DE60025276T2 - Gesteuertes, vakuumunterstütztes laminiergerät und verfahren zu dessen verwendung - Google Patents

Gesteuertes, vakuumunterstütztes laminiergerät und verfahren zu dessen verwendung Download PDF

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M. Anne DEPALMA
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Description

  • Diese Erfindung betrifft ein Gerät und Verfahren zum Laminieren von Folien. Die vorliegende Erfindung stellt insbesondere ein gesteuertes, vakuumunterstütztes Laminiergerät und Verfahren zu dessen Verwendung bereit.
  • Die Laminierung von Folien erfordert häufig, dass Druck geliefert wird, um die Folie gegen ein Substrat, an das es laminiert werden soll, zu drücken. Das Substrat, an das die Folie laminiert werden soll, kann eine andere Folie, ein Gewebe, eine Struktur (z.B. die Seite eines Fahrzeugs, eine Wand, usw.) oder ein beliebiges anderes Objekt sein. Die Folien sind häufig mit einem Klebstoff beschichtet, um die Folie an das Substrat zu kleben, Laminierung der klebstoffbeschichteten Folie unter Druck hilft jedoch häufig beim Bereitstellen einer festeren Verbindung zwischen der Folie und dem Substrat. Die Verwendung von Druck kann auch andere Vorteile bieten, z.B. das Reduzieren von Blasenbildung, das Verbessern der Konformität, usw.
  • Obwohl es wünschenswert ist, Druck zu verwenden, wenn eine Folie an ein Substrat laminiert wird, kann es schwierig sein, genug Druck bereitzustellen, um den Laminierprozess in wirksamer Weise zu beeinflussen. Wenn zum Beispiel zwei Folien über z.B. eine Walzenstruktur aneinander laminiert werden, muss die Durchbiegung der Walzen berücksichtigt werden, da die Laminierkraft typischerweise nur an den Enden der Walzen angewandt werden kann. Das Ergebnis ist, dass die Größe und das Gewicht der Walzen und der Trägerstruktur gewaltig sein können, um die Walzendurchbiegung auszugleichen, während an dem Laminierpunkt ein hinreichender und einheitlicher Druck erzeugt wird.
  • Ein weiteres Beispiel kann bei der Aufbringung von klebstoffbeschichteten Kunststofffolien, insbesondere Vinylfolien, auf eine Vielfalt von Oberflächen aus vielfältigen Gründen, wie Werbung, Dekoration, Schutz und desgleichen, gefunden werden. Diese Oberflächen können großflächig sein, typischerweise bis zu 3 m × 16 m. Diese Folien werden an sehr große horizontale oder vertikale Oberflächen, wie Wände, die Seiten von Lkw-Anhängern, Plakatwände und desgleichen, geklebt. Die Folien sind selten groß genug, um die gesamte Oberfläche mit einer einzelnen, integralen Folie zu bedecken, deshalb werden typischerweise mehrere Folien verwendet. Darüber hinaus führen Versuche, größere Folien herzustellen, zu Folien, die schwieriger zu handhaben und mit anderen Folien genau passend zu machen sind. Diese Oberflächen weisen enorme ebene und unebene Teile auf, wie eine Seite eines Lkw-Anhängers, die flache Oberflächen aufweist, die durch entweder Wellungen oder Nieten oder beides unterbrochen sind. Diese Oberflächen mit irgendeiner Kombination aus flachen Teilen, Vorsprüngen und Vertiefungen erfordern sehr bewandte Menschen, um die Folie an die Oberflächen zu kleben und dann zu gewährleisten, dass eine derartige Folie auch an den Vorsprüngen oder Vertiefungen oder beidem klebt.
  • In den verbreitetsten Verfahren zum Aufbringen dieser Folien wird typischerweise eine kleine Kunststoffrakel, die ungefähr 10 cm lang ist, verwendet, um die Folie manuell gegen das Substrat zu drücken. Dies ist ein sehr arbeitsintensiver Prozess. Des Weiteren erfordert diese Aufbringung Geschick und Geduld, um eine Aufbringung zu erhalten, die gut angeklebt und frei von Falten ist und wobei alle Folien genau zusammenpassen. Derzeitige Verfahren zum Behandeln von Nieten, um Abheben zu minimieren, beinhalten (a) Perforieren der Folie um die Niete, (b) Erwärmen der Folie mit einer Heizquelle, gewöhnlich eine Heißluftpistole oder ein Brenner, und (c) Niederglätten der Folie mit einer steifen Bürste, gewöhnlich 2,54 cm im Durchmesser mit 1,25 cm langen Borsten, die an einem kurzen Holzgriff befestigt sind, die als eine Nietenbürste bezeichnet wird. Eine Nachbehandlung mit Wärme wird häufig verwendet, um das Verkleben zu erhöhen und die Spannung in der Folie weiter zu reduzieren, nachdem sie an ein ungleichförmiges Substrat geklebt worden ist. Die Folie wird typischerweise erwärmt, während sie das Gebiet um jede Art von Oberflächenungleichförmigkeit, die zusammengefasst werden kann, entweder ein Vorsprung oder eine Vertiefung zu sein, überbrückt. Aufgrund der geringen Masse der Folie und der hohen Temperatur der Heizquelle betragen die Aufheizgeschwindigkeiten mehrere hundert Grad pro Sekunde. Ähnliche Abkühlgeschwindigkeiten treten auch auf. Wenn die Folie aufgrund des Erwärmens zu weich ist, wenn sie mit einer Kreisbewegung unter Verwendung der Nietenbürste kontaktiert wird, ist es wahrscheinlich, dass die Folie beschädigt wird. Wenn die Folie zu kalt ist, wird die Spannung nicht ausreichend eliminiert und Abheben erfolgt letztendlich. Es ist daher für den Fachmann sehr schwierig, die klebstoffbeschichtete Folie mit Sicherheit an die ungleichförmige Oberfläche zu kleben, während die Folie völlig erweicht ist, ohne die Folie zu beschädigen. Wenn Schaden vorliegt, ist die Folie an der Stelle geschwächt und dies verringert die Dauerhaftigkeit der Folie. Wenn auf der Folie eine Graphik vorhanden ist, ist das Bild an der beschädigten Stelle beeinträchtigt. Ein Abbildungsfehler in einem Bild, selbst wenn das Bild so groß ist wie ein Wandbild auf der Seite eines Lkw-Anhängers, ist recht auffällig und unbefriedigend für den Besitzer des Anhängers, dem Vermarkter eines Produkts, das in dem Wandbild auf dem Anhänger gezeigt wird, und dem Hersteller der Graphik, der beträchtliche Arbeit und anderen Aufwand investiert hat, um die Graphikfolie an die Seite des Anhängers zu kleben.
  • DE-A-197 33 935 betrifft eine Vorrichtung zum Aufbringen einer selbstklebenden Folie von einer Zufuhrwalze auf eine Wand. Die Folie schützt gegen Graffiti und/oder dient der Werbung. Die Walze wird rotierbar auf einer Basis einer Walzenhaltevorrichtung, die entlang der Wand beweglich ist, getragen. Die Walzenhaltevorrichtung wird derartig entlang der Wand geführt, dass sich die Achse der Walze im Wesentlichen parallel zu der Wand erstreckt. Die Kante der Walzenhaltevorrichtung ist drehbar mit der Kante eines Gleitelements neben der Wand verbunden. Das Gleitelement ist auf einem Träger für eine senkrechte Bewegung in Bezug auf die Wand montiert. Die Basis ist elastisch vorgespannt in der drehbaren Richtung relativ zu der Wand und in der Bewegungsrichtung. Das in DE-A-197 33 935 offenbarte Gerät weist einen Laminator und ein Steuersystem zum Führen des Laminators über das Substrat auf, wobei das System in der Lage ist, eine gewählte vertikale Position des Laminators relativ zu einer Bezugslinie zu regeln und den Laminator entlang des Substrats in einer Laufrichtung zu bewegen.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, das bekannte Gerät und Verfahren zum Laminieren einer Folie an ein Substrat zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch das Gerät nach Anspruch 1 und durch das Verfahren nach Anspruch 20 erfüllt.
