EP3400759A1 - Vorrichtung zur erwärmung einer funktionsschicht - Google Patents

Vorrichtung zur erwärmung einer funktionsschicht

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Publication number
EP3400759A1
EP3400759A1 EP16816624.7A EP16816624A EP3400759A1 EP 3400759 A1 EP3400759 A1 EP 3400759A1 EP 16816624 A EP16816624 A EP 16816624A EP 3400759 A1 EP3400759 A1 EP 3400759A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
applicator
functional element
microwave
coating material
dielectric functional
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16816624.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
José Manuel Catalá-Civera
Domingo Rohde
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Homag GmbH
Original Assignee
Homag GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Homag GmbH filed Critical Homag GmbH
Publication of EP3400759A1 publication Critical patent/EP3400759A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/78—Arrangements for continuous movement of material
    • H05B6/788—Arrangements for continuous movement of material wherein an elongated material is moved by applying a mechanical tension to it
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/647—Aspects related to microwave heating combined with other heating techniques
    • H05B6/6491—Aspects related to microwave heating combined with other heating techniques combined with the use of susceptors
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/70—Feed lines
    • H05B6/701—Feed lines using microwave applicators
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2206/00—Aspects relating to heating by electric, magnetic, or electromagnetic fields covered by group H05B6/00
    • H05B2206/04—Heating using microwaves
    • H05B2206/046—Microwave drying of wood, ink, food, ceramic, sintering of ceramic, clothes, hair

Definitions

  • the invention relates to a device for heating a functional layer of a Be slaughterungsmateriais, such as a surface coating or an edge strip, in particular for applying the Be slaughterungsmateriais on a surface of a workpiece.
  • a device for heating a functional layer of a Be slaughterungsmateriais such as a surface coating or an edge strip, in particular for applying the Be slaughterungsmateriais on a surface of a workpiece.
  • the workpieces are, for example, in particular plate-shaped or three-dimensional made of wood, wood materials, plastic or the like elements, such as those used in furniture or in the manufacture of components, such as floor elements.
  • the coatings are laminar coatings for coating at least one flat broad side of the workpiece or so-called edge strips for coating at least one narrow side of the workpiece.
  • the coating consists of a surface layer and a functional layer, wherein the functional layer for connecting the Coating with the workpiece is used.
  • the functional layer is to be activated so that it adopts its adhesive properties so that the joining process can be carried out in a targeted manner.
  • the activation of the functional layer by means of laser beams or by means of hot compressed air is known.
  • the activation by means of laser beams has its advantages in the pinpoint application of the laser beam for precisely controlled activation.
  • the device for activation by means of laser beams however, has the disadvantage that the application shows its advantages rather only at high quantities. It is also disadvantageous that the energy applied by the laser decreases with the penetration depth of the laser radiation into the material of the functional layer.
  • the complete activation of the functional layer then takes place by means of heat conduction into the depth of the functional layer in order to achieve a uniform heating or activation of the functional layer.
  • the penetration depth of the laser radiation into the functional layer is dependent on the material of the functional layer, the type and amount of the laser absorber used and the type and amount of the dye used.
  • Activation via hot compressed air is also known in the art.
  • DE 10 201 1015898 discloses a device for generating hot compressed air, which is flowed on an edge band to heat the functional layer and thus to activate. In doing so, a significant amount of compressed air will have to be heated to high temperatures in order to heat or activate the functional layer as it passes through the device.
  • Such devices consume significant amounts of energy to heat the required high amounts of air to over 400 ° C, with a large part of the energy due to the design of the device in the heat exchanger via, for example, heat radiation or the like is removed parasitic. Also causes the high-volume hot air flow that the environment of the Device is exposed to high temperatures, which entails a considerable amount of air conditioning.
  • the hot air activation devices exhibit a high level of noise in the generation and outflow of the pressurized hot air, which is an issue for the operator! the device is disadvantageous and a considerable effort for noise reduction entails.
  • the upper layer of the functional layer at temperature of the hot air of 400 ° C to 500 ° C is strongly liquefied and is partially replaced by the strong air flow from the functional layer.
  • the energy applied by the hot air acts only on the surface and then has to be conducted by heat conduction into the depth of the functional layer in order to achieve a continuous heating of the functional layer to a temperature of substantially the process temperature or more. This results in a strong temperature gradient between the surface of the functional layer and the back of the functional layer, which adjoins the decorative layer of the coating material.
  • the applicant's earlier application discloses an apparatus for heating a functional layer of a coating material for applying the coating material to a surface of a workpiece, comprising a microwave source, an applicator and a microwave channel for supplying the microwave radiation generated in the microwave source to the applicator, wherein in the applicator Microwave field due to the supplied microwave radiation can be generated, wherein the applicator has at least one material channel which traverses the applicator and through which the coating material is feasible, so that the functional layer of the coating material in the microwave field within of the applicator is heated.
  • a dielectric filling is provided in the applicator away from the microwave source in order to be able to reduce the overall length of the applicator.
  • the material channel is arranged so that the maximum of the field strength of the electric microwave field should be in the region of the material channel. It turns out, however, that the position of the maximum of the microwave field shifts relative to the material channel, depending on the coating material to be carried out. This may result in a non-optimal temperature of the coating material.
  • the invention also relates to a related method.
  • An embodiment of the invention relates to a device for heating a functional layer of a coating material, such as a surface coating or an edge strip, in particular for applying the coating material to a surface of a workpiece, with a microwave source and an applicator, wherein microwave radiation generated in the microwave source can be fed to the applicator, wherein in the applicator a microwave field can be generated on the basis of the supplied microwave radiation, wherein the applicator has at least one material channel, which traverses the applicator and through which the coating material is feasible, so that the functional layer of the coating material in the microwave field within the applicator is heated, wherein in the applicator at least one displaceable dielectric functional element is arranged, by means of which the position of a maximum of the field strength of the microwave field relative to the material channel is positionable.
  • the maximum of the field strength can be spatially positioned, so that the maximum of the field strength can be arranged either in the region of the functional layer, the decorative layer or outside the coating material, regardless of the coating material used and its material and material thickness.
  • the applicator can be connected directly to the microwave source.
  • a microwave channel can also be arranged between the microwave source and the applicator.
  • the edge band formed as coating material is possible not or only slightly heated.
  • the functional layer of the coating material is heated to the process temperature.
  • the coating material formed for example as an edge band can be heated to a target temperature of about 40 ° C. to about 70 ° C. Due to the heating of the coating material, the restoring forces of the coating material in the gluing to workpieces with radii reduced.
  • the functional layer of the coating material is heated to the process temperature.
  • the at least one displaceable dielectric functional element is arranged between the microwave source and the material channel.
  • the displacement of the maximum can also be achieved towards the microwave source.
  • the maximum can also be shifted to the side of the material channel opposite the microwave source.
  • the position of the maximum of the electric field can be shifted into the region of the position of the functional layer of the coating material, such as an edgeband.
  • the device is advantageously designed so that this optimization can be carried out for each edge band in the respective operating mode.
  • a tuner and the displaceable dielectric functional element for displacing the position of the maximum electric field can be jointly controlled or regulated.
  • the intended target variables are: a favorable or optimal setting of the resonant frequency of the device and / or a favorable or optimal positioning of the maximum of the electric field relative to the position of the coating material in the applicator, in particular according to the technical requirements of the coating material.
  • Factors which can be influenced here include: the material or materials of the coating material, such as the edgeband, the operating mode used, whether the applicator is 100% filled with the coating material, such as the edgeband, or whether Applicator is filled at the inlet or outlet of the coating material between 0% and 99% with the Be harshungsmaterial.
  • a further dielectric functional element is arranged in the applicator.
  • This further dielectric element can effect the displacement of the maximum of the field distribution in a simple manner in cooperation with the first dielectric functional element.
  • the further dielectric functional element is arranged to be displaceable.
  • the position of the maximum can be set more appropriately.
  • the further dielectric functional element is arranged between the microwave source and the side of the material channel opposite the microwave source.
  • the first dielectric functional element and / or the further dielectric functional element is or are arranged to be displaceable and / or rotatable.
  • the first dielectric functional element or the weather dielectric functional element can also be displaced parallel to the axis or it can also be tilted.
  • At least one drive is provided for displacing the first dielectric functional element and / or the further dielectric functional element. It may be advantageous if by means of the at least one drive, the respective functional element is automatically adjustable. This allows an automatic adaptation to the position and nature of the coating material.
  • each of the functional elements can be positioned individually, which serves for the accuracy of the adjustment of the position of the maximum.
  • the first and / or the further dielectric functional element is displaceable in such a way that it is or can be aligned and arranged parallel to a coating material in the material channel. In this case, an oblique adjustment of the functional element or the functional elements in the material channel can be made, so that the functional element can follow the inclination of the coating material. This is advantageous in particular in the case of an inclined position of the coating material in the material channel in order to nevertheless take this into account.
  • a measuring device is provided for measuring the position of the first dielectric functional element and / or the further dielectric functional element. This allows the positioning to be monitored and automatically adjusted, as controlled or controlled.
  • the first and / or the further dielectric functional element have segments of dielectric functional elements which can be displaced independently or in groups or jointly. As a result, for example, a curved course of the coating material can be followed.
  • a dielectric functional element or a segment of a dielectric functional element consists of one of the following materials: PTFE, ceramic, glass, technical glass, Al 2 O 3, silica glass, SiO 2, fused silica, fused quartz, aluminum oxide, silicon oxide. This allows the targeted use of a material with suitable dielectric properties.
  • the device can be used both in a continuous system and in a machining center for the production and processing of workpieces
  • a plurality of applicators is provided.
  • a plurality of coating materials can be heated simultaneously, which can be applied in parallel to the same workpiece or to different workpieces.
  • a single coating material could also be heated differently at different points by means of a plurality of applicators, so that a targeted bonding can be carried out on different substrate conditions.
  • at least one applicator or all applicators has or have an applicator segment or a plurality of applicator segments. Thereby, the applicator can be divided into different areas or segments, in which the microwave field could be set differently. This would allow a specific adaptation of the amount of heat input to the specific needs of the bond.
  • an applicator or an applicator segment has a material channel or a plurality of material channels. Thereby, one or more coating materials can be heated simultaneously. In the case of particularly wide or areal coating materials, it is also possible to use a plurality of applicators in order to heat adjacent areas of a coating material.
