von Pressen für
die Herstellung von Schichtprodukten.
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Ein
erstes Beispiel ist in 2a gezeigt. Es ist eine Vollängenpresse,
d.h. sie übt
einen Druck über
die gesamte Anordnung aus verklebten Schichten zu ein und derselben
Zeit aus, und auf diese Weise werden alle Teile gleichzeitig gepreßt, und
daher verursacht der Preßarbeitsgang
selbst keine zusätzlichen
Wartezeiten, die bei der Klebstoffauftragung berücksichtigt werden müssen.
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Im
Gegensatz dazu preßt
die in 3a gezeigte Presse, die eine
Abschnittspresse ist, in einem ersten Preßarbeitsgang nur einen Teil
der Anordnung und macht dann entlang der Länge der Anordnung in mehreren Arbeitsgängen, die
sich überlappen
können
oder nicht, weiter. In diesem Fall muß der letzte zu pressende Abschnitt
offensichtlich eine zusätzliche
Zeit warten, und auf diese Weise wird die Klebstoffmenge ebenfalls
entsprechend dazu optimiert.
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Eine
dritte Alternative ist in 4a gezeigt,
die eine fortlaufend arbeitende Presse zeigt, d.h. der Druck wird
mit Hilfe von Walzen, die auf die obere Oberfläche des Stoßes oder Stapels aus Schichten
wirken, angelegt. Die Anordnung wird dann fortlaufend durch die
Presse zugeführt.
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Offensichtlich
unterscheiden sich die Klebstoffauftragungsprofile für diese
Alternativen, und das Profil für
jede jeweilige Pressenart ist in 2b – 4b gezeigt.
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Im
Fall einer Vollängenpresse
gibt es, wie bereits erwähnt,
keine Wartezeit, die durch den Preßarbeitsgang an sich verursacht
wird, und die einzigen zu berücksichtigenden
Wartezeiten sind die Wartezeiten für jede Schicht während des
Klebe- und Stapelverfahrens. Somit gibt es, wie in 2b gezeigt, über die
gesamte Oberfläche
oder Länge
jeder Schicht eine konstante aufgetragene Klebstoffmenge, aber die
Klebstoffmenge unterscheidet sich zwischen Schichten. ♦ bezeichnet
den Klebstoff, der gemäß der Erfindung
aufgetragen wird, und ∎ bezeichnet die herkömmliche
Klebstoffverteilung.
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Zeichnet
den Klebstoff, der gemäß der Erfindung
aufgetragen wird, und ∎ bezeichnet die herkömmliche
Klebstoffverteilung.
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In
dem zweiten Fall, in dem immer ein Abschnitt zu einem Zeitpunkt
gepreßt
wird, tritt offensichtlich eine Wartezeit zwischen jedem fortlaufenden
Preßarbeitsgang
auf, und folglich muß der
Klebstoff über
die Länge
der Schichten verschieden aufgetragen werden. Die Klebstoffmengen
nehmen in Inkrementen über
die Länge
zu, und das Klebstoffauftragungsprofil ist durch die linken Balken
in dem Balkendiagramm in 3b gezeigt (die
Balken mit gleicher Länge
stellen die herkömmliche
Klebstoffverteilung dar). Auf diese Weise hat der Abschnitt, der
zuerst der Kompression unterzogen wird (Abschnitt A in 3b),
eine kleinere Klebstoffmenge aufgetragen als die folgenden Abschnitte,
weil die Wartezeit für
die Abschnitte mit höherer „Numerierung" am höchsten ist.
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Im
fortlaufenden Auftragungsfall gibt es natürlich, wie in 4b deutlich
zu sehen, eine kontinuierlich zunehmende Klebstoffmenge, die als
eine Funktion der zunehmenden Wartezeit aufgetragen werden muß, wobei ♦ die erfindungsgemäße Klebstoffmenge
als eine Funktion der linearen Produktmeter bezeichnet und ∎ die
herkömmliche
Klebstoffauftragung bezeichnet.
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Natürlich wäre die optimale
Klebstoffauftragung eine Kombination einer sich ändernden Auftragung einerseits
zwischen Schichten, aber auch über
die Länge
einer Schicht.
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Die
auf jedes Element aufzutragende Klebstoffmenge kann auf mehrere
Arten gesteuert werden.
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Es
ist möglich,
die Steuerungseinheit mindestens vier verschiedene Teile des in 1 gezeigten
Systems steuern zu lassen, nämlich
a) den Förderer 6;
b) die Hobelvorrichtung 8; c) die Klebstoffauftragungsvorrichtung 10;
und d) den zweiten Förderer 16.