  • Die vorliegende Erfindung wird durch die Merkmale der Ansprüche definiert und stellt ein gesteuertes, vakuumunterstütztes Laminiergerät und Verfahren zu dessen Verwendung bereit. Das Gerät weist einen vakuumunterstützten Laminator zum Aufbringen von Großformatfolien auf Substrate auf, wobei der Laminierdruck mindestens teilweise durch ein Vakuum erzeugt wird, das in einem Vakuumhohlraum gezogen wird. Vorteile des Geräts und der Verfahren umfassen die Fähigkeit, Folien exakt auf ein Substrat unter Verwendung eines vakuumunterstützten Laminators aufzubringen.
  • Das Gerät und die Verfahren können besonders nützlich sein, um bei der Aufbringung von klebstoffbeschichteten Kunststofffolien, insbesondere Vinylfolien, auf großflächige Oberflächen zu helfen, um verbessertes Aussehen, Dauerhaftigkeit, usw. bereitzustellen. Einige der gebräuchlichsten Oberflächen umfassen Lkw-Seiten, Wände, Schilder, Teile eines Gebäudes, Fahrzeuge, usw. Diese großen Oberflächen erfordern beträchtliche Zeit und Arbeit für das Aufbringen von Folien. Dies addiert häufig mehr Kosten zu dem Projekt als die Folie selbst. Des Weiteren sind viele dieser Aufbringungen an Oberflächen, die zusammengesetzte gekrümmte Vorsprünge oder Vertiefungen enthalten, wie Kanäle oder Nieten oder andere Ungleichförmigkeiten, die die Aufbringungszeit erhöhen und häufig Falten produzieren.
  • Ein Problem in dem Gebiet ist, dass die Aufbringung der Folien durchgeführt wird, indem eine kleine (ungefähr 10 cm) Rakel für sehr große Graphiken verwendet wird. Bei typischen Oberflächen von 3 Meter hoch und 16 Meter lang bei z.B. Aufbringungen auf einen Lkw und möglicherweise viel größer für Gebäudegraphiken, kann die Aufbringung der Folie sehr zeitaufwendig sein. Die kleinen Nieten auf der Oberfläche oder Reihen von Vertiefungen erschweren die Aufbringung weiter und sind eine Quelle von Falten und ähnlichen Mängeln.
  • Die vorliegende Erfindung löst das Problem in dem Gebiet durch die Verwendung eines völlig anderen Verfahrens, die Kraft, die durch ein Teilvakuum an der Grenzfläche der Aufbringung erzeugt wird, um klebstoffbeschichtete Folien an großflächige Oberflächen zu kleben. Das Verfahren ist auch besonders wirksam auf kleineren, ungleichförmigen Oberflächen.
  • Selbst bei Aufbringen mit einem vakuumunterstützten Laminator ist eine genaue Ausrichtung des Laminators relativ zu dem Substrat, auf das die Folie aufgebracht werden soll, wichtig. Die vorliegende Erfindung stellt Steuersysteme bereit, die verwendet werden können, um die vertikale Position des Laminators und den Abstand zwischen dem Laminator und dem Substrat zu regeln, und auch den Laminator entlang des Substrats in einer gewünschten Richtung bewegen können.
  • In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein gesteuertes, vakuumunterstütztes Laminiergerät zum Laminieren einer Folie an ein Substrat bereit, wobei das Gerät einen Laminator mit einer ersten und zweiten Laminierwalze, die mit einem Zwischenraum angeordnet und parallel zueinander eingebaut sind, einen Dichtungsmechanismus, der sich zwischen der ersten und zweiten Walze erstreckt, wobei die Dichtungsmechanismuswalze jeweils eine Dichtung mit der ersten und zweiten Walze bildet, einen Vakuumhohlraum, der zwischen dem Dichtungsmechanismus und der ersten und zweiten Walze ausgebildet ist, und einen Vakuumstutzen, der in Fluidverbindung mit dem Vakuumhohlraum steht, aufweist. Das Laminiergerät weist ferner ein Steuersystem zum Führen des Laminators über das Substrat auf, wobei das Steuersystem vorzugsweise einen vertikalen Regelmechanismus aufweist, der eine gewählte vertikale Position des Laminators relativ zu einer Bezugslinie aufrechterhält, und ein Fahrzeug, das den Laminator entlang des Substrats in einer Laufrichtung bewegt.
  • Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Laminieren einer Folie an ein Substrat durch Bereitstellen eines gesteuerten, vakuumunterstützten Laminiergeräts, das einen Laminator und ein Steuersystem aufweist; Anordnen einer Folie zwischen dem Substrat und mindestens der ersten oder der zweiten Walze, Ziehen eines Vakuums in dem Vakuumhohlraum, der durch den Dichtungsmechanismus und die erste und zweite Laminierwalze ausgebildet wird, wobei die erste und zweite Laminierwalze gegen das Substrat gezogen werden; und Bewegen des Laminators entlang des Substrats in einer Laufrichtung, während der Laminator in einer gewählten vertikalen Position relativ zu einer Bezugslinie gehalten wird, wobei die Folie an das Substrat laminiert wird, bereit.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein gesteuertes, vakuumunterstütztes Laminiergerät zum Laminieren einer Folie an ein Substrat bereit, wobei das Gerät einen Laminator mit einer ersten und zweiten Laminierwalze, die mit einem Zwischenraum angeordnet und parallel zueinander eingebaut sind, einen Dichtungsmechanismus, der sich zwischen der ersten und zweiten Walze erstreckt, wobei der Dichtungsmechanismus jeweils eine Dichtung mit der ersten und zweiten Walze bildet, einen Vakuumhohlraum, der zwischen dem Dichtungsmechanismus und der ersten und zweiten Walze ausgebildet ist, und einen Vakuumstutzen, der in Fluidverbindung mit dem Vakuumhohlraum steht, bereit. Das Laminiergerät weist auch Mittel zum Führen des Laminators über das Substrat auf, wobei die Mittel zum Führen Mittel zum Aufrechterhalten einer gewählten vertikalen Position des Laminators relativ zu einer Bezugslinie und Mittel zum Bewegen des Laminators entlang des Substrats in einer Laufrichtung aufweisen.
  • Ein bevorzugtes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass der Laminator ein Teilvakuum, auch als Unterdruck bekannt, in einem Vakuumhohlraum des Laminators verwendet, um Druck auf den Laminator an der Grenzfläche zwischen dem Laminator und dem Substrat zu erzeugen, wo eine Folie anschließend laminiert wird. Der resultierende Laminierdruck ist im Wesentlichen gleichmäßig über die Laminierfläche, da die Unterdrücke innerhalb des Vakuumhohlraums im Wesentlichen gleich sind.
  • Wenn sie zum Aufbringen von Graphiken und anderen Folien auf z.B. Lkws, andere Fahrzeuge, Schilderoberflächen, Gebäude, usw. verwendet wird, ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung Arbeitseinsparungen von derartiger Bedeutung, dass die Gesamtkosten einer Graphikfolie, die auf ein großes vertikales oder horizontales Substrat aufgebracht wird, insbesondere eins mit mehreren Verbund- oder ungleichförmigen Oberflächen, wesentlich reduziert werden können. Des Weiteren ist die Qualität der Aufbringung wesentlich verbessert und es können häufig Klebstoffe mit geringerer Haftung verwendet werden, die die Entfernungszeit der Graphik reduzieren. Selbst wenn die Kosten der Folie konstant bleiben, reduzieren die Arbeitseinsparungen die Gesamtkosten der Aufbringung der Folie um bis zu 80 % und reduzieren die Gesamtkosten der auf einen Lkw-Anhänger aufgebrachten Folie um bis zu 40 %.
  • Wenn in Zusammenhang mit Vakuum Wärme in dem Laminierprozess verwendet wird, wird die Anpassungsfähigkeit der Folie um ungleichförmige oder zusammengesetzte gekrümmte Oberflächen derartig verbessert, dass weniger aggressive Klebstoffe verwendet werden können. Diese Klebstoffe, die häufig als entfernbare oder wechselbare Klebstoffe bezeichnet werden, können 80 % der Zeit sparen, die normalerweise mit der Entfernung der Graphikfolien verbunden ist. Dies kann die Gesamtkosten von installierten und entfernten aufgebrachten Folien weiter um bis zu 60 % senken.