  • an aperture for the microwave radiation is provided on at least one applicator and / or on at least one applicator segment.
  • a modulation device for adjusting the modulation of the microwave radiation is provided in at least one applicator and / or in at least one applicator segment.
  • the resonant frequency of the applicator can be adapted as a resonator to the resonant frequency of the microwave source, such as the magnetron.
  • the coating material to be heated which is guided through the applicator, alters the microwave field or the resonance frequency of the applicator, so that the modulation device adjusts the microwave field that builds up in such a way that the coating material can be heated optimally.
  • the said modulation device can also be formed by a dielectric functional element.
  • the at least one applicator or a group of applicators is supplied with microwave radiation by a microwave source or by a multiplicity of microwave sources, wherein in particular each applicator or each group of applicators is fed by its own microwave source,
  • the at least one applicator segment or a group of applicator segments is supplied with microwave radiation by a microwave source or by a plurality of microwave sources, wherein in particular each applicator segment or each group of applicator segments is fed by its own microwave source.
  • a microwave source or by a plurality of microwave sources wherein in particular each applicator segment or each group of applicator segments is fed by its own microwave source.
  • a plurality of applicators or a plurality of applicator segments is fed by a microwave source, wherein an allocation device is provided for dividing the microwave radiation and / or the microwave energy into the respective applicators or applicator segments.
  • the dividing device divides the microwave radiation, in particular with regard to the power, to the respective applicators or to the respective applicator segments, so that a specific application of the microwave energy can take place.
  • At least one microwave channel is provided, in particular one microwave channel per microwave source and / or one microwave channel per applicator and / or one microwave channel per applicator segment is provided.
  • the microwave channel is the Forwarding of the microwave radiation to the respective involved
  • Applicators or applicator segments so that a targeted heating of the coating material can take place. It is particularly advantageous if the microwave channel is a waveguide and / or a coaxial cable. If a plurality of applicator segments or applicators are provided, it may be advantageous if the waveguide is subdivided into segments and thus the microwave radiation can be forwarded. Also, the power line of the microwave energy from the microwave source to the applicator can be made by means of coaxial cables. This is done with adapted transitions, also referred to as tapered coaxial transitions. This has the advantage that the applicator can be easily disassembled so that maintenance work on the applicator can be simplified.
  • the material channel runs through the at least one applicator and / or through the at least one applicator segment, wherein the channel has an inlet opening and an outlet opening, which serve to introduce the coating material into the matehal canal and release it again.
  • the positioning in the microwave field of the applicator or the applicator segment is defined, which provides a more defined energy input. Also, a separation can occur through the material channel, so that the coating material does not come into direct contact with the applicator, because any contamination from the applicator are only badly removable.
  • the material channel has a circumferential wall which separates the material channel from the interior of the applicator or from the interior of the applicator segment. This can be a complete separation be made, which protects the applicator. This also defines the path of the coating material through the applicator, which is conducive to the defined energy input. It is particularly advantageous if at the inlet opening and / or at the outlet opening, a device is arranged, which reduces or prevents leakage of microwave radiation from the inlet opening or from the outlet opening. As a result, the emerging microwave radiation can be prevented or at least reduced below the permissible limit values.
  • the diaphragm is arranged between the microwave source and the applicator or the applicator segment.
  • the adjustment of the modulation of the microwave radiation in particular for the production of a stationary and / or traveling wave of the microwave radiation, can be carried out in the applicator or in the applicator segment.
  • the shape of the resonance curve of the applicator is variable.
  • the characteristic of the applicator shifts from a resonant device to a device with a running shaft, depending on the choice of the aperture.
  • the absorptive influences by the coating material on the microwave field can be compensated or compensated.
  • the diaphragm is an opening, in particular an opening in a metal wall.
  • the metal wall can shield the microwave radiation, so that only the microwave radiation passing through the opening is forwarded to the applicators or applicator segments.
  • the opening cross-section of the opening of the aperture is variably adjustable is particularly advantageous.
  • the modulation of the microwave radiation can be adjusted as needed.
  • the diaphragm has a metal element, which is projecting into the opening.
  • the effect of the aperture can still be adjusted without adjusting the opening.
  • the metal element is a metal bolt or another metal element. This or this can influence the microwave radiation particularly well.
  • the at least one material channel is arranged fixed in the applicator or in the applicator segment and the microwave field is variably adjustable in the applicator and / or in the applicator segment.
  • the microwave field can be adjusted to the material properties of the coating material or to the size ratios of the coating material.
  • the at least one material channel is displaceably adjustable in the applicator or in the applicator segment. Even so, an adaptation to the coating material to be heated can be made.
  • the material channel and / or the microwave field is adjustable such that a functional layer of the coating material can be arranged or carried out in a range of maximum electric field strength.
  • an applicator is subdivided into a plurality of applicator segments, wherein the applicator segments have substantially the same geometric dimensions. So can an individual Microwave energy can be controlled in the applicator segments, which can meet the needs of the coating material, if it requires a different heating, for example, over the height.
  • an applicator is subdivided into a plurality of applicator segments, with at least some of the applicator segments differing in height or in width. This too may be advantageous when using different height coating materials, such as variable height edgebands.
  • the applicator or the applicators or the applicator segment or the applicator segments are exchangeable.
  • the respective preferred applicator or the applicators or the applicator segments can be used, which are preferably suitable for the coating material to be heated.
  • the material channel consists of a material which is one of the following materials or has one of the following materials: PTFE, ceramic, glass, technical glass, Al 2 O 3 , silica glass, SiO 2 , fused silica, fused quartz, Alumina, silica .. This can be a passivation of the surface can be achieved.
  • the material channel is internally coated with a material which is one of the following materials or has one of the following materials: PTFE, ceramic, glass, technical glass, Al 2 O 3 , silica glass, SiO 2 , fused silica, fused Quartz, alumina, silica ..
  • the applicator or the applicators or the applicator segment or the applicator segments prefferably be coated internally with a material which is one of the following materials or one of the following Materials include PTFE, Ceramics, Glass, Technical Glass, Al2O3, Silica, Si0 2 , Fused Silica, Fused Quartz, Alumina, Silica.
  • a modulation device is arranged, which in particular adapts the resonant frequency of the filled resonator to the frequency of the magnetron.
  • the modulation device influences the microwave field in such a way that, depending on the selected coating material, it is arranged in the region of a maximum of the field strength.
  • a temperature measuring device which allows the monitoring of the temperature of the coating material in the material channel and / or at the entrance and / or at the outlet of the material channel.
  • the temperature of the coating material can be determined, so that the energy to be expended, the microwave field and its distribution can be adjusted according to the target temperatures.
  • a flushing device which allows an introduction or passage of a fluid, in particular a gas or air, into the material channel.
  • a fluid in particular a gas or air
  • targeted cooling of the coating material on the surface side can be carried out, while the side of the functional layer can be rinsed in order, for example, to remove gaseous media and / or microparticles from the material channel.
  • a guide device which guides the coating material in the Material channel allows.
  • the Be Mrsungsmatertal can be targeted and safely out through the microwave field.
  • An embodiment of the invention relates to a method for operating a device according to the invention, wherein at least one displaceable dielectric functional element is arranged in the applicator and is positioned to position the position of a maximum of the field strength of the microwave field relative to the material channel.
  • An embodiment of the invention relates to a method for heating a functional layer of a coating material, such as a surface coating or an edge strip, in particular for applying the coating material to a surface of a workpiece, the method comprising the following steps
  • Functional layer of the coating material is heated in the microwave field within the applicator, wherein in the applicator at least one displaceable dielectric functional element is arranged, by means of which the position of a maximum of the field strength of the microwave field is positioned relative to the material channel.
  • FIG. 1 shows a view of a device according to the invention for
  • FIG. 2 shows a side view of an applicator
  • FIG. 3 shows a view of an applicator from above
  • FIG. 6 is a side view of an applicator
  • FIG. 7 shows a view of an applicator from above
  • FIG. 8 shows a view of an applicator from the rear
  • FIG. 10 shows a view of an applicator from above
  • FIG. 11 is a side view of an applicator
  • FIG. 12 shows a side view of an applicator
  • FIG. 13 shows a view of an applicator from above
  • FIG. 14 shows a partial view of a device according to the invention
  • FIG. 15 shows a partial view of a device according to the invention with an illustrated amplitude of the microwave film
  • FIG. 16 shows a partial view of a device according to the invention with a shown amplitude of the microwave field
  • FIG. 17 shows a partial view of a device according to the invention with an illustrated amplitude of the microwave field
  • FIG. 18 shows a partial view of a device according to the invention with an illustrated amplitude of the microwave field
  • FIG. 19 shows a partial view of a device according to the invention with an illustrated amplitude of the microwave field
  • Figure 20 is a view of an applicator.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a device 1 according to the invention for heating a functional layer 2 of a coating material 3.
  • heating of a functional element is also understood as activation of a functional layer. These terms are used below as equivalent or equivalent.
  • FIG. 1 shows the functional layer on one side of the However, it may also be disposed on the other side of the coating material as well.
  • the coating material is in particular an edge band, which can be applied to a workpiece on a narrow side, or in particular a rather flat coating material, which can also be applied to a rather flat broad side of a workpiece.
  • the heating or activation of the functional layer 2 serves for the application and in particular the permanent fixing of the coating material 3 on a surface of the workpiece.
  • the functional layer is activated such that it forms or causes a type of adhesive by means of which the coating material can be bonded to the surface of the workpiece.
  • the device 1 has a microwave source 4 and an applicator 5, wherein the microwave radiation is transmitted by means of a microwave channel 6 from the microwave source 4 to the applicator 5.
  • the microwave channel 6, which is preferably designed as a waveguide or as a coaxial cable, is used to supply the microwave radiation generated in the microwave source 4 to the applicator 5. in the applicator 5 is thereby generated a microwave field, which is traversed by the coating material 3.
  • the applicator 5 has at least one material channel 7, which traverses the microwave field and through which the coating material is guided.
  • the microwave field is designed or controllable such that when passing through the coating material through the microwave field, the functional layer of the coating material is heated or activated.