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Auf
diese Weise ändert
sich offensichtlich die Klebstoffmenge, die auf ein die Klebstoffauftragungsvorrichtung 10 durchlaufendes
Element aufgetragen wird, wenn sich die Wie ohne weiteres verständlich,
werden durch Betreiben mit einer konstanten Geschwindigkeit und
dann einfaches abruptes Verringern der Geschwindigkeit bei der halben
Länge eines
Elements zwei verschiedene Bereiche mit verschiedenen aufgetragenen Klebstoffmengen
erzielt.
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Andererseits
ist es ebenso einfach, die Geschwindigkeit kontinuierlich zu erhöhen oder
zu verringern, wodurch ein linearer „Gradient" des Klebstoffs über die Länge eines Elements erhalten
wird.
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Für den einfachen
Fall, in dem nur die Notwendigkeit besteht, die Menge zwischen Elementen
zu ändern,
wird die Geschwindigkeit über
die gesamte Länge
jeder Schicht konstant gehalten. Dies würde der Situation in 2a entsprechen,
wo eine Vollängenpresse
verwendet wird und die unterste Schicht die erste ist, auf die Klebstoff
aufgetragen wurde und die somit die längste Wartezeit hat.
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Wenn
die Hobelvorrichtung 8 verwendet wird, können, wie
bereits angedeutet, deren Führungswalzen und/oder
maschinelle Bearbeitungswerkzeuge verwendet werden, um die Schichten 4 durch
das System zu zwingen, und auf diese Weise kann die Geschwindigkeitssteuerung
durch Steuern der Hobelvorrichtung 8 erzielt werden.
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Es
ist möglich,
den zweiten Förderer 16 auch
für die
Geschwindigkeitssteuerung zu verwenden, wenngleich dies ein wenig
kompliziertere Einrichtungen erfordern würde. Z.B. müßte eine Verbindung zu dem
Förderer
vorgesehen werden, so daß der
Förderer
die Schicht durch die Auftragungsvorrichtung 10 zieht und
dadurch als eine Zuführungsvorrichtung
wirkt.
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Natürlich kann
die Klebstoffauftragungsvorrichtung selbst verwendet werden, um
die aufgetragene Klebstoffmenge zu steuern. Mehrere Möglichkeiten
sind vorhanden. In erster Linie hängt es von der Art der Auftragungsvorrichtung
ab. Eine Auftragungsvorrichtung ist normalerweise entweder vom Strang-
oder Gießtyp.
Wie durch diese Bezeichnungen angedeutet, trägt das erstere im wesentlichen
nur einen linearen Strang aus Klebstoff, bevorzugt auf schmale Objekte,
auf.
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Strang-
oder Gießtyp.
Wie durch diese Bezeichnungen angedeutet, trägt das erstere im wesentlichen nur
einen linearen Strang aus Klebstoff, bevorzugt auf schmale Objekte,
auf. Eine Gießauftragungsvorrichtung verteilt
den Klebstoff über
eine breite Fläche
bis zu mehreren Metern Breite.
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Eine
Art, die bei einer konstanten Geschwindigkeit der Elemente aufgetragene
Klebstoffmenge zu steuern, ist natürlich, den gepumpten Klebstoffstrom
zu steuern.
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Eine
andere Art ist, die „Arbeits-" Breite des Bandverteilerrohrs
für eine
Auftragungsvorrichtung vom Strangtyp einfach zu ändern, indem die Anzahl der
offenen Düsen
durch Drehen des Verteilerrohrs verringert oder vergrößert wird.
Für eine
Auftragungsvorrichtung vom Gießtyp
kann die Schlitzbreite verändert
werden.
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Kombinationen
aus der Geschwindigkeit der Elementbewegung und der Auftragungsvorrichtungseinstellungen
sind natürlich
ebenso denkbar.
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In
dem Fall, in dem ein Zwei-Komponenten-Klebstoff verwendet wird,
ist es auch möglich,
das Mischungsverhältnis
von Härtungsmittel
zu Klebstoff zu verändern.
Je mehr Härtungsmittel,
desto schneller die Härtung
und desto geringer die erlaubte Wartezeit. Somit sollte das erste
Element einer Reihe von zu verbindenden Elementen mit Klebstoff
versehen werden, wobei das Verhältnis
zwischen Härtungsmittel
und Klebstoff niedriger als das Verhältnis für das letzte Element sein sollte.
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Beispiele
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In
den folgenden Beispielen wurde ein Klebstoff vom PRF-Typ verwendet.