  • Mit diesen beträchtlichen Arbeitseinsparungen bei Verwendung des Gegenstandes und Verfahrens der vorliegenden Erfindung kann eine Firma ein Gesamtprodukt aus sowohl Foliengütern als auch Installations/Entfernungsdienstleistungen zu einem Preis bereitstellen, der wesentlich niedriger ist als momentan angeboten wird, wenn der Hersteller der Foliengüter und der Installierer der Foliengüter verschiedene Firmen sind.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass große Folienbahnen an Oberflächen bei hoher Geschwindigkeitsproduktivität und garantierter Laminierung laminiert werden können.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass das Gerät und die Verfahren an sowohl Lkws mit Seiten aus Gewebe als auch Lkws mit Seiten aus Metall wirksam sind, was ein Verfahren für einen Installierer von Graphikfolien vielseitig verwendbar macht. Das Gewebe und das Metall können sich beide unter dem Teilvakuum, das von dem Laminator der vorliegenden Erfindung angewandt wird, biegen, was die Einheitlichkeit des Laminierdrucks verbessert.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass der Laminator fast 100 % Benetzungsfläche des Klebstoffs gegen die Oberfläche des Substrats bereitstellen kann, wohingegen herkömmliche Rakelverwendung nur etwa 80 % Benetzung erzielen kann. Die Verwendung eines Teilvakuums verwendet das Vermögen eines Fluids, gleichen Druck an jedem Kontaktpunkt der Folie mit der Oberfläche auszuüben, etwas, das nur sehr schwer, wenn nicht gar nicht, zu erzielen ist, wenn Druck mit einer Vorrichtung, wie einer Rakel, ausgeübt wird. Dieser Vorteil ist bei Oberflächen, die voller Ungleichförmig keiten oder zusammengesetzter Krümmungen oder beidem sind, noch offensichtlicher.
  • Wie in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet, wird der Begriff "Vakuum" verwendet, um Unterdruck im Gegensatz zu Umgebungsdruck zu beschreiben. Der Begriff erfordert nicht, dass ein absolutes oder extremes Unterdruckvakuum gezogen oder aufrechterhalten wird, obwohl es in einigen Fällen möglich und/oder wünschenswert sein kann, große Unterdrücke in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung zu erzielen.
  • Andere Merkmale und Vorteile werden nachstehend unter Verwendung der folgenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
  • 1 eine schematische Vorderansicht eines Laminiergeräts der vorliegenden Erfindung ist.
  • 2 eine schematische Querschnittsansicht des Geräts von 1 entlang der Linie 2-2 in 1 ist.
  • 3 eine schematische Seitenansicht einer Verwendung eines Laminiergeräts der vorliegenden Erfindung ist.
  • 4 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Verwendung eines Laminiergeräts der vorliegenden Erfindung ist.
  • 5 eine schematische Seitenansicht eines weiteren Laminiergeräts gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
  • 6 ein schematisches Blockdiagramm eines gesteuerten Laminiergeräts gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
  • 7 ein schematisches Blockdiagramm eines weiteren gesteuerten Laminiergeräts gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
  • 8 eine Ansicht eines gesteuerten Laminiergeräts gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
  • 9 eine perspektivische Ansicht des gesteuerten Laminiergeräts von 8 ist.
  • 10 ein schematisches Diagramm ist, das Vorspannen eines Laminators in Richtung eines Substrats veranschaulicht.
  • Die 11 und 12 alternative Mechanismen zum Führen eines Fahrzeugs entlang des Substrats und/oder Aufrechterhalten des gewählten Abstandes d zwischen dem Laminator und dem Substrat darstellen.
  • Die 1 und 2 zeigen ein Laminiergerät 10 mit einem Rahmen 11. Mindestens ein Ende des Rahmens 11 weist einen Vakuumstutzen 13 auf, der in Fluidverbindung mit einem Vakuumhohlraum A steht, der zwischen den Walzen 12, 14 und 16 ausgebildet ist. Die Walzen 12, 14 und 16 vereinigen sich, um den Vakuumhohlraum A zu definieren und Laminierdruck auf eine Folie bereitzustellen. Die Walzen 12, 14 und 16 sind vorzugsweise kreisförmig und rotieren um Längsachsen, die sich durch ihre Mittelpunkte erstrecken. Die Längsachsen der Walzen liegen im Allgemeinen parallel zueinander.
  • Das Laminiergerät 10 kann auch eine Vakuum- oder Unterdruckquelle 20 aufweisen, die ein Teilvakuum (Unterdruck) innerhalb des Vakuumhohlraums A erzeugt. Dieses Vakuum zieht die äußeren Walzen 14 und 16 gegen die Folie 22 und das Substrat 24, um den gewünschten Laminierdruck bereitzustellen.
  • Das Substrat 24, auf dem die äußeren Walzen 14 und 16 montiert sind, kann flach sein oder es kann gekrümmt sein, wie z.B. eine Walze. Des Weiteren kann das Substrat 24 eine andere Folie sein, die auf einer flachen oder gekrümmten Oberfläche angeordnet ist und auf die die Folie 22 laminiert werden soll. In anderen Anwendungen kann das Substrat flexibel sein, jedoch unter Spannung, wie z.B. eine Gewebeoberfläche, die an einem Lkw-Anhänger verwendet wird.
  • Obwohl die veranschaulichenden Ausführungsformen, die hierin dargestellt sind, auf Dichtungswalzen angewiesen sind, können die Dichtungsmechanismen, die in dem Laminiergerät der vorliegenden Erfindung verwendet werden, alternativ durch mehrere Walzen oder eine harte Umhüllung mit Vakuumdichtungen gegen die äußeren Walzen 14 und 16 ersetzt werden.
  • Wie in 3 zu sehen ist, kann die Folie 22 z.B. eine Beschichtung aus einem Haft- oder druckaktivierten Klebstoff 26 aufweisen, die durch eine Trennlage 28 geschützt ist. Das Laminiergerät 10 trägt stark zur Laminierung von z.B. haftklebstoffbeschichteten Folien an Oberflächen, wie Lkw-Seiten, Schilder, usw., bei. Wie nachstehend besprochen, stellt die vorliegende Erfindung auch ein vakuumunterstütztes Laminiergerät und Verfahren, die verwendet werden können, um zwei Folien in Endlosbahnprozessen zusammen zu laminieren.
  • Die äußeren Walzen 14 und 16 des Laminators 10 werden bereitgestellt, um gegen eine Substratoberfläche 24 zu dichten sowie um den gewünschten Laminierdruck entlang dieser Berührungspunkte bereitzustellen. Eine der äußeren Walzen 14 und 16 kann härter oder weniger anpassungsfähig als die andere sein, um die Laminierung zu verbessern. Einer oder beide der Spalte, die zwischen den äußeren Walzen 14 und 16 ausgebildet sind, kann auch eine Folie 22, die an die Substratoberfläche 24 laminiert wird, aufweisen. Die Dichtungswalze 12 wird bereitgestellt, um den Vakuumhohlraum A zwischen den äußeren Walzen 14 und 16 zu definieren und abzudichten. Die Dichtungswalze 12 bildet jeweils eine rollende Dichtung mit der äußeren Walze 14 und 16. Die Dichtungswalze 12 kann auch einen Berührungspunkt bereitstellen, an dem eine Trennlage oder andere Schicht von einer Folie abgezogen werden kann, bevor sie an die Substratoberfläche 24 laminiert wird.
  • Es kann wünschenswert sein, dass mindestens ein Teil der Dichtungswalze 12 transparent ist, so dass der Vakuumhohlraum A während der Laminierung visuell überwacht werden kann. In einigen Fällen kann sich der transparente Teil über die Länge der Walze 12 erstrecken und in anderen Fällen kann nur ein Teil der Länge transparent sein.
  • Bezug nehmend auf 2 erzeugt die Kraft des Unterdrucks der Quelle 20 (siehe 1) ein Teilvakuum innerhalb des Vakuumhohlraums A zwischen den Walzen 12, 14 und 16 und dem Substrat 24. Unterdruck innerhalb des Vakuumhohlraums A, verglichen mit Umgebungsdruck außerhalb des Vakuumhohlraums A, zieht dann die Walzen 12, 14 und 16 und die Oberfläche 24 zusammen, wobei dadurch Druck auf die Oberfläche der Walzen 14 und 16, die in Kontakt mit der Substratoberfläche an den Kontaktgrenzflächen B und C stehen, erzeugt wird.