  • the coating material consists of at least two layers, of which one layer is the functional layer, which is heated or activated, wherein the at least one other layer, which is referred to below as a decorative layer, depending on the application as possible not possible or only about 40 ° C. is heated to 70 ° C.
  • the functional layer and the decorative layer can each also consist of a corresponding own layer structure of several individual layers.
  • the functional layer and / or the decorative layer of the coating material may consist of at least one layer or of a plurality of layers.
  • the functional layer and the decorative layer each have a loss factor which as a loss factor of the respective material of
  • the loss factor is the imaginary part of the complex relative dielectric constant of the respective material.
  • the loss factor of the functional layer or the
  • Frequencies of 915 MHz, 2.45 GHz or 5.8 GHz define the ratio of loss factors.
  • the coating material is specified such that R> 1, preferably R> 10 applies.
  • R> 1 preferably R> 10 applies.
  • the applicator of the microwave source with microwave radiation of a power of 0.1 kW to about 50 kW is applied.
  • the heating of the functional layer is greater than the heating of the decorative layer, so that the decorative layer is not or possibly only slightly heated, while the functional layer is heated to process temperature.
  • each applicator can be powered by the same microwave source, or alternatively, each applicator can be powered by a separate microwave source. Also, groups of applicators or applicator segments may be powered by a microwave source or powered by a plurality of microwave sources.
  • FIGS. 2 to 5 each show different views of an applicator 10 according to the invention in a first operating position.
  • FIG. 2 shows the applicator in a side view
  • FIG. 3 in a plan view from above
  • FIG. 4 in a rear view
  • FIG. 5 in a front view.
  • the applicator 10 has three applicator segments 1 1, 12, 13, which are arranged one above the other.
  • the applicator segments 11, 12, 13 are cavities into which the microwave radiation is fed on the input side and which open into a chamber 14, in which the material channel 15 is provided, which forms a channel in order to be able to lead the coating material through the chamber 14 can.
  • a running or a standing wave of microwave radiation is formed and can heat or activate this in the implementation of the coating material 16 depending on the loss factor.
  • the applicator segments 1 1, 12, 13 are arranged one above the other and stepped at the rear end, so that the connection of a microwave channel 17, 18, 19 on an upper side of the respective Appiikatorsegments 1 1, 12, 13 is possible.
  • the microwave channel 17, 18, 19 is preferably a waveguide and / or a coaxial cable. It may be advantageous if a waveguide is used, that the waveguide is divided into segments.
  • the material channel 15 is designed such that it passes through the at least one applicator 10 and / or through the at least one applicator segment 1 1, 12, 13, wherein the material channel 15 has an inlet opening 21 and an outlet opening 22, which serve to Admit coating material 16 in the material channel 15 and leave it out again.
  • the material channel 15 has for this purpose a circumferential wall 23, which separates the material channel 15 from the interior or chamber 14 of the applicator 10 or from the interior of the respective Appiikatorsegments 11, 12, 13.
  • FIGS. 2 to 5 show an applicator 10 with three applicator segments 1 1 to 1 3.
  • the microwave radiation can be distributed to the respective applicators or to the respective applicator segments, so that the heating of the coating material in the material channel can be adapted to the needs.
  • the distribution of the microwave radiation can be variable, for example, via the height of the coating material.
  • the upper and / or lower edge of the coating material may be heated to a greater or lesser extent than a middle region.
  • the figures show an applicator with a material channel leading through the applicator through which the coating material is passed.
  • the at least one applicator also a plurality of material channels, which can be arranged one behind the other and / or one above the other.
  • several strips, strips or webs of coating material can be heated at the same time. This may be advantageous in a device in which several such heated coating materials are processed simultaneously.
  • several workpieces can be coated at the same time or it can be a workpiece coated on several sides.
  • an aperture 24 is provided in each case in the applicator or in the applicator segments 11, 12, 13. This aperture serves to adjust the shape of the resonance curve of the applicator or of the applicator segment. As the aperture 24 is made larger, the characteristic of the applicator or applicator segment shifts from a standing wave resonant system to a traveling wave system.
  • the diaphragm 24 preferably consists of a type of pinhole 25, which in its passage cross-section is variable and / or from a variable metal element 26, such as a metallic mandrel, which serves to selectively influence the microwave radiation.
  • Both the pinhole 25 and the metal element 26 is / are preferably designed to be adjustable in order to be able to set the characteristics of the applicator 10 or of the applicator segment 11, 12, 13 to the respective requirements.
  • the diaphragm 24 is arranged between the microwave source and the applicator or the applicator segment or in the applicator or in the applicator segment. It is preferably connected upstream of the modulation device 27.
  • the aperture 24 as a pinhole 25 in this case has an opening 28 which is in particular an opening 28 in a metal wall 29.
  • the opening cross section of the opening 28 of the aperture is variably adjustable.
  • the metal element acting as a diaphragm 26, which projects into the opening of the applicator segment is preferably adjustable.
  • the degree of penetration ie the penetration depth of the metal element into the opening, can be adjustable.
  • the metal element 26 is preferably arranged downstream of the pinhole 25. Alternatively, however, it could also be the pinhole 25 upstream. In this case, a metal element could be provided or it may alternatively be provided a plurality of metal elements. This or these can be arranged inside and / or outside of the applicator. According to the invention, the metal element is a metal bolt which projects into the applicator segment. Furthermore, it can be seen in FIGS. 2 and 3 that a modulation device 27 for adjusting the modulation of the microwave radiation is provided in at least one applicator 10 and / or in at least one applicator segment 11, 12, 13.
  • the modulation device 27 is designed as a type of flap which influences the microwave radiation in such a way that it adapts the resonant frequency of the resonator of the applicator or of the applicator segment 11, 12, 13 to the resonant frequency of the magnetron, ie the microwave source.
  • the modulation device 27 is formed as a kind of flap. This modulation device 27 is set downward in FIGS. 2 and 3. In FIGS. 6 and 7, the modulation device 27 is set turned upwards.
  • the at least one material channel 15 is arranged fixedly in the applicator 10 or alternatively also in the applicator segment, wherein the microwave field is variably adjustable in the applicator 10 and / or in the applicator segment.
  • the at least one material channel 15 in the applicator 10 or in the applicator segment can also be adjustably adjustable in order to be able to set the coating material in the microwave field.
  • the material channel and / or the microwave field can be adjusted such that a functional layer of the coating material can be arranged in a region of maximum electric field strength or can be carried out in this region.
  • the coating material is guided by a drive through the material channel.
  • the drive can be attached to the applicator or assigned to this.
  • the drive can also be a drive of a device which applies the coating material to the workpiece.
  • the drive may be part of an edge banding device, if
  • the coating material is an edge that can be applied to the narrow side of a workpiece.
  • the applicator can also be followed by a pressure device to apply the Be Mrsungsmateriai on the workpiece and press there.
  • the Appükatorsegmente 1 1, 12, 13 are the same in height.
  • an applicator 10 can also be subdivided into a plurality of applicator segments 11, 12, 13, wherein the applicator segments 11, 12, 13 can also have different geometric dimensions or heights.
  • an applicator can be divided into several Appükatorsegmente, wherein at least some of the Appükatorsegmente may differ in height and / or width.
  • the energy input into the coating material can be modulated as a function of the height or width.
  • the applicator or the applicators or the applicator segment or the Appükatorsegmente are interchangeable.
  • the applicators or the Appükatorsegmente can be used in different heights or widths to be adapted to the coating material.
  • the material channel 15 is formed as a continuous gap with a circumferential wall 23.
  • the material channel 15 is made of a material which is at least one of the following materials or has one of the materials: PTFE, ceramic, glass, technical glass and / or quartz glass.
  • the material channel 15 may for example be made of PTFE, such as Teflon, and be used as a PTFE block in the applicator 10.
  • the material passage 15 may be internally coated with a material "which is one of the following materials is or comprises one of the materials: PTFE, ceramics, glass, and industrial glass and / or quartz glass.
  • the applicator 10 or the applicators or applicator segment or the applicator segments 11, 12, 13 may be internally coated or filled with a material which is one of the following or comprises one of the following materials: PTFE, ceramic, glass, technical glass, Al 2 O 3, quartz glass, SiO 2, fused silica, fused quartz, aluminum oxide, silicon oxide.
  • Figures 6 and 9 show a guide device 30 in the material channel 15, which are formed as guide rails and are arranged below and above in the material channel 15.
  • the guide rails pass through the material channel 15, so that the coating material is guided on its way through the material channel 15.
  • the two guide rails or in general the guide device 30 is adjustable to the height or width of the coating material, so that also different high or wide Be Schweizerungsmatehalien, such as tapes, are feasible through the material gap.
  • the guide device serves to guide the coating material and furthermore has the advantage that in the region in which the coating material engages in the guide device, the heating is not as high as in a central region. This ensures that the edge region of the coating material with its functional layer can not stick to the guide device.
  • the range is about 0.5 to 4 mm wide or deep, in which engages the coating material in the guide device.
  • the guide device can also be resiliently mounted, in particular the guide rails, in order to avoid jamming of the coating material.
  • the guiding device such as the upper and / or the lower guide rail, may be connected to a flushing device and provided with channels to be flushed with a flushing medium, such as air.
  • a flushing medium such as air.
  • the flushing medium can be applied to the coating material in the lateral direction and / or directly from above or below in order to avoid overheating in the guide rail.
  • the guide rails preferably in the lower surface and / or in the upper surface and in the lateral surfaces channels, through which the flushing medium can be passed.
  • FIGS. 10 and 11 show an applicator 10 with a material channel 15 with a flushing device 40.
  • the flushing device 40 comprises a first flushing medium connection 41 and with a second flushing medium connection 42, the first flushing medium connection 41 and the second flushing medium connection 42 serving to connect a flushing medium ,
  • This flushing medium such as air, is guided by the flushing medium connections 41, 42 into channels 43, which distribute and open in the material channel 15 in order to flush the material channel 15 and the coating material 16 in the material channel 15.
  • the flushing device is an optional feature that can be used with the features of the other embodiments.
  • FIGS. 12 and 13 show an end region of the applicator 10 in which a filling 50 is provided in order to influence the dielectric properties of the resonator 51.
  • a filling 50 is provided in order to influence the dielectric properties of the resonator 51.