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Beispiel 1
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Ein
Balken für
den Bau, der aus 21 Stücken
besteht, wird durch Verbinden von Schichten und Pressen in einer
Vollängenpresse
hergestellt. Das Stück,
auf das der Klebstoff zuerst aufgetragen wird, hat eine Wartezeit
von 1 Stunde, und das letzte Stück
hat eine Wartezeit von 10 Minuten. Das folgende Klebstoffauftragungsprofil
wird verwendet.
| Schichtnummer | Klebstoffmenge
(g/m2) |
| 1 | 500 |
| 2 | 488 |
| 3 | 476 |
| 4 | 464 |
| 5 | 452 |
| ... | |
| ... | |
| 21 | 300 |
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Das
Profil ist in 2b für die obige Anordnung aus 21
Stücken
graphisch dargestellt.
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Die
Klebstoffmenge pro m2 kann natürlich schwanken
und tut dies üblicherweise
zwischen 100 – 300 g/m2 für
10 Minuten Wartezeit und zwischen 300 – 500 g/m2 für 1 Stunde
Wartezeit. Wie bereits weiter oben angedeutet, beeinflussen der
Feuchtigkeitsgehalt in dem Material, die Feuchtigkeit in der Atmosphäre, die
Umgebungstemperatur ebenfalls die aufzutragenden Klebstoffmenge.
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Beispiel 2
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Ein
Balken für
den Bau, der wie in Beispiel 1 aus 21 Stücken besteht, wird hergestellt,
aber anstelle einer Vollängenpresse
wird eine Abschnittspresse (3a) verwendet.
Auf diese Weise wird bevorzugt, neben der Änderung der Menge von einer
Schicht zur nächsten
verschiedene Klebstoffmengen auf die verschiedenen Abschnitte jedes
Stücks
aufzutragen, siehe 3b, wobei die schwarzen Balken
die Klebstoffauftragung gemäß der Erfindung
darstellen und die weißen
Balken die herkömmliche
Auftragung darstellen. In dem Beispiel wird der Balken in 5 Abschnitten
gepreßt.
(A – E,
wobei A der Abschnitt ist, der zuerst in die Presse eintritt).
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In
dem Stoß aus
Schichten ist die Schicht Nr. 21 die oberste Schicht, die somit
die kürzeste
Wartezeit hat.
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Beispiel
3 Ein Balken für
den Bau, der wie in Beispiel 1 aus 21 Stücken besteht, wird hergestellt,
aber anstelle einer Vollängenpresse
wird eine kontinuierlich arbeitende Presse verwendet. Somit wird
bevorzugt, einen Gradienten der Klebstoffmengen über die Länge jedes Stücks aufzutragen.
Streng genommen ist es nicht notwendig, eine sich kontinuierlich ändernde
Menge aufzutragen, es würde
genügen,
die Menge zu inkrementieren, als ob die Presse als eine Abschnittspresse
mit einer sehr großen
Anzahl von Abschnitten betrieben würde. In diesem Zusammenhang
könnte „sehr groß" 20 Abschnitte oder
mehr bedeuten.
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Das
Profil in 4b stellt das erforderliche
Profil für
eine der Schichten in einem Balken ausreichend dar. 5 ist
ein Flußdiagramm,
das eine Ausführungsform
des Steuerungsprogramms zur Steuerung der Klebstoffauftragung gemäß der erfinderischen
Vorstellung darstellt.
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Es
nimmt an, daß ein
Ein-Komponenten-Klebstoff verwendet wird und daß das Verfahren für die Herstellung
eines Balkens ist, der eine Anzahl von Schichten aufweist, die verbunden
werden sollen.
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Auf
diese Weise ist der erste Schritt, die Anzahl der zu verbindenden
Schichten und die Umgebung betreffende Daten (z.B. Feuchtigkeit
wie in dem Beispiel, wenngleich andere Faktoren ebenfalls berücksichtigt werden
könnten)
und Materialeigenschaften betreffende Daten, z.B. Härte, Porosität, etc.,
einzustellen. Aus diesen eingegebenen Daten und Daten aus einer
Datenbank, die Informationen über
das Klebstoffverhalten unter verschiedenen Bedingungen enthält, werden
die notwenigen minimalen und maximalen Klebstoffmengen für jede Schicht
berechnet.
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Als
nächstes
wird die Art der Presse ausgewählt,
und im Fall einer Abschnittspresse wird die Anzahl der Abschnitte
eingestellt. Als Reaktion auf die Pressenauswahl wird die Klebstoffauftragungsvorrichtung
für eine
konstante Auftragung oder stufenweise oder kontinuierliche Änderung
der Klebstoffauftragung eingestellt.
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Die
Erfindung wurde unter Bezug auf einige Ausführungsformen beschrieben, aber
der Fachmann wird verschiedene Änderungen
finden, ohne den Schutzbereich der Erfindung wie in den Patentansprüchen definiert
zu verlassen.