  • Der Druck, der über die Länge der Walzen verteilt ist, hängt mindestens teilweise von (1) dem Abstand zwischen den Grenzflächen B und C mal der Länge des Laminators 18, (2) den Unterdrücken, die in dem Vakuumhohlraum A erhalten werden können, ab. Der Laminierdruck an den Grenzflächen B und C kann zum Beispiel etwa 175 Newton/m (1 lb/in) oder mehr, insbesondere etwa 250 Newton/m oder mehr, betragen. In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, Drücke von etwa 1.000 Newton/m oder mehr, noch wünschenswerter etwa 2.000 Newton/m oder mehr und sogar noch wünschenswerter etwa 3.000 Newton/m oder mehr zu erreichen.
  • Der obere Druckgrenzwert hängt von einer Vielfalt von Faktoren ab, wie der Festigkeit der Komponenten, die in dem Laminiergerät 10 verwendet werden, den Leistungsfähigkeiten der Vakuumquelle, der Festigkeit der Oberfläche 24, auf die die Folien laminiert werden, usw. In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, eine Druckentlastungsvorrichtung oder Vorrichtungen, um übermäßige Drücke zu vermindern, bevor die Laminierkraft zu groß wird, bereitzustellen. Drücke über 4.500 Newton/m sind mit einem 30 cm Walzenabstand und nur 30 % Luftevakuierung in dem Vakuumhohlraum möglich.
  • Ein Satz von 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 ein Standardbetriebsvakuum als Quelle 20, das 27,4 kPa erzeugt, könnten 3.818 Newton pro Walze oder 2.783 Newton/m (858 lb/Walze oder 15,89 lb/laufender Inch/Walze) an Kraft auf jede der zwei Walzen 14 und 16 an jeder der Grenzflächen B und C anwenden. Bei Verwendung von herkömmlichen Rahmen und Befestigungssystemen würde es sehr schwierig sein, soviel Druck auf die Walzen anzuwenden, ohne entweder die Walzen oder die Substratoberfläche durchzubiegen. Ein derartiger Rahmen würde auch gewaltig, sehr schwer und sehr schwierig durch den Fachmann zu handhaben sein, insbesondere gegen eine vertikale Oberfläche.
  • Wahlweise, jedoch vorzugsweise, zeigt 1 anpassungsfähige Dichtungen 30 und 32 an dem Rahmen 11, um zur Bildung von Unterdruck innerhalb des Vakuumhohlraums A in zwei Richtungen orthogonal zu den Grenzflächen B und C beizutragen.
  • Da Vakuum verwendet wird, um die Laminierkräfte zu liefern und der Unterdruck im Wesentlichen gleichmäßig über die Oberflächen der Walzen 12, 14 und 16 verteilt ist, sind verhältnismäßig schwache Walzenstrukturen für die Walzen 12, 14 und 16 erforderlich. In vielen Fällen können die Walzenstrukturen ein hohles Inneres aufweisen. Diese leichtgewichtigen Strukturen können den massiven Metallwalzen gegenübergestellt werden, die anderweitig für Überdrucklaminierung unter Verwendung von Walzen notwendig wären, um eine unerwünschte Walzendurchbiegung in der Nähe der Mitte der Walzen zu beschränken. Die Walzen, die in dem Laminiergerät der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können in einigen Fällen weniger als ein Zehntel der herkömmlichen Metallwalzen wiegen, die gebraucht werden, um eine Kraft von über 3.800 Newton mit einer ähnlichen Längenvorrichtung anzuwenden.
  • Die Walzen, die in dem Gerät und den Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können vorzugsweise äußere Oberflächen aufweisen, die weich genug sind, um sich der Substratoberfläche anzupassen. Die Verwendung von anpassungsfähigen Walzen kann die Dichtung an den Berührungspunkten zwischen den Walzen verbessern, was zur Erzeugung und Aufrechterhaltung von wünschenswerten Unterdruckniveaus in dem Vakuumhohlraum beitragen kann. Die Anpassungsfähigkeit kann auch nützlich sein, um den Kontakt zwischen den Walzen und Folien, die laminiert werden, zu verbessern, wenn man mit Ungleichförmigkeiten oder zusammengesetzten Krümmungen auf der Oberfläche konfrontiert wird. Wenn die Substratoberfläche erhöhte oder tiefere Bereiche, wie Nieten oder Einbeulungen, enthält, sind weiche Walzen daher gewünscht, um eine vollständige Übereinstimmung der Folie mit der Substratoberfläche zu sichern. Eine weiche Gummiwalze mit einem hohen Reibungskoeffizienten gegenüber der druckempfindlichen Folie funktioniert sehr gut auf genieteten Oberflächen. Eine weitere mögliche Walzenzusammensetzung ist Schaumgummi. Des Weiteren ist gefunden worden, dass ein inniger Kontakt der Folie zu der Walze an der Grenzfläche der Aufbringung auf das Substrat dabei hilft, das Auftreten von Faltenbildung zu verhindern, wenn über Nieten und auf ungleichförmige Oberflächen aufgebracht wird. Ein hoher Grad an Umwicklung trägt auch zur Unterstützen der Folie bei.
  • Derzeit ist für Oberflächen, die Ungleichförmigkeiten enthalten, eine weiche Gummiwalze mit einer Härte nach der Shore-Skala von etwa Shore 00 10 bis etwa Shore A 60 bevorzugt, insbesondere von etwa Shore 00 30 bis etwa Shore A 30. Wenn das Substrat keine Ungleichförmigkeiten enthält, können härtere Walzenoberflächen (z.B. Metalloberflächen) verwendet werden, und diese können potentiell höhere Drücke entwickeln, verglichen mit weicheren Walzen.
  • Die Durchmesser der Walzen 12, 14 und 16 können in Abhängigkeit von einer Reihe von Faktoren, wie die gewünschten Laminierdrücke, die Länge der Walzen, usw., variieren. Es kann wünschenswert sein, dass die relativen Durchmesser der Walzen bestimmte Beziehungen besitzen. Es kann zum Beispiel wünschenswert sein, dass die äußeren Walzen 14 und 16 im Wesentlichen gleiche Durchmesser aufweisen. Es kann auch bevorzugt sein, dass die Dichtungswalze 12, die zwischen beiden äußeren Walzen 14 und 16 angeordnet ist, einen größeren Durchmesser als die äußeren Walzen 14 und 16 aufweist, um den Abstand zwischen den äußeren Walzen 14 und 16 zu erhöhen, ohne alle Walzen größer zu machen. In einigen Fällen kann der Abstand (D) zwischen den Mittelpunkten der äußeren Walzen 14 und 16 durch die folgende Gleichung bestimmt werden: D = √(2AB + A2) wobei A der jeweils der Durchmesser der äußeren Walzen 14 und 16 ist (die gleich sind) und B der Durchmesser der Dichtungswalze 12 ist, um Biegen der Walzen zu reduzieren oder zu verhindern, wenn ein Vakuum in dem Vakuumhohlraum A gezogen wird.
  • In einigen Fällen, wie der Aufbringung von Polymerfolien, die Graphiken tragen, auf z.B. Lkw-Anhänger, können die Walzen 14 und 16 Durchmesser im Bereich von etwa 4 cm bis etwa 23 cm, vorzugsweise etwa 5 cm bis etwa 13 cm, aufweisen.
  • Es kann wünschenswert sein, dass die Größe und Konstruktion der Walzen 12, 14 und 16 derartig ist, dass während der Laminierung sich die äußeren Walzen 14 und 16 durchbiegen oder nach innen zueinander biegen. Alternativ kann es wünschenswert sein, wenn nur die äußere Walze oder Walzen, um die eine Folie gewickelt ist, sich durchbiegen oder nach innen biegen. Eine derartige Durchbiegung kann beim Reduzieren von Falten in dem Laminierprozess helfen, indem die Folie im Prinzip nach außen von dem Mittelpunkt der durchgebogenen Walzen ausgebreitet wird. Die Durchbiegung kann durch Variieren der Zugspannung auf die Folie oder Folien, die um die durchgebogene Walze oder die durchgebogenen Walzen gewickelt sind, geregelt werden. Die Durchbiegung kann auch durch Variieren des Unterdrucks in dem Vakuumhohlraum A, Variieren der Walzengröße oder Variieren des Abstandes zwischen den äußeren Walzen 14 und 16 geregelt werden. In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, flexible Walzen für das Laminieren von Folien auf gekrümmte Oberflächen zu verwenden.