  • the filling is an optional feature that can be used with the features of the other embodiments.
  • a temperature measuring device 60 is provided which allows the monitoring of the temperature of the coating material 16 in the material channel 15 and / or at the entrance and / or at the outlet of the material channel 15.
  • a feedback for controlling or regulating the microwave energy and / or the resonance frequency of the applicator or the shape of the microwave field can take place.
  • a plurality of temperature sensors can be arranged, which detect the temperature of the coating material.
  • the number of temperature sensors can be 1 to 20 or more. It is particularly advantageous if a continuous measurement of the temperature of the functional layer of the coating material is made.
  • a control or regulation of the temperature of the functional layer as a function of the output power of the microwave source, the positions of the dielectric functional elements and / or the diaphragm or the metal element 26 can be made.
  • the desired value of the temperature of the functional layer can be kept constant over the length of the edge band.
  • the desired value of the temperature of the coating material can be varied, wherein the variation can be made according to a user-specific profile.
  • the device according to the invention serves to heat or activate a coating material.
  • the heating process can be combined by means of the microwave applicator with other heating devices or heating methods.
  • these further heating devices can be used for preheating and / or for achieving or for holding the process temperature of the functional layer.
  • the temperature profile of the coating material to be achieved in the process direction and perpendicular to the process direction by the combination of Heating profiles of each heater can be achieved.
  • the heating device is arranged in front of the microwave heating device in relation to the feed direction of the coating material.
  • the following heating devices are suitable for this: The direct heating of the functional layer via mechanical contact with heated mechanical components, hot air, IR, VIS or UV lamps, LED or laser devices or ultrasound.
  • the additional heating device is arranged relative to the feed direction of the coating material after the microwave heating device.
  • the following energy sources are advantageous: hot air, IR, VIS, or UV lamps, LED or laser devices or ultrasound.
  • the applicators shown can be used individually or in groups. Also, the applicators may have individual applicator segments or groups thereof. In this case, the applicator segments of an applicator can differ in height in order to achieve optimal heating of different high coating materials, for example as tapes.
  • the number of applicators is preferably between 1 and 20 or more. The number of applicator segments is preferably between 1 and 20 or more.
  • the inventive device 100 for heating a functional layer of a coating material, such as a surface coating or an edge strip, in particular for applying the coating material to a surface of a workpiece is shown in fragmentary form in FIG.
  • the device 100 has a microwave source, which has already been described above and is not shown in FIG. 14, and which is connected to an applicator 102 via a microwave channel 101.
  • the microwave channel 101 serves to supply the microwave radiation generated in the microwave source the applicator, wherein in the applicator a microwave field is generated due to the supplied microwave radiation.
  • At least one material channel 103 which traverses the applicator 102 and through which a coating material can be carried out, so that the functional layer of the coating material is heated in the microwave field within the applicator 102.
  • at least one displaceable dielectric functional element 104, 105 is arranged, by means of which the position of a maximum of the field strength of the microwave field is controllable.
  • the coating material can influence the microwave field in such a way that the maximum of the field strength shifts and no longer lies where the coating material or where the functional layer lies.
  • the at least one displaceable dielectric functional element 105 is arranged between the microwave source and the material channel. It can also be advantageous if the displaceable dielectric functional element 104 is arranged on the side of the material channel opposite the microwave source. It may also be advantageous if a further dielectric functional element 104 is arranged in the applicator 102. It may also be advantageous if the further dielectric functional element 104 is arranged to be displaceable. It is advantageous if the further dielectric functional element 104 between the microwave source and the first dielectric Functional element 104, 105 or the material channel is arranged or between the first dielectric functional element and the material channel 103 or on the microwave source opposite side of the material channel 103 is arranged.
  • the displaceability means that the at least one first dielectric functional element 105 and / or the further dielectric functional element 104 is or are arranged to be displaceable and / or rotatable.
  • the functional element can advantageously be displaced in such a way that the maximum of the field distribution lies in the region of the coating material or in the region of the functional layer.
  • FIG. 15 shows a partial view of the device 100 with an illustrated amplitude 120 of the field distribution of the microwave field. It can be seen in the amplitude different maxima, with a maximum in the region of the material channel 103 is arranged. It can be seen that the maximum of the amplitude is not exactly in the region of the material channel 103, but is slightly shifted in this respect. By displacing the dielectric functional elements 104 and / or 105, this can be adapted.
  • FIGS. 16 and 17 each show a partial view of the device 100 with illustrated amplitudes 120, 121 and 122, respectively, of the field distribution of the microwave field.
  • FIG. 16 shows the side view
  • FIG. 1 shows the top view of the device 100.
  • Different maxima are detected in the amplitude, wherein a maximum is arranged in the region of the material channel 103. It can be seen that the maximum of the amplitudes 120 and 122 are not exactly in the region of the material channel 103, but rather are slightly shifted in this respect.
  • the amplitude 121 is approximately in the middle of the material channel. By displacing the dielectric functional elements 104 and / or 105, this can be adapted.
  • FIGS. 18 and 19 each show a partial view of a further device 100 with an illustrated amplitude 120 of the field distribution of the microwave field. It can be seen in the amplitude different maxima, with a maximum in the region of the material channel 103 is arranged. It can be seen that the maximum of the amplitude is not exactly in the region of the material channel 103, but is slightly shifted in this respect. To clarify the facts, Figures 18, 19 show only the extreme positions.
  • the dielectric functional elements 104 and / or 105 By displacing the dielectric functional elements 104 and / or 105, this can be adapted.
  • the dielectric functional elements 104, 105 are each shifted to the right, ie away from the microwave source. The maximum is slightly to the left of the material channel 103.
  • the dielectric functional elements 104, 105 are each displaced to the left, that is, toward the microwave source.
  • the maximum is slightly to the right of the material channel 103.
  • FIG. 20 shows a sectional view of an applicator 200.
  • This has a material channel 201.
  • a dielectric functional element 202, 203 can be arranged, wherein at least one of the dielectric functional elements is designed to be displaceable and can be arranged correspondingly positionable.
  • at least one drive 204, 205 is provided, which the displacement of the first dielectric Functional element and / or the further dielectric functional element makes.
  • the two functional elements can be connected or coupled to one another via a guide.
  • a drive can be provided for displacing the first dielectric functional element and / or the further dielectric functional element.
  • the drive can also be coupled to a said modulation device.
  • first and / or the further dielectric functional element 104, 105, 202, 203 are or are displaceable in such a way that it or they can be aligned and arranged parallel to a coating material in the mate rial alkanal. In this case, an inclination can also be made possible if the coating material runs obliquely through the material channel. It is also advantageous if a measuring device 206, 207 is provided for measuring the position of the first dielectric functional element 202, 203 and / or the further dielectric functional element 202, 203. As a result, an automated control or regulation can be made.
  • first and / or the further dielectric functional element 202, 203 can have or have segments of dielectric functional elements which can be displaced independently or in groups or jointly. As a result, a three-dimensional arrangement can be achieved, which facilitates setting the maximum of the field distribution.
  • the dielectric functional element or segment of a dielectric functional element is made of one of the following materials: PTFE, ceramic, glass, engineering glass, Al 2 O 3, fused silica, SiO 2, fused silica, fused quartz, alumina, silica.
  • PTFE polytyrene
  • the dielectric functional element or the dielectric radiofrequency elements thus serves, in particular, to adjust the resonant frequency and with them in particular also the position of the maximum of the field distribution, in particular relative to the material channel, can be set.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1, 100) zur Erwärmung einer Funktionsschicht (2) eines Beschichtungsmaterials (3, 16), wie einer Oberflächenbeschichtung oder eines Kantenbandes, insbesondere zum Aufbringen des Beschichtungsmaterials (3, 16) auf eine Fläche eines Werkstücks, mit einer Mikrowellenquelle (4) und einem Applikator {5, 10, 102, 200), wobei in der Mikrowellenquelle (4) erzeugte Mikrowellenstrahlung dem Applikator {5, 10, 102, 200) zuführbar ist, wobei in dem Applikator (5, 10, 102, 200) ein Mikrowellenfeld aufgrund der zugeführten Mikrowellenstrahlung erzeugbar ist, wobei der Applikator (5, 10, 102, 200) zumindest einen Materialkanal (7, 15, 103, 201 ) aufweist, welcher den Applikator (5, 10, 102, 200) durchquert und durch welchen das Beschichtungsmaterial (3, 16) durchführbar ist, so dass die Funktionsschicht (2) des Beschichtungsmaterials (3, 16) im Mikrowellenfeld innerhalb des Applikators (5, 10, 102, 200) erwärmbar ist, wobei im Applikator (5, 10, 102, 200) zumindest ein verlagerbares dielektrisches Funktionselement (104, 105, 202, 203) angeordnet ist, mittels welchem die Lage eines Maximums der Feldstärke des Mikrowellenfelds relativ zum Materialkanal positionierbar ist.

Description

Vorrichtung zur Erwärmung einer Funktionsschicht
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung einer Funktionsschicht eines Beschichtungsmateriais, wie einer Oberflächenbeschichtung oder eines Kantenbandes, insbesondere zum Aufbringen des Beschichtungsmateriais auf eine Fläche eines Werkstücks. Stand der Technik
Im Stand der Technik ist es bekannt, auf Werkstücke Beschichtungen aufzubringen. Dabei sind die Werkstücke beispielsweise insbesondere plattenförmige oder dreidimensional aus Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoff oder Ähnlichem hergestellte Elemente, wie sie beispielsweise im Möbelbau oder bei der Herstellung von Bauelementen, wie beispielsweise Fußbodenelementen, verwendbar sind.
Die Beschichtungen sind dabei flächige Beschichtungen zur Beschichtung von zumindest einer flächigen Breitseite des Werkstücks oder so genannte Kantenbänder zur Beschichtung von zumindest einer Schmalseite des Werkstücks.