  • Das Aufbringgerät 10 kann auf horizontale oder vertikale Schienen oder eine andere beliebige geeignete Struktur für breite Bahnen (größer als etwa 60 cm) montiert werden oder kann für schmale Bahnen (weniger als etwa 30 cm) in der Hand gehalten oder an eine in der Hand gehaltenen Stange montiert werden. Die Breite des Aufbringgeräts 10 kann daher nach den Bedürfnissen des Fachmanns variiert werden und kann verwendet werden, um Folien, die von Tapete bis zu Folien zur graphischen Kennzeichnung, die von Minnesota Mining and Manufacturing Company (3M) aus St. Paul, MN, USA unter den Marken ControltacTM- und ScotchcalTM-Folien vertrieben werden, reichen.
  • 3 zeigt eine Verwendung des Laminators 10 der vorliegenden Erfindung. Ein Laminat der Folie 22, Klebstoff 26 und Trennlage 28 (die den Klebstoff 26 schützt) wird zwischen Dichtungswalze 12 und Walze 16 eingefädelt und zwischen Walze 12 und Walze 16 getrennt, wobei die Trennlage 28 dem Umfang der Walze 12 zu Walze 14 folgt und die klebstoffbeschichtete Folie 22 dem Umfang der Walze 16 zu einem Kontaktpunkt mit Substrat 24, der als Grenzfläche X innerhalb des Vakuumhohlraums A gekennzeichnet ist, folgt. Innerhalb des Vakuumhohlraums A drückt die äußere Walze 16 den Klebstoff 26 auf der Folie 22 gegen das Substrat 24 an der Grenzfläche X, während die Walzen 14 und 16 entgegen dem Uhrzeigersinn rotieren und die Dichtungswalze 12 im Uhrzeigersinn rotiert (wie mit den entsprechenden Pfeilen gezeigt) und die Grenzfläche X in Richtung der Bewegung M fortschreitet.
  • 4 zeigt ein weiteres Einfädeln des Folie/Trennlage-Laminats, wobei Folie 22, Klebstoff 26 und Trennlage 28 in den Laminator 10 zwischen Walze 12 und Walze 16 aus der Richtung eintritt, in die sich das Aufbringgerät 10 bewegt (Bewegung M). Das Laminat der Folie 22 und Trennlage 28 kontaktiert daher den Umfang der Dichtungswalze 12, der Delaminierungspunkt erfolgt jedoch an Punkt Y zwischen Walze 12 und Walze 14, wobei die Trennlage 28 in die gleiche Richtung wie Bewegung M zurückkehrt. In dieser Ausführungsform kontaktiert die Folie 22 zuerst das Substrat 24 außerhalb des Vakuumhohlraums A, wird jedoch gegen das Substrat 24 von der äußeren Walze 14 an der Grenzfläche Z gedrückt, sobald die Bewegung M dazu führt, dass die Folie 22 in den Vakuumhohlraum A eintritt. Die äußere Walze 16 stellt auch eine Laminierkraft gegen die Folie 22 und das Substrat 24 bereit.
  • Um die Laminierung zu verbessern, können auch eine oder beide der äußeren Walzen 14 und 16 beheizt werden. Bezug nehmend auf 5, kann in einer anderen Alternative eine Heizvorrichtung entweder außerhalb des Laminators 110 positioniert werden, um eine Folie zu beheizen, bevor sie in den Vakuumhohlraum A' eintritt, oder, wie in 5 veranschaulicht, kann eine Heizvorrichtung 140 innerhalb des Vakuumhohlraums A' angeordnet sein, um die Folie 122 zu beheizen. Die Heizvorrichtung 140 kann ein Hitzeschild aufweisen, um die Richtung, in der sich die thermische Energie bewegt, mindestens teilweise zu regeln. Beispiele für geeignete Heizvorrichtungen umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf: Infrarotheizgeräte, Widerstandsheizgeräte, Kohlefäden, Quarzstrahler, usw. Wenn die Wärme angewandt wird, während sich die Folie außerhalb des Vakuumhohlraums befindet, z.B. vor dem Eintreten in die Vakuumkammer oder nach dem Austreten aus der Vakuumkammer, kann Heißluft verwendet werden.
  • Die Verwendung von Wärme in Zusammenhang mit dem Laminieren von Folien wird in der gleichzeitig anhängigen, gemeinsam übertragbaren US-Patentanmeldung Eingangsnummer 09/236,806, eingereicht am 25. Januar 1999 und ihrer Teilfortführungspatentanmeldung US-Patentanmeldung Eingangsnummer 09/479,648, eingereicht am 7. Januar 2000 (Aktenzeichen des Anwalts 54655USAlB) offenbart.
  • Die Laminatoren der vorliegenden Erfindung können auf einem Montagerahmen fahren oder anderweitig über die Oberfläche des Substrats befördert werden. Des Weiteren wird die Substratoberfläche in Richtung der Walzen gezogen, damit eine beliebige unebene oder flexible Folie leichter mit dem Aufbringgerät der vorliegenden Erfindung als mit einem Drucksystem zu verwenden ist.
  • Nutzen der Erfindung
  • Laminatoren, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, erlauben dem Fachmann, die Folie 22 bei Unterdruck (3) oder Atmosphärendruck (4) unter Verwendung von vakuumunterstützen Laminierdrücken, um die Folie 22 schnell und garantiert gegen das Substrat 24 zu kleben, selbst wenn ein derartiges Substrat 24 Oberflächenfehler, zusammengesetzte Krümmungen oder Ungleichförmigkeiten verglichen mit einer flachen Oberfläche aufweist, aufzubringen. Das Substrat kann vertikal oder horizontal ausgerichtet sein. Das Gerät kann sich in einer beliebigen gewünschten Richtung verschieben, z.B. horizontal, vertikal, usw. Alternativ kann das Gerät stationär bleiben, während sich das Substrat bewegt.
  • Des Weiteren sind die Laminierdrücke, die erzielt werden können, nicht auf die Kraft angewiesen, die verwendet wird, um den Laminator in Position gegen eine Oberfläche zu bewegen. Das Laminiergerät kann zum Beispiel an einer langgestreckten Stange über dem Kopf von z.B. einem Bediener gehalten werden. Nach dem Ziehen eines Vakuums in dem Vakuumhohlraum kann der Laminator die gewünschten Laminierkräfte liefern, unabhängig von den Kräften, die durch den Bediener auf z.B. den äußeren Rahmen der Vorrichtung bereitgestellt werden. In einem weiteren Beispiel kann das Laminiergerät an Seilen, Kabeln oder anderen Strukturen, die es in Position über ein Substrat bewegen, aufgehängt werden. Aktivierung der Vakuumquelle kann dann den Laminator gegen das Substrat ziehen, um die gewünschten Laminierdrücke bereitzustellen.
  • Jede beliebige klebstoffbeschichtete Folie kann von dem Aufbringgerät der vorliegenden Erfindung profitieren, z.B. können wärmeaktivierbare Klebstoffe zusammen mit Wärme verwendet werden. Nichtbeschränkende Beispiele für derartige Folien umfassen eine beliebige Folie, die momentan von Minnesota Mining and Manufacturing Company (3M) aus St. Paul, MN, USA unter den Marken ScotchcalTM; ControltacTM und desgleichen verkauft wird.
  • Es ist gefunden worden, dass eine klebstoffbeschichtete Folie, und zwar: ControltacTM 180 Folie, erfolgreich unter Verwendung des Aufbringgeräts der vorliegenden Erfindung angeklebt werden kann. Es ist auch gefunden worden, dass bis zu 80 % der Zeit, die normalerweise zum Ankleben einer typischen Folie zur graphischen Kennzeichnung erforderlich ist, eingespart werden kann, was die Gesamtkosten des Anklebens einer derartigen Folie um bis zu 40 % reduziert.
  • Ein völlig neues Geschäftsverfahren kann unter Verwendung des Aufbringgeräts und der Verfahren der vorliegenden Erfindung geschaffen werden. Das Geschäftsverfahren kann das Abschließen eines Vertrages mit einem Besitzer eines Bildes, um das Bild auf eine Folie zur graphischen Kennzeichnung zu produzieren, umfassen, wobei der Produzent der Folie zur graphischen Kennzeichnung das Bild druckt und die Bildgraphikfolie auf ein Substrat unter Verwendung des Aufbringgeräts und Verfahrens der vorliegenden Erfindung aufträgt. Alternativ kann der Folienproduzenten für die Verwendung des Aufbringgeräts und Verfahrens einen Subunternehmer einsetzen, um einem entfernten Subunternehmer bzw. Subunternehmern zu erlauben, die Graphikfolie bzw. Graphikfolien auf das Substrat bzw. die Substrate zum weiteren Vertrieb oder zur Verwendung aufzutragen. Das Bild wird vorzugsweise an mehrere entfernte Standorte vertrieben und unter Verwendung der gleichen Verfahren an allen Standorten gedruckt und aufgetragen, wobei alle von den Arbeitseinsparungen, die die Aufbringgeräte und Verfahren der vorliegenden Erfindung gewähren, profitieren.
  • Das vakuumunterstützte Aufbringgerät der vorliegenden Erfindung kann auch verwendet werden, um eine druckempfindliche Folie, die leicht an einer Oberfläche haftet, nachzubearbeiten, wobei sie in diesem Fall nicht zwischen den Walzen hindurchlaufen würde, sondern die Walzen nur einen hohen Druck ausüben würden.
  • 6 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines gesteuerten, vakuumunterstützten Laminiergeräts gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Gerät weist einen Laminator 410 auf, der ähnlich wie die Laminiervorrichtungen, die oben in Zusammenhang mit z.B. den 1 und 2 beschrieben sind, konstruiert sein kann. In Kürze weist der Laminator 410 jedoch vorzugsweise Laminierwalzen, die mit einem Abstand angeordnet sind, und einen Dichtungsmechanismus auf, die einen Vakuumhohlraum ausbilden, wie oben ausführlicher beschrieben.
  • Der Laminator 410 wird entlang eines Substrats während der Laminierung einer Folie unter Verwendung eines Steuersystems 460 gesteuert. Das dargestellte Steuersystem 460 kann eine Vielfalt von Komponenten aufweisen, die z.B. einen vertikalen Regelmechanismus 470, der den Laminator 410 in einer gewählten vertikalen Position relativ zu einer Bezugslinie 462 halten kann, umfassen. Das Steuersystem 460 kann auch gegebenenfalls einen Tiefenregelmechanismus 480 aufweisen, der den Laminator 410 in einer gewählten Tiefe vom Substrat halten kann. Das Steuersystem 460 kann auch ein Fahrzeug 490 aufweisen, dass den Laminator 410 entlang des Substrats in einer Laufrichtung bewegen kann.
  • Die Bezugslinie 462 kann eine Vielfalt von Formen annehmen, ist jedoch vorzugsweise feststehend oder stationär relativ zu dem Substrat, auf das die Folie aufgebracht werden soll. Die Bezugslinie 462 ist typischerweise gerade und kann eine Vielfalt von Formen annehmen. Beispiele für einige geeignete Bezugslinien 462 können Laserstrahlen, Merkmale auf dem Substrat (z.B. die Kante einer Anhängerwand), Führungsdrähte (eingegraben oder anderweitig), mechanische Führungen (z.B. Drähte, Stangen, usw.), die relativ zum Substrat feststehend sind, usw. umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Die Verwendung eines Laserstrahls als eine Bezugslinie 462 kann die Verwendung eines rotierenden Laserstrahls umfassen, der eine Bezugsebene definiert, was z.B. in der Bauindustrie gut bekannt ist. Alternativ kann ein Laserstrahl parallel zu dem Substrat ausgerichtet werden, wobei dadurch eine gerade Linie relativ zu dem Substrat definiert wird. In Abhängigkeit von ihrer Form kann die Bezugslinie 462 mechanisch (z.B. unter Verwendung von Grenzschaltern), elektrisch (z.B. Hall-Effekt-Sensoren, HF-Sensoren, usw.), optisch (z.B. unter Verwendung von Photozellen) oder durch ein beliebiges anderes geeignetes Verfahren geortet werden.
  • Wieder auf 6 Bezug nehmend, kann der vertikale Regelmechanismus 470 die Bezugslinie 462 unter Verwendung eines Sensors 472 orten, der basierend auf der Form der Bezugslinie 462 gewählt wird. In ähnlicher Weise kann der Tiefenregelmechanismus 480 einen Sensor 482 aufweisen, der die Bezugslinie 462 orten kann. Diese Ausführungsform eines Tiefenregelmechanismus 480 erfordert im Allgemeinen eine Bezugslinie 462, die sich in einem feststehenden Abstand von dem Substrat befindet. Das Fahrzeug 490 kann auch einen Sensor 492 zum Orten der Bezugslinie 462 aufweisen, um zum Bewegen des Laminators 410 in der Laufrichtung beizutragen. In einer derartigen Anordnung kann es bevorzugt sein, dass die Bezugslinie 462 parallel zu der Laufrichtung ist. In einigen Fällen kann mindestens ein Teil der Funktion des Tiefenregelmechanismus 480 durch das Fahrzeug 490 bereitgestellt werden, wenn das Fahrzeug 490 entlang des Substrats in einem feststehenden Abstand vom Substrat geführt wird. Das Fahrzeug 490 kann zum Beispiel eine grobe Regelung der Tiefe zwischen dem Laminator 410 und dem Substrat bereitstellen, während der Tiefenregelmechanismus eine feine Regelung der Tiefe zwischen dem Laminator 410 und dem Substrat bereitstellt, die die Regelung, die durch das Fahrzeug 490 bereitgestellt wird, komplimentiert.
  • 7 veranschaulicht eine weitere veranschaulichende Ausführungsform eines gesteuerten, vakuumunterstützten Laminiergeräts gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Gerät weist einen Laminator 510, einen vertikalen Regelmechanismus 570 und gegebenenfalls einen Tiefenregelmechanismus 580 auf, die alle auf dem Fahrzeug 590 montiert sind. Das Gerät kann auch gegebenenfalls eine Vakuumquelle 520, die in Fluidverbindung mit dem Laminator 510 steht, aufweisen, um das gewünschte Vakuum, das während des Laminierens verwendet wird, bereitzustellen.
  • Der Laufregelmechanismus 590 kann vorzugsweise ein in sich geschlossenes Fahrzeug sein, d.h. ein Fahrzeug, das einen Motor und Räder, Schienen, usw. aufweist, die es dem Fahrzeug 590 ermöglichen, sich aus eigener Kraft zu bewegen. Es kann ferner bevorzugt sein, dass das Fahrzeug 590 ein geführtes Fahrzeug ist, das das Sub strat ortet und sich entlang des Substrats in einem feststehenden Abstand davon bewegt. Das Führen kann auf der Bezugslinie beruhen, die von dem vertikalen Regelmechanismus 570 verwendet wird, oder es kann auf anderen Bezugssystemen beruhen. Eine vertikale Bezugslinie kann zum Beispiel bereitgestellt und durch den vertikalen Regelmechanismus geortet werden, um die vertikale Position des Laminators 510 zu regeln, während eine separate Fahrzeugbezugslinie bereitgestellt und durch das Fahrzeug 590 geortet werden kann, um das Fahrzeug 590 entlang des Substrats zu führen.
  • Die 8 und 9 veranschaulichen eine Ausführungsform eines gesteuerten Laminiergeräts, das ein in sich geschlossenes, geführtes Fahrzeug 690 aufweist. Das Fahrzeug 690 kann zum Beispiel auf einem im Handel erhältlichen Fahrzeug basieren. Das dargestellte Fahrzeug weist Räder 694 auf, um das Fahrzeug 690 in der Laufrichtung, wie durch den Pfeil 691 angezeigt, zu bewegen. Mit "in sich selbst geschlossen", wie zum Beschreiben des Fahrzeugs 690 verwendet, ist gemeint, dass das Fahrzeug 690 eine fahrzeugeigene Energiequelle aufweist, die in der Lage ist, die verschiedenen Systeme, die auf dem Fahrzeug 690 montiert sind, mit Energie zu versorgen. Das Fahrzeug 690 kann zum Beispiel Batterien, einen Verbrennungsmotor oder -motoren, usw. aufweisen.