Dabei ist es bekannt, dass die Beschichtung aus einer Oberflächenschicht und einer Funktionsschicht besteht, wobei die Funktionsschicht zum Verbinden der Beschichtung mit dem Werkstück dient. Dazu ist die Funktionsschicht zu aktivieren, damit sie ihre klebenden Eigenschaften annimmt, so dass der Fügeprozess gezielt vorgenommen werden kann. Im Stand der Technik ist die Aktivierung der Funktionsschicht mittels Laserstrahlen oder mittels heißer Druckluft bekannt. Die Aktivierung mittels Laserstrahlen hat ihre Vorteile in der punktgenauen Applizierung des Laserstrahls zur punktgenau gesteuerten Aktivierung. Die Vorrichtung zur Aktivierung mittels Laserstrahlen hat jedoch den Nachteil, dass die Anwendung ihre Vorteile eher erst bei hohen Stückzahlen zeigt. Auch ist es nachteilig, dass die durch den Laser applizierte Energie mit der Eindringtiefe der Laserstrahlung in das Material der Funktionsschicht abnimmt. Die vollständige Aktivierung der Funktionsschicht erfolgt dann mittels Wärmeleitung in die Tiefe der Funktionsschicht, um eine gleichmäßige Erwärmung oder Aktivierung der Funktionsschicht zu erreichen. Die Eindringtiefe der Laserstrahlung in die Funktionsschicht ist dabei abhängig von dem Material der Funktionsschicht, der Art und der Menge des verwendeten Laserabsorbers und der Art und Menge des verwendeten Farbstoffes.
Auch ist die Aktivierung über heiße Druckluft im Stand der Technik bekannt. Die DE 10 201 1 015 898 offenbart eine Vorrichtung zur Erzeugung heißer Druckluft, welche auf ein Kantenband geströmt wird, um die Funktionsschicht zu erwärmen und damit zu aktivieren. Dabei wird eine erhebliche Menge Druckluft auf hohe Temperaturen zu erwärmen sein, um die Funktionsschicht im Durchlauf durch die Vorrichtung zu erwärmen oder zu aktivieren. Solche Vorrichtungen verbrauchen erhebliche Energiemengen, um die benötigten hohen Luftmengen auf über 400°C zu erwärmen, wobei ein großer Teil der Energie aufgrund der Gestaltung der Vorrichtung im Wärmeübertrager über beispielsweise Wärmestrahlung oder Ähnliches parasitär abgeführt wird . Auch bewirkt der hochvolumige heiße Luftstrom, dass die Umgebung der Vorrichtung hohen Temperaturen ausgesetzt ist, was einen erheblichen Aufwand an Klimatisierung nach sich zieht. Auch zeigen die Vorrichtungen zur Aktivierung mittels Heißluft einen hohen Geräuschpegel bei der Erzeugung und Ausströmung der unter Druck stehenden Heißluft, was für das Bedienpersona! der Vorrichtung nachteilig ist und einen erheblichen Aufwand für die Geräuschdämmung nach sich zieht. Bei der Nutzung von Heißluft zeigt sich, dass aufgrund der hohen Heißlufttemperaturen die obere Schicht der Funktionsschicht bei Temperatur der Heißluft von 400°C bis 500°C stark verflüssigt wird und durch die starke Luftströmung teilweise von der Funktionsschicht abgelöst wird. Diese abgelösten Teile der Funktionsschicht finden sich als Verschmutzungen auf den umliegenden Bauteilen wieder und reduzieren die zur Verklebung verfügbare Klebermenge. Auch ist es nachteilig, dass die durch die Heißluft applizierte Energie nur auf die Oberfläche wirkt und dann mittels Wärmeleitung in die Tiefe der Funktionsschicht weitergeleitet werden muss, um eine durchgängige Erwärmung der Funktionsschicht auf eine Temperatur von im Wesentlichen der Prozesstemperatur oder mehr zu erreichen. Dabei entsteht ein starker Temperaturgradient zwischen der Oberfläche der Funktionsschicht und der Rückseite der Funktionsschicht, die an die Dekorschicht des Beschichtungsmaterials grenzt.
Die ältere Anmeldung der Anmelderin offenbart eine Vorrichtung zur Erwärmung einer Funktionsschicht eines Beschichtungsmaterials zum Aufbringen des Beschichtungsmaterials auf eine Fläche eines Werkstücks, mit einer Mikrowellenquelle, einem Applikator und einem Mikrowellenkanal zur Zuführung der in der Mikrowellenquelle erzeugten Mikrowellenstrahlung zu dem Applikator, wobei in dem Applikator ein Mikrowellenfeld aufgrund der zugeführten Mikrowellenstrahlung erzeugbar ist, wobei der Applikator zumindest einen Materialkanal aufweist, welcher den Applikator durchquert und durch welchen das Beschichtungsmaterial durchführbar ist, so dass die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials im Mikrowellenfeld innerhalb des Applikators erwärmt wird. Dabei wird im Applikator abseits der Mikrowellenquelle eine dielektrische Füllung vorgesehen, um die Baulänge des Applikators reduzieren zu können. Der Materialkanal ist dabei so angeordnet, dass das Maximum der Feldstärke des elektrischen Mikrowellenfeldes im Bereich des Materialkanals liegen sollte. Es zeigt sich jedoch, dass sich die Position des Maximums des Mikrowellenfelds je nach dem durchzuführenden Beschichtungsmaterial relativ zum Materialkanal verschiebt. Dadurch kann sich eine nicht optimale Temperierung des Beschichtungsmaterials ergeben.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Erwärmung einer Funktionsschicht eines Beschichtungsmaterials, wie insbesondere einer Oberflächenbeschichtung oder eines Kantenbandes, insbesondere zum Aufbringen des Beschichtungsmaterials auf eine Fläche eines Werkstücks, zu schaffen, die einfach und kompakt ausgebildet ist und dennoch hinsichtlich der Temperierung des Beschichtungsmaterials optimiert ist. Auch betrifft die Erfindung ein diesbezügliches Verfahren.
Diese Aufgabe zur Vorrichtung wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung einer Funktionsschicht eines Beschichtungsmaterials, wie einer Oberflächenbeschichtung oder eines Kantenbandes, insbesondere zum Aufbringen des Beschichtungsmaterials auf eine Fläche eines Werkstücks, mit einer Mikrowellenquelle und einem Applikator, wobei in der Mikrowellenquelle erzeugte Mikrowellenstrahlung dem Applikator zuführbar ist, wobei in dem Applikator ein Mikrowellenfeld aufgrund der zugeführten Mikrowellenstrahlung erzeugbar ist, wobei der Applikator zumindest einen Materialkanal aufweist, welcher den Applikator durchquert und durch welchen das Beschichtungsmaterial durchführbar ist, so dass die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials im Mikrowellenfeld innerhalb des Applikators erwärmbar ist, wobei im Applikator zumindest ein verlagerbares dielektrisches Funktionselement angeordnet ist, mittels welchem die Lage eines Maximums der Feldstärke des Mikrowellenfelds relativ zum Materialkanal positionierbar ist. Durch die Position und Einstellung des dielektrischen Funktionselements kann das Maximum der Feldstärke räumlich positioniert werden, so dass unabhängig vom verwendeten Beschichtungsmaterial und dessen Material und Materialstärke das Maximum der Feldstärke entweder in dem Bereich der Funktionsschicht, der Dekorschicht oder außerhalb des Beschichtungsmaterials angeordnet werden kann.
Vorteilhaft kann der Applikator direkt mit der Mikrowellenquelle verbunden sein. Alternativ kann zwischen der Mikrowellenquelle und dem Applikator auch ein Mikrowellenkanal angeordnet sein.
Je nach Betriebsmodus ergeben sich dabei durchaus unterschiedliche Anforderungen an die selektive Erwärmung des Beschichtungsmaterials. In einem ersten Betriebsmodus beispielsweise für Durchlaufmaschinen und Bearbeitungszentren mit geraden Werkstücken wird das beispielsweise als Kanten band ausgebildete Beschichtungsmaterial möglichst nicht oder nur geringfügig erwärmt. Die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials wird dabei auf Prozesstemperatur erwärmt.
In einem weiteren Betriebsmodus, beispielsweise für Bearbeitungszentren mit einem Anbringen des Beschichtungsmaterials auf Radien kann das beispielsweise als Kantenband ausgebildete Beschichtungsmaterial auf eine Zieltemperatur von ca. 40° C bis etwa 70° C erwärmt werden. Durch die Erwärmung des Beschichtungsmaterials werden die Rückstellkräfte des Beschichtungsmaterials bei der Anleimung an Werkstücke mit Radien reduziert. Die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials wird dabei auf Prozesstemperatur erwärmt.
So ist es auch vorteilhaft, wenn das zumindest eine verlagerbare dielektrische Funktionselement zwischen der Mikrowellenquelle und dem Materialkanal angeordnet ist. Dadurch kann die Verlagerung des Maximums auch hin zur Mikrowellenquelle erreicht werden. Je nach dem Grad der Verlagerung kann das Maximum auch auf die der Mikrowellenquelfe gegenüberliegende Seite des Materialkanals verlagert werden.
Durch die mechanische Verschiebung und/oder Rotation des zumindest einen dielektrischen Funktionselementes und/oder zweier oder mehr solcher dielektrischer Funktionselemente kann die Position des Maximums des elektrischen Feldes in den Bereich der Position der Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials, wie beispielsweise eines Kantenbands, verschoben werden. Die Vorrichtung ist vorteilhaft so ausgelegt, dass diese Optimierung für jedes Kantenband in dem jeweiligen Betriebsmodus durchgeführt werden kann. Vorteilhaft kann ein Tuner und das verlagerbare dielektrische Funktionselement zur Verschiebungen der Position des Maximums elektrischen Feldes gemeinsam gesteuert oder geregelt werden. Die beabsichtigten Zielgrößen sind dabei: eine günstige oder optimale Einstellung der Resonanzfrequenz des Vorrichtung und/oder eine günstige oder optimale Positionierung des Maximums des elektrischen Feldes relativ zur Position des Beschichtungsmaterials im Applikator, insbesondere entsprechend den technischen Anforderungen des Beschichtungsmaterials.
Dabei beeinflussbare Einflussgrößen sind unter anderem: das Material oder die Materialien des Beschichtungsmaterials, wie des Kantenbands, der verwendete Betriebsmodus, ob der Applikator zu 100% mit dem Beschichtungsmaterial, wie mit dem Kantenband, gefüllt ist oder ob der Applikator beim Einlauf oder Auslauf des Beschichtungsmaterials zwischen 0% und 99% mit dem Besch ichtungsmaterial gefüllt ist.