  • Ein Laminator 610 ist auf dem Fahrzeug 690 montiert und wird verwendet, um eine Folie auf das Substrat 624 unter Verwendung von Vakuum, wie oben beschrieben, aufzubringen. Eine Bezugslinie 662 wird bereitgestellt, um zur vertikalen Positionierung des Laminators 610 (und letztendlich der Folie) beizutragen.
  • Das Gerät der 8 und 9 weist auch einen vertikalen Regelmechanismus auf, der in zwei verschiedenen Komponenten bereitgestellt wird. Ein vertikaler Grobeinstellmechanismus 674 wird bereitgestellt, um die obere Plattform 696 des Fahrzeugs 690 über die Basis 695 (die selbst von den Rädern 694 getragen wird) anzuheben. Der vertikale Grobeinstellmechanismus 674 kann in einer beliebigen geeigneten Weise bereitgestellt werden, z.B. hydraulische Zylinder, Scherenhebebühne, Schraubenwinden, usw. Ungeachtet der exakten Form wird gewünscht, dass die vertikale Grobeinstellung 674 eine ungefähre Positionierung des Laminators 610 relativ zu der Bezugslinie 662 bereitstellt.
  • Sobald die ungefähre Positionierung bewerkstelligt ist, kann ein vertikaler Feineinstellmechanismus 676 bereitgestellt werden, um den Laminators 610 genauer relativ zu der Bezugslinie 662 zu positionieren. Der vertikale Feineinstellmechanismus 676 kann eine Vielfalt von Formen annehmen, z.B. eine Schraube, hydraulische Zylinder, usw.
  • In 8 ist auch eine Vakuumquelle 620 zu sehen, die auf dem Fahrzeug 690 montiert ist, um den Laminator 610 während des Betriebs mit Vakuum zu versorgen. Die Vakuumquelle 620 wird vorzugsweise durch dieselbe Energiequelle mit Energie versorgt, die verwendet wird, um das Fahrzeug 690 in der Laufrichtung 691 zu bewegen.
  • Obwohl das Gerät der 8 und 9 als auf Bezugs linie 662 zur vertikalen Positionierung angewiesen veranschaulicht ist, können Merkmale wie die untere Kante 624a oder die obere Kante 624b des Substrats 624 auch zur vertikalen Positionierung des Laminators 610 verwendet werden (in der Annahme, dass derartige Merkmale mit der gewünschten Position der Folie korreliert werden können). In anderen Alternativen können der Boden, die Schienen oder andere Strukturen, die das Fahrzeug 690 tragen, zur vertikalen Positionierung verwendet werden, wenn sie entsprechend gerade und/oder waagerecht relativ zu der gewünschten Position des Laminators 610 sind. Derartige Merkmale oder Strukturen können alternative Formen mechanischer Führungen, wie sie in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden, bereitstellen.
  • 9 stellt auch eine separate Fahrzeugbezugslinie 664 dar, entlang der das Fahrzeug 690 geführt wird. Die Fahrzeugbezugslinie 664 kann in der Form eines Führungsdrahts, wie er häufig in Zusammenhang mit geführten Fahrzeugsystemen verwendet wird (der durch einen Sensor, der sich auf dem Fahrzeug 690 befindet, geortet werden kann), bereitgestellt werden. Alternativ kann die Fahrzeugbezugslinie in der Form einer mechanischen Führung, z.B. einer Schiene oder anderen physikalischen Struktur, entlang der das Fahrzeug 690 läuft, bereitgestellt werden. Wenn die Fahrzeugbezugslinie 664 in einem feststehenden Abstand von dem Substrat 624 angeordnet ist, kann sie verwendet werden, um den Abstand zwischen dem Laminator 610 und dem Substrat 624 zu regeln.
  • Wie in 9 zu sehen ist, kann die Bezugslinie 662 sich vorzugsweise entlang des Substrats 624 in einem feststehenden Abstand davon erstrecken (wobei die Bezugslinie als ein Punkt in 10 erscheint, die parallel zu dem planaren Substrat 624 angefertigt wurde). Demzufolge kann die Bezugslinie 662 auch verwendet werden, um den Abstand zwischen dem Laminator 610 und dem Substrat 624 zu regeln. Die Bezugslinie 662 könnte auch verwendet werden, um das Fahrzeug 690 entlang des Substrats 624 zu führen.
  • Zusätzlich zu dem Führen des Fahrzeugs 690, um die Tiefe zwischen dem Laminator 610 und dem Substrat 624 zu regeln, kann es auch wünschenswert sein, einen oder mehrere Vorspannmechanismen aufzuweisen, um den Laminator 610 in Richtung des Substrats 624 zu drücken. Vorspannen des Laminators 610 in Richtung des Substrats 624 kann insofern einen Vorteil bieten, dass, wenn das Vakuum ausfällt, etwas Druck auf die Folie, die auf das Substrat 624 laminiert wird, aufrechterhalten wird, bis das Vakuum wiederhergestellt oder der Aufbringungsprozess gestoppt werden kann.
  • Es kann ferner bevorzugt werden, das obere und untere Ende des Laminators 610 unabhängig voneinander in Richtung des Substrats 624 vorzuspannen. Mit „unabhängig voneinander" ist gemeint, dass die Enden des Laminators 610 frei beweglich sind (innerhalb von Grenzen), ohne Berücksichtigung der Position des gegenüberliegenden Endes des Laminators 610. Als Ergebnis kann der Laminator 610 besser in der Lage sein, Kontakt mit einem Substrat 624 zu halten, das nicht perfekt vertikal mit z.B. dem Fahrzeug 690 ausgerichtet sein kann. Verwiesen auf 10, ist ein schematisches Diagramm des Laminators 610 dargestellt, das einen oberen Vorspannmechanismus 684 und einen unteren Vorspannmechanismus 686 aufweist. Jeder Vorspannmechanismus dient dazu, den Laminator 610 in Richtung des Substrats 624 zu drücken. Die Vorspannmechanismen können in einer beliebigen geeigneten Form, z.B. hydraulische Zylinder, Federmechanismen, aufblähbare Blasen, Solenoids, usw., bereitgestellt werden.
  • Die 11 und 12 veranschaulichen einige alternative Verfahren und Mechanismen zum Führen eines Fahrzeugs entlang des Substrats und/oder Aufrechterhalten des gewählten Abstands d zwischen dem Laminator und dem Substrat. In 11 weist der Laminator 710 z.B. einen Ultraschall-, Infrarot- oder anderen kontaktfreien Sensor 782 auf, der das Substrat 724 ortet. Alternativ kann ein Kontaktsensor, z.B. ein mechanischer Grenzschalter, verwendet werden, um den Laminator 710 relativ zu dem Substrat 724 zu positionieren. Die eigentliche Positionierung des Laminators 710 kann z.B. durch Steuern eines Fahrzeugs, auf dem der Laminator 710 montiert ist, bewerkstelligt werden. Alternativ kann der Laminator 710 z.B. auf Schlitten montiert und in Richtung oder weg von dem Substrat 724 durch hydraulische Zylinder, eine Schraubenwinde oder einen anderen beliebigen geeigneten Mechanismus bewegt werden.
  • 12 stellt einen Laminator 810 dar, der einen mechanischen Abstandshalter aufweist, um einen gewählten Abstand zwischen dem Laminator 810 und dem Substrat 824 zu halten. Der veranschaulichte mechanische Abstandshalter ist in der Form eines Rads 784 bereitgestellt, das vorzugsweise auf dem Substrat 824 rollt, wobei dadurch der gewählte Abstand d zwischen dem Laminator 810 und dem Substrat 824 festgesetzt wird. Viele verschiedene mechanische Abstandshalter sind dem Fachmann bekannt, z.B. Schlitten, usw.
  • Die vorhergehenden spezifischen Ausführungsformen veranschaulichen die Anwendung der Erfindung. Diese Erfindung kann in Abwesenheit eines beliebigen Elements oder Objektes, das nicht spezifisch in diesem Dokument beschrieben ist, entsprechend angewandt werden.
  • Verschiedene Modifikationen und Änderungen dieser Erfindung werden dem Fachmann deutlich, ohne von dem Schutzumfang dieser Erfindung abzuweichen, und es versteht sich, dass diese Erfindung nicht unzulässig auf die hierin dargelegten veranschaulichenden Ausführungsformen zu beschränken ist, sondern durch die Beschränkungen, die in den Ansprüchen dargelegt sind, und beliebige Äquivalente zu diesen Beschränkungen einzuschränken ist.