Auch ist es vorteilhaft, wenn im Applikator ein weiteres dielektrisches Funktionselement angeordnet ist. Dieses weitere dielektrische Element kann in Zusammenwirken mit dem ersten dielektrischen Funktionselement die Verlagerung des Maximums der Feldverteilung auf einfache Weise bewirken.
Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn auch das weitere dielektrische Funktionselement verlagerbar angeordnet ist. Dadurch kann bei Verlagerbarkeit auch des weiteren dielektrischen Funktionselements die Lage des Maximums geeigneter eingestellt werden.
Vorteilhaft ist auch, wenn das weitere dielektrische Funktionselement zwischen der Mikrowellenquelle und der der Mikrowellenquelle gegenüberliegenden Seite des Materialkanals angeordnet ist. Dadurch kann je nach Ausbildung des elektrischen Mikrowellenfelds die Lage des Maximums der Feldstärke in Bezug auf das Beschichtungsmaterial geeignet eingestellt werden.
So ist es besonders vorteilhaft, wenn das erste dielektrische Funktionselement und/oder das weitere dielektrische Funktionselement verschiebbar und/oder verdrehbar angeordnet ist bzw. sind. Dabei kann das erste dielektrische Funktionselement oder das wettere dielektrische Funktionselement auch achsenparallel verlagert werden oder es kann auch verkippt werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zumindest ein Antrieb vorgesehen ist zur Verlagerung des ersten dielektrischen Funktionselements und/oder des weiteren dielektrischen Funktionselements. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn mittels des zumindest einen Antriebs das jeweilige Funktionselement automatisiert einsteilbar ist. Dadurch kann eine automatische Anpassung an die Lage und Beschaffenheit des Beschichtungsmaterials erfolgen.
So ist es auch vorteilhaft, wenn jeweils ein Antrieb vorgesehen ist zur Verlagerung des ersten dielektrischen Funktionselements und/oder des weiteren dielektrischen Funktionselements. Dadurch kann jedes der Funktionselemente individuell positioniert werden, was der Genauigkeit der Einstellung der Lage des Maximums dient. Auch ist es vorteilhaft, wenn das erste und/oder das weitere dielektrische Funktionselement derart verlagerbar ist bzw. sind, dass es oder sie parallel zu einem Beschichtungsmaterial im Materialkanal ausrichtbar und anordenbar ist oder sind. Dabei kann auch eine schräge Einstellung des Funktionselements oder der Funktionselemente im Materialkanal vorgenommen werden, so dass das Funktionselement der Schrägstellung des Beschichtungsmaterials nachfolgen kann. Dies ist insbesondere bei einer Schrägstellung des Beschichtungsmaterials im Materialkanal vorteilhaft um diese dennoch zu berücksichtigen. Auch ist es zweckmäßig, wenn eine Messvorrichtung vorgesehen ist zur Messung der Position des ersten dielektrischen Funktionselements und/oder des weiteren dielektrischen Funktionselements. Dadurch kann die Positionierung überwacht und automatisch eingestellt werden, wie geregelt oder gesteuert werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das erste und/oder das weitere dielektrische Funktionselement Segmente von dielektrischen Funktionselementen aufweisen, die unabhängig oder in Gruppen oder gemeinsam verlagerbar sind. Dadurch kann auch beispielsweise einem gekrümmten Verlauf des Beschichtungsmaterials nachgefolgt werden. So ist es auch vorteilhaft, wenn ein dielektrisches Funktionselement oder ein Segment eines dielektrischen Funktionselements aus einem der folgenden Materialien besteht: PTFE, Keramik, Glas, Technisches Glas, AI203, Kieselglas, Si02, Fused Silica, Fused Quarz, Aluminiumoxid, Siliziumoxid. Dies erlaubt den gezielten Einsatz eines Materials mit geeigneten dielektrischen Eigenschaften.
Durch die Applikation der Mikrowelienenergie auf das Beschichtungsmaterial wird eine gleichmäßige Volumenerwärmung erreicht, weil das Beschichtungsmaterial in dem Applikator in das Mikrowellenfeld eingeführt wird. Dadurch wird schnell eine gleichmäßige Erwärmung erreicht, wobei die Energie sehr fokussiert zur Verfügung gestellt wird, was den Energieverbrauch insgesamt minimiert. Dies führt zu einer gut einstellbaren und dosierbaren Energieapplikation, was dazu führt, dass die Temperatur der Funktionsschicht sehr genau und einfach einstellbar ist. Besonders vorteilhaft bei der Volumenerwärmung ist die Einhaltung bzw. Unterschreitung der kurzeitig zulässigen Maximaltemperatur des Materials der Funktionsschicht.
Die Vorrichtung ist dabei sowohl in einer Durchlaufanlage als auch in einem Bearbeitungszentrum zur Herstellung und Bearbeitung von Werkstücken einsetzbar
Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Mehrzahl von Applikatoren vorgesehen ist. Dadurch können bei Bedarf mehrere Beschichtungsmaterialien gleichzeitig erwärmt werden, die parallel auf das gleiche Werkstück oder auf unterschiedliche Werkstücke aufbringbar sind. Alternativ könnte mittels mehrerer Applikatoren ein einziges Beschichtungsmaterial auch an unterschiedlichen Stellen unterschiedlich erwärmt werden, so dass eine gezielte Verklebung auf unterschiedlichen Untergrundverhältnissen erfolgen kann. Auch ist es vorteilhaft, wenn zumindest ein Applikator oder alle Applikatoren ein Applikatorsegment oder eine Mehrzahl von Applikatorsegmenten aufweist oder aufweisen. Dadurch kann der Applikator in unterschiedliche Bereiche bzw. Segmente unterteilt werden, in weiche das Mikrowellenfeld unterschiedlich eingestellt werden könnte. Dies würde eine spezifische Anpassung der eingetragenen Wärmemenge an die spezifischen Bedürfnisse der Verklebung erlauben.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn ein Applikator oder ein Applikatorsegment einen Materialkanal oder eine Mehrzahl von Materialkanälen aufweist. Dadurch kann ein Beschichtungsmaterial oder mehrere Beschichtungsmaterialien gleichzeitig erwärmt werden. Bei besonders breiten bzw. flächigen Beschichtungsmaterialien können auch mehrere Applikatoren eingesetzt werden, um nebeneinander angeordnete Bereiche eines Beschichtungsmaterials zu erwärmen.
Auch ist es zweckmäßig, wenn an zumindest einem Applikator und/oder an zumindest einem Applikatorsegment eine Blende für die Mikrowellenstrahlung vorgesehen ist. Dadurch kann die einzusetzende Mikrowellenenergie bzw. das Mikrowellenfeld auf den individuellen Bedarf eingestellt werden.
Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn in zumindest einem Applikator und/oder in zumindest einem Applikatorsegment eine Modulationsvorrichtung zur Einstellung der Modulation der Mikrowellenstrahlung vorgesehen ist. Dadurch kann die Resonanzfrequenz des Applikators als Resonator an die Resonanzfrequenz der Mikrowellenquelle, wie des Magnetrons, angepasst werden. Dabei verändert das zu erwärmende Beschichtungsmaterial, welches durch den Applikator geführt wird, das Mikrowellenfeld bzw. die Resonanzfrequenz des Applikators, so dass die Modulationsvorrichtung das sich aufbauende Mikrowellenfeld so einstellt, dass das Beschichtungsmaterial optimal erwärmt werden kann. Dabei kann die besagte Modulationsvorrichtung auch durch ein dielektrisches Funktionselement ausgebildet sein.
Erfindungsgemäß ist es bei einem Ausführungsbeispiel zweckmäßig, wenn der zumindest eine Applikator oder eine Gruppe von Applikatoren durch eine Mikrowellenquelle oder durch eine Mehrzahl von Mikrowellenquellen mit Mikrowellenstrahlung gespeist wird, wobei insbesondere jeder Applikator oder jede Gruppe von Applikatoren von einer eigenen Mikrowellenquelle gespeist wird,
Auch ist es vorteilhaft, wenn das zumindest eine Appiikatorsegment oder eine Gruppe von Applikatorsegmenten durch eine Mikrowellenquelle oder durch eine Mehrzahl von Mikrowellenquellen mit Mikrowellenstrahlung gespeist wird, wobei insbesondere jedes Appiikatorsegment oder jede Gruppe von Applikatorsegmenten durch eine eigene Mikrowellenquelle gespeist wird. So können unterschiedliche Bedingungen spezifisch erzeugt werden, was den jeweiligen Bedürfnissen des jeweiligen Beschichtungsmaterials gerecht wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Mehrzahl von Applikatoren oder eine Mehrzahl von Applikatorsegmenten von einer Mtkrowellenquelle gespeist wird, wobei zur Aufteilung der Mikrowellenstrahlung und/oder der Mikrowellenenergie auf die jeweiligen Applikatoren oder Applikatorsegmente eine Aufteilvorrichtung vorgesehen ist. Die Aufteilvorrichtung teilt die Mikrowellenstrahlung insbesondere hinsichtlich der Leistung auf die jeweiligen Applikatoren oder auf die jeweiligen Applikatorsegmente auf, so dass eine spezifische Applikation der Mikrowellenenergie erfolgen kann.
Auch ist es vorteilhaft, dass zumindest ein Mikrowellenkanal vorgesehen ist, insbesondere ein Mikrowellenkanal je Mikrowellenquelle und/oder ein Mikrowellenkanal je Applikator und/oder je ein Mikrowellenkanal je Appiikatorsegment vorgesehen ist. Der Mikrowellenkanal dient der Weiterleitung der Mikrowellenstrahlung auf die jeweiligen beteiligten
Applikatoren oder Applikatorsegmente, so dass eine gezielte Erwärmung des Beschichtungsmaterials erfolgen kann. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Mikrowellenkanal ein Hohlleiter und/oder ein Koaxialkabel ist. Sind mehrere Applikatorsegmente oder Applikatoren vorgesehen, kann es vorteilhaft sein, wenn der Hohlleiter in Segmente unterteilt ist und so die Mikrowellenstrahlung weitergeleitet werden kann. Auch kann die Energieleitung der Mikrowellenenergie von der Mikrowellenquelle zum Applikator mittels Koaxialkabeln vorgenommen werden. Dies wird mit angepassten Übergängen durchgeführt, die auch als "tapered coaxial transitions" bezeichnet sind. Dies hat den Vorteil, dass der Applikator einfach demontiert werden kann, so dass Wartungsarbeiten am Applikator vereinfacht werden können.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Materialkanal durch den zumindest einen Applikator und/oder durch das zumindest eine Applikatorsegment verläuft, wobei der Kanal eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung aufweist, welche dazu dienen, das Beschichtungsmaterial in den Matehaikanal einzulassen und es wieder auszulassen. Durch den Materialkanal wird die Positionierung im Mikrowellenfeld des Applikators bzw. des Applikatorsegments definiert, was einen definierteren Energieeintrag erbringt. Auch kann durch den Materialkanal eine Trennung erfolgen, so dass das Beschichtungsmaterial nicht unmittelbar mit dem Applikator in Berührung gelangt, weil eventuelle Verschmutzungen aus dem Applikator nur schlecht entfernbar sind.
Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken ist es auch vorteilhaft, wenn der Materialkanal eine umlaufende Wand aufweist, welche den Materialkanal von dem Innenraum des Applikators oder von dem Innenraum des Applikatorsegments trennt. Dadurch kann eine vollständige Trennung vorgenommen werden, was den Applikator schützt. Auch wird dadurch der Weg des Beschichtungsmaterials durch den Applikator definiert, was dem definierten Energieeintrag förderlich ist. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn an der Einlassöffnung und/oder an der Auslassöffnung eine Vorrichtung angeordnet ist, welche einen Austritt von Mikrowellenstrahlung aus der Eintrittsöffnung bzw. aus der Austrittsöffnung reduziert oder verhindert. Dadurch kann die austretende Mikrowellenstrahlung verhindert oder zumindest unter die zulässigen Grenzwerte reduziert werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Blende zwischen der Mikrowellenquelle und dem Applikator oder dem Applikatorsegment angeordnet ist. Dadurch kann die Einstellung der Modulation der Mikrowellenstrahlung, insbesondere zur Erzeugung einer stehenden und/oder laufenden Welle der Mikrowellenstrahlung in dem Applikator oder in dem Applikatorsegment vorgenommen werden. Dadurch wird die Form der Resonanzkurve des Applikators veränderbar. Dabei verschiebt sich die Charakteristik des Applikators von einer resonanten Vorrichtung zu einer Vorrichtung mit einer laufenden Welle, je nach Wahl der Blende. Dadurch können die absorptiven Einflüsse durch das Beschichtungsmaterial auf das Mikrowellenfeld ausgeglichen oder kompensiert werden.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Blende eine Öffnung, insbesondere eine Öffnung in einer Metallwandung ist. So kann die Metallwandung die Mikrowellenstrahlung abschirmen, so dass nur die durch die Öffnung durchtretende Mikrowellenstrahlung an die Applikatoren bzw. Applikatorsegmente weitergeleitet wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Öffnungsquerschnitt der Öffnung der Blende veränderlich einstellbar ist. Dadurch kann je nach Bedarf die Modulation der Mikrowellenstrahlung verstellt werden. Auch ist es vorteilhaft, wenn die Blende ein Metallelement aufweist, welches in die Öffnung ragend einstellbar ist. So kann der Effekt der Blende weiterhin eingestellt werden, ohne die Öffnung zu verstellen.
Dabei ist es besonders vorteilhaft für die Wirkung als Blende, wenn das Metallelement derart einstellbar ist, dass die Eindringtiefe des Metallelements in die Öffnung einstellbar ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Metallelement ein Metallbolzen oder ein anderweitiges Metallelement ist. Dieser bzw. dieses kann die Mikrowellenstrahlung besonders gut beeinflussen.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der zumindest eine Materialkanal in dem Applikator oder in dem Applikatorsegment feststehend angeordnet ist und das Mikrowellenfeld veränderlich in dem Applikator und/oder in dem Applikatorsegment einstellbar ist. So kann das Mikrowellenfeld an die Materialeigenschaften des Beschichtungsmaterials oder an die Größenverhältnisse des Beschichtungsmaterials eingestellt werden.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der zumindest eine Materialkanal in dem Applikator oder in dem Applikatorsegment verlagerbar einstellbar ist. Auch so kann eine Anpassung an das zu erwärmende Beschichtungsmaterial vorgenommen werden.
Vorteilhaft ist es, wenn der Materialkanal und/oder das Mikrowellenfeld derart einstellbar ist, dass eine Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials in einem Bereich maximaler elektrischer Feldstärke anordenbar oder durchführbar ist.
Auch ist es vorteilhaft, wenn sich ein Applikator in mehrere Applikatorsegmente unterteilt, wobei die Applikatorsegmente im Wesentlichen gleiche geometrische Abmessungen aufweisen. So kann eine individuelle Mikrowellenenergie in den Applikatorsegmenten angesteuert werden, was den Bedürfnissen an das Beschichtungsmaterial gerecht werden kann, wenn diese eine unterschiedliche Erwärmung beispielsweise über die Höhe benötigt.
Auch ist es vorteilhaft, wenn sich ein Applikator in mehrere Applikatorsegmente unterteilt, wobei zumindest einzelne der Applikatorsegmente in der Höhe oder in der Breite unterscheiden. Auch dies kann vorteilhaft sein, wenn Beschichtungsmaterialien mit unterschiedlicher Höhe, wie Kantenbänder mit unterschiedlicher Höhe verwendet werden. Gemäß einem erfindungsgemäßen Gedanken ist es vorteilhaft, wenn der Applikator oder die Applikatoren oder das Applikatorsegment oder die Applikatorsegmente austauschbar sind. Dadurch kann der jeweilige bevorzugte Applikator bzw. die Applikatoren oder die Applikatorsegmente eingesetzt werden, die für das zu erwärmende Beschichtungsmaterial bevorzugt geeignet sind.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Materialkanal aus einem Material besteht, welches eines der folgenden Materialen ist oder eines der Materialien aufweist: PTFE, Keramik, Glas, Technisches Glas, AI2O3, Kieselglas, Si02, Fused Silica, Fused Quarz, Aluminiumoxid, Siliziumoxid.. Dadurch kann eine Passivierung der Oberfläche erreicht werden.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der Materialkanal innen mit einem Material beschichtet ist, welches eines der folgenden Materialen ist oder eines der Materialien aufweist: PTFE, Keramik, Glas, Technisches Glas, AI2O3, Kieselglas, SiO2, Fused Silica, Fused Quarz, Aluminiumoxid, Siliziumoxid..
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der Applikator oder die Applikatoren oder das Applikatorsegment oder die Applikatorsegmente innen mit einem Material beschichtet ist/sind, welches eines der folgenden Materialen ist oder eines der Materialien aufweist PTFE, Keramik, Glas, Technisches Glas, AI2O3, Kieselglas, Si02, Fused Silica, Fused Quarz, Aluminiumoxid, Siliziumoxid.
Gemäß einem weiteren Gedanken ist es vorteilhaft wenn in dem Applikator und/oder in einem der Applikatorsegmente oder in mehreren der Applikatorsegmente oder in allen Applikatorsegmenten eine Modulationsvorrichtung angeordnet ist, welche insbesondere die Resonanzfrequenz des gefüllten Resonators an die Frequenz des Magnetrons anpasst. Die Modulationsvorrichtung beeinflusst das Mikrowellenfeld derart, dass in Abhängigkeit des gewählten Beschichtungsmaterials dieses im Bereich eines Maximums der Feldstärke angeordnet wird.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eine Temperaturmessvorrichtung vorgesehen ist, welche die Überwachung der Temperatur des Beschichtungsmaterials im Materialkanal und/oder am Eingang und/oder am Ausgang des Materialkanals ermöglicht. So kann die Temperatur des Beschichtungsmaterials bestimmt werden, so dass die aufzuwendende Energie, das Mikrowellenfeld und dessen Verteilung entsprechend an die Solltemperaturen angepasst werden kann.
Auch ist es vorteilhaft, wenn eine Spülvorrichtung vorgesehen ist, welche ein Einleiten oder Durchleiten eines Fluids, wie insbesondere eines Gases oder Luft, in den Materialkanal ermöglicht. Dadurch kann eine gezielte Kühlung des Beschichtungsmaterials auf der Oberflächenseite vorgenommen werden, während die Seite der Funktionsschicht gespült werden kann, um beispielsweise gasförmige Medien und/oder Mikropartikel aus dem Materialkanal zu entfernen.
Auch ist es insbesondere vorteilhaft, wenn eine Führungsvorrichtung vorgesehen ist, welche eine Führung des Beschichtungsmaterials im Materialkanal ermöglicht. Dadurch kann das Beschichtungsmatertal gezielt und sicher durch das Mikrowellenfeld geführt werden.
Die Aufgabe zum Verfahren wird mit den Merkmalen von Anspruch 13 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei im Applikator zumindest ein verlagerbares dielektrisches Funktionselement angeordnet ist und positioniert wird, um die Lage eines Maximums der Feldstärke des Mikrowellenfelds relativ zum Materialkanal zu positionieren.
Die Aufgabe zum Verfahren wird auch mit den Merkmalen von Anspruch 14 gelöst. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erwärmung einer Funktionsschicht eines Besch ichtungsmaterials, wie einer Oberflächenbeschichtung oder eines Kantenbandes, insbesondere zum Aufbringen des Beschichtungsmaterials auf eine Fläche eines Werkstücks, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst
Erzeugen einer Mikrowellenstrahlung,
Bilden eines Mikrowellenfeldes aus der erzeugten
Mikrowellenstrahlung in einem Applikator, und
Durchführen des Beschichtungsmaterials durch den Applikator durch einen Materialkanal, so dass zumindest eine
Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials im Mikrowellenfeld innerhalb des Applikators erwärmt wird, wobei im Applikator zumindest ein verlagerbares dielektrisches Funktionselement angeordnet wird, mittels welchem die Lage eines Maximums der Feldstärke des Mikrowellenfelds relativ zum Materialkanal positioniert wird. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibung und durch die Unteransprüche beschrieben.