Claims (27)

  1. Gesteuertes, vakuumunterstütztes Laminiergerät (10) zum Laminieren einer Folie (22; 122) an ein Substrat (24; 124; 624; 724; 824), wobei das Gerät aufweist: einen Laminator (18; 110; 410; 510; 610; 710; 810), der eine erste und zweite Laminierwalze (14, 16; 114, 116), die mit einem Zwischenraum angeordnet und parallel zueinander eingebaut sind, aufweist, einen Dichtungsmechanismus (12; 112), der sich zwischen der ersten und zweiten Walze (14, 16; 114, 116) erstreckt, wobei der Dichtungsmechanismus (12; 112) jeweils eine Dichtung mit der ersten und zweiten Walze (14, 16; 114, 116) bildet, einen Vakuumhohlraum (A; A'), der zwischen dem Dichtungsmechanismus (12; 112) und der ersten und zweiten Walze (14, 16; 114, 116) ausgebildet ist, und einen Vakuumstutzen (13), der in Fluidverbindung mit dem Vakuumhohlraum (A; A') steht; und ein Steuersystem (460) zum Führen des Laminators (18; 110; 410; 510; 610; 710; 810) über das Substrat (24; 124; 624; 724; 824), wobei das Steuersystem in der Lage ist, (i) eine gewählte vertikale Position des Laminators (18; 110; 410; 510; 610; 710; 810) relativ zu einer Bezugslinie (462; 662; 664) zu regeln und (ii) den Laminator (18; 110; 410; 510; 610; 710; 810) entlang des Substrats (24; 124; 624; 724; 824) in einer Laufrichtung (M; 691) zu bewegen.
  2. Gerät nach Anspruch 1, wobei das Steuersystem (460) aufweist: einen vertikalen Regelmechanismus (470; 570), wobei der vertikale Regelmechanismus den Laminator in der gewählten vertikalen Position hält; und ein Fahrzeug (490; 590; 690), wobei das Fahrzeug in der Lage ist, den Laminator entlang des Substrats zu bewegen.
  3. Gerät nach Anspruch 2, wobei die Bezugslinie (462; 662; 664) einen Laserstrahl aufweist und der vertikale Regelmechanismus (470) einen Sensor (472; 482; 492), der den Laserstrahl ortet, aufweist.
  4. Gerät nach Anspruch 2, wobei die Bezugslinie (462; 662; 664) eine mechanische Führung aufweist und der vertikale Regelmechanismus (470) einen Sensor (472; 482; 492), der die mechanische Führung ortet, aufweist.
  5. Gerät nach Anspruch 2, wobei die Bezugslinie (462; 662; 664) einen Führungsdraht aufweist und der vertikale Regelmechanismus (470) einen Sensor (472; 482; 492), der den Führungsdraht ortet, aufweist.
  6. Gerät nach Anspruch 2, wobei der vertikale Regelmechanismus (470) einen vertikalen Grobeinstellmechanismus (674) und einen vertikalen Feineinstellmechanismus (676) aufweist.
  7. Gerät nach Anspruch 1, das ferner einen Tiefenregelmechanismus (480; 580) aufweist, der eine gewählte Tiefe zwischen dem Laminator (18; 110; 410; 510; 610; 710; 810) und dem Substrat (24; 124; 624; 724; 824) aufrechterhält.
  8. Gerät nach Anspruch 7, wobei das Fahrzeug (490; 590; 690) ein geführtes Fahrzeug, das sich entlang der Bezugslinie (462; 662; 664) bewegt, aufweist und wobei ferner der Tiefenregelmechanismus (480; 582) das geführte Fahrzeug (490; 590; 690) aufweist.
  9. Gerät nach Anspruch 7, wobei der Tiefenregelmechanismus (480; 580) einen oberen und unteren Vorspannmechanismus (684; 686) unmittelbar am oberen und unteren Ende des Laminators (18; 110; 410; 510; 610; 710; 810) aufweist, wobei der Vorspannmechanismus den Laminator in Richtung des Substrats drückt.
  10. Gerät nach Anspruch 9, wobei der obere und untere Vorspannmechanismus (684; 686) unabhängig voneinander arbeiten.
  11. Gerät nach Anspruch 7, wobei der Tiefenregelmechanismus (480; 580) einen mechanischen Abstandshalter, der an dem Laminator befestigt ist, aufweist.
  12. Gerät nach Anspruch 7, wobei der Tiefenregelmechanismus (480; 580) einen Sensor (472; 482; 492), der das Substrat ortet, aufweist.
  13. Gerät nach Anspruch 2, wobei das Fahrzeug (490; 590; 690) ein in sich geschlossenes Fahrzeug aufweist.
  14. Gerät nach Anspruch 13, wobei der vertikale Regelmechanismus (470; 570) auf dem Fahrzeug montiert ist.
  15. Gerät nach Anspruch 13, wobei das Fahrzeug eine Vakuumquelle (520; 620), die in Fluidverbindung mit dem Vakuumstutzen (13) des Laminators steht, aufweist.
  16. Gerät nach Anspruch 13, wobei der vertikale Regelmechanismus (470; 570) auf dem Fahrzeug (490; 590; 690) montiert ist, und wobei ferner eine Vakuumquelle (520; 620), die in Fluidverbindung mit dem Vakuumstutzen (13) des Laminators steht, auf dem Fahrzeug montiert ist.
  17. Gerät nach Anspruch 1, wobei der Dichtungsmechanismus eine Dichtungsmechanismuswalze aufweist.
  18. Gerät nach Anspruch 1, wobei eine oder beide der ersten und zweiten Walze beheizt werden.
  19. Gerät nach Anspruch 1, wobei das Steuersystem aufweist: Mittel zum Aufrechterhalten der gewählten vertikalen Position des Laminators relativ zu einer Bezugslinie; und Mittel zum Bewegen des Laminators entlang des Substrats.
  20. Verfahren zum Laminieren einer Folie (22; 122) an ein Substrat (24; 124; 624; 724; 824), aufweisend: Bereitstellen eines gesteuerten, vakuumunterstützten Laminiergeräts (10), das einen Laminator (18; 110; 410; 510; 610; 710; 810) und ein Steuersystem (460) nach Anspruch 1 aufweist; Anordnen einer Folie (22; 122) zwischen dem Substrat und mindestens der ersten oder der zweiten Walze (14, 16; 114, 116); Ziehen eines Vakuums in dem Vakuumhohlraum (A; A'), der durch den Dichtungsmechanismus (12; 112) und die erste und zweite Laminierwalze (14, 16; 114, 116) ausgebildet wird, wobei die erste und zweite Laminierwalze gegen das Substrat gezogen werden; und Bewegen des Laminators entlang des Substrats in einer Laufrichtung (M; 691), während der Laminator in einer gewählten vertikalen Position relativ zu einer Bezugslinie (462; 662; 664) gehalten wird, wobei die Folie an das Substrat laminiert wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Bezugslinie (462; 662; 664) einen Laserstrahl aufweist und das Aufrechterhalten der gewählten vertikalen Position das Orten des Laserstrahls aufweist.
  22. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Bezugslinie (462; 662; 664) eine mechanische Führung aufweist und das Aufrechterhalten der vertikalen Position das Orten der mechanischen Führung aufweist.
  23. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Bezugslinie (462; 662; 664) einen Führungsdraht aufweist und das Aufrechterhalten der vertikalen Position das Orten des Führungsdrahts aufweist.
  24. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Aufrechterhalten der vertikalen Position das Durchführen einer vertikalen Grobeinstellung mit einem vertikalen Grobeinstellmechanismus (474) und einer vertikalen Feineinstellung mit einem vertikalen Feineinstellmechanismus (476) aufweist.
  25. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Bewegen des Laminators (18; 110; 410; 510; 610; 710; 810) das Anordnen des Laminators auf einem geführten Fahrzeug (490; 590; 690), Orten und Bewegen entlang der Bezugslinie (462; 662; 664) aufweist.
  26. Verfahren nach Anspruch 20, das ferner Drücken des Laminators (18; 110; 410; 510; 610; 710; 810) in Richtung des Substrats aufweist.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, das ferner das Drücken des oberen und unteren Endes des Laminators in Richtung des Substrats unabhängig voneinander aufweist.
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