Kurze Beschreibung der Figuren der Zeichnung
Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage zumindest eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Erwärmung einer Funktionsschicht,
Figur 2 eine seitliche Ansicht eines Applikators, Figur 3 eine Ansicht eines Applikators von oben,
Figur 4 eine Ansicht eines Applikators von hinten,
Figur 5 eine Ansicht eines Applikators von vorn,
Figur 6 eine seitliche Ansicht eines Applikators,
Figur 7 eine Ansicht eines Applikators von oben, Figur 8 eine Ansicht eines Applikators von hinten,
Figur 9 eine Ansicht eines Applikators von vorn,
Figur 10 eine Ansicht eines Applikators von oben,
Figur 1 1 eine seitliche Ansicht eines Applikators, Figur 12 eine seitliche Ansicht eines Applikators,
Figur 13 eine Ansicht eines Applikators von oben, Figur 14 eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 15 eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer dargestellten Amplitude des Mikrowellenfeides, Figur 16 eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer dargestellten Amplitude des Mikrowellenfeldes,
Figur 17 eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer dargestellten Amplitude des Mikrowellenfeides,
Figur 18 eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer dargestellten Amplitude des Mikrowellenfeides,
Figur 19 eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer dargestellten Amplitude des Mikrowellenfeides,
Figur 20 eine Ansicht eines Applikators.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Erwärmung einer Funktionsschicht 2 eines Beschichtungsmaterials 3, Dabei wird der Begriff Erwärmung einer Funktionsschtcht auch als Aktivierung einer Funktionsschicht verstanden. Diese Begriffe werden im Weiteren als gleichwertig bzw. gleichbedeutend verwendet. Die Figur 1 zeigt die Funktionsschicht auf einer Seite des Beschichtungsmaterials, sie kann jedoch ebenso auch auf der anderen Seite des Beschichtungsmaterials angeordnet sein.
Dabei ist das Beschichtungsmaterial insbesondere ein Kantenband, welches auf ein Werkstück an einer Schmalseite aufbringbar ist oder insbesondere ein eher flächiges Beschichtungsmaterial, welches auch auf eine eher flächige Breitseite eines Werkstücks aufbringbar ist.
Die Erwärmung oder Aktivierung der Funktionsschicht 2 dient dem Aufbringen und insbesondere dem dauerhaften Befestigen des Beschichtungsmaterials 3 auf einer Fläche des Werkstücks. Dabei wird die Funktionsschicht derart aktiviert, dass sie eine Art Kleber bildet oder bewirkt, mittels welchem das Beschichtungsmaterial auf der Fläche des Werkstücks verklebbar ist. Die Vorrichtung 1 weist eine Mikrowellenquelle 4 und einen Applikator 5 auf, wobei die Mikrowellenstrahlung mittels eines Mikrowellenkanals 6 von der Mikrowellenquelle 4 zum Applikator 5 übertragen wird. Der Mikrowellenkanal 6, welcher bevorzugt als Hohlleiter oder als Koaxialkabel ausgebildet ist, dient der Zuführung der in der Mikrowellenquelle 4 erzeugten Mikrowellenstrahlung zu dem Applikator 5. in dem Applikator 5 wird dadurch ein Mikrowellenfeld erzeugt, welches von dem Beschichtungsmaterial 3 durchlaufen wird.
Der Applikator 5 weist dazu zumindest einen Materialkanal 7 auf, welcher das Mikrowellenfeld quert und durch welchen das Beschichtungsmaterial geführt wird.
Das Mikrowellenfeld ist dabei derart ausgebildet oder ansteuerbar, dass beim Durchlaufen des Beschichtungsmaterials durch das Mikrowellenfeld die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials erwärmt oder aktiviert wird. Das Beschichtungsmaterial besteht dabei zumindest aus zwei Schichten, wovon eine Schicht die Funktionsschicht ist, welche erwärmt bzw. aktiviert wird, wobei die zumindest eine andere Schicht, welche im Nachfolgenden als Dekorschicht bezeichnet wird, je nach Anwendungsfall möglichst nicht oder nur etwa auf 40°C bis 70°C erwärmt wird.
Die Funktionsschicht und die Dekorschicht können jeweils auch aus einem entsprechenden eigenen Schichtaufbau aus mehreren einzelnen Schichten bestehen. So können die Funktionsschicht und/oder die Dekorschicht des Beschichtungsmaterials aus zumindest einer Schicht oder aus einer Mehrzahl von Schichten bestehen.
Die Funktionsschicht und die Dekorschicht weisen jeweils einen Verlustfaktor welcher als Verlustfaktor des jeweiligen Materials der
Funktionsschicht und der Dekorschicht betrachtet wird. Dabei ist der Verlustfaktor der Imaginärteil der komplexen relativen Dielektrizitätskonstante des jeweiligen Materials.
Dabei wird der Verlustfaktor der Funktionsschicht oder der
Verlustfaktor der Dekorschicht für Frequenzen (ISM) bei 915 MHz,
2,45 GHz oder 5,8 GHz angegeben.
Das Verhältnis bei einer der angegebenen
Frequenzen von 915 MHz, 2,45 GHz oder 5,8 GHz definiert das Verhältnis der Verlustfaktoren.
Dabei ist das Beschichtungsmaterial derart spezifiziert, dass R > 1 , vorzugsweise R > 10 gilt. Dies bewirkt, dass sich die Funktionsschicht FS sich wesentlich stärker erwärmt als die Dekorschicht des Beschichtungsmaterials, so dass es zu einer selektiven Erwärmung des Beschichtungsmaterials kommt, insbesondere bei einer Anwendung von Mikrowellenapplikatoren bei den IS M-Freq Uenzen von 915 MHz oder 2,45 GHz oder 5,8 GHz.
Insbesondere bei einer Einstellung des Applikators als Applikator mit einer laufenden Welle ist Bei einem resonanten Applikator
Dabei ist der Applikator von der Mikrowellenquelie mit Mikrowellenstrahlung einer Leistung von 0,1 kW bis etwa 50 kW beaufschlagt. Daraus resultiert je nach Verlustfaktor des jeweiligen Materials eine Erwärmung des jeweiligen Materials der Funktionsschicht bzw. der Dekorschicht. Die Erwärmung der Funktionsschicht ist dabei größer als die Erwärmung der Dekorschicht, so dass die Dekorschicht nicht oder gegebenenfalls nur geringfügig erwärmt wird, während die Funktionsschicht auf Prozesstemperatur erwärmt wird.
Werden mehrere Applikatoren verwendet, so kann jeder Applikator von der gleichen Mikrowellenquelle gespeist werden oder alternativ kann jeder Applikator von einer separaten Mikrowellenquelle gespeist werden. Auch können Gruppen von Applikatoren oder von Applikatorsegmenten von einer Mikrowellenquelle gespeist werden oder von einer Mehrzahl von Mikrowelienquellen gespeist werden.
Die Figuren 2 bis 5 zeigen jeweils verschiedene Ansichten eines erfindungsgemäßen Applikators 10 in einer ersten Betriebsstellung. Die Figur 2 zeigt den Applikator in einer Seitenansicht, die Figur 3 in einer Draufsicht von oben, die Figur 4 in einer hinteren Ansicht und die Figur 5 in einer vorderen Ansicht.
Der Applikator 10 weist drei Applikatorsegmente 1 1 , 12, 13 auf, die übereinander angeordnet sind. Die Applikatorsegmente 11 , 12, 13 sind Hohlräume, in welche eingangsseitig die Mikrowellenstrahlung eingespeist wird und die in eine Kammer 14 münden, in welcher der Materialkanal 15 vorgesehen ist, welcher einen Kanal bildet, um das Beschichtungsmaterial durch die Kammer 14 führen zu können. In der Kammer 14 bildet sich eine laufende oder eine stehende Welle der Mikrowellenstrahlung aus und kann bei der Durchführung des Beschichtungsmaterials 16 dieses je nach Verlustfaktor erwärmen oder aktivieren.
Die Applikatorsegmente 1 1 , 12, 13 sind dabei übereinander angeordnet und am hinteren Ende abgestuft ausgebildet, so dass der Anschluss eines Mikrowellenkanals 17, 18, 19 auf einer Oberseite des jeweiligen Appiikatorsegments 1 1 , 12, 13 möglich ist. Der Mikrowellenkanal 17, 18, 19 ist dabei bevorzugt ein Hohlleiter und/oder ein Koaxialkabel. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn ein Hohlleiter verwendet wird, dass der Hohlleiter in Segmente unterteilt ist.
Seitlich des Materialkanals 15 ist dieser beidseitig mit einer Vorrichtung 20 als Drossel versehen, welche das Austreten der Mikrowellenstrahlung abschwächt oder gänzlich abschirmt. Der Materialkanal 15 ist dabei derart ausgebildet, dass er durch den zumindest einen Applikator 10 und/oder durch das zumindest eine Applikatorsegment 1 1 , 12, 13 verläuft, wobei der Materialkanal 15 eine Einlassöffnung 21 und eine Auslassöffnung 22 aufweist, welche dazu dienen, das Beschichtungsmaterial 16 in den Materialkanal 15 einzulassen und es wieder auszulassen. Der Materialkanal 15 weist dazu eine umlaufende Wand 23 auf, welche den Materialkanal 15 von dem Innenraum bzw. Kammer 14 des Applikators 10 oder von dem Innenraum des jeweiligen Appiikatorsegments 11 , 12, 13 trennt.
Die Figuren 2 bis 5 zeigen einen Applikator 10 mit drei Applikatorsegmenten 1 1 bis 1 3. Alternativ können auch mehrere Applikatoren oder ein oder mehrere Applikatoren vorgesehen sein mit einem oder mehreren Applikatorsegmenten. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn zumindest ein Applikator 10 oder alle Applikatoren ein Applikatorsegment 1 1 , 12, 13 oder eine Mehrzahl von Applikatorsegmente 1 1 , 12, 13 aufweist oder aufweisen. So kann die Mikrowellenstrahlung auf die jeweiligen Applikatoren oder auf die jeweiligen Applikatorsegmente verteilt werden, so dass die Erwärmung des Beschichtungsmaterials im Materialkanal an die Bedürfnisse angepasst werden kann.
Dabei kann die Verteilung der Mikrowellenstrahlung beispielsweise über die Höhe des Beschichtungsmaterials veränderlich sein. Beispielsweise kann der obere und/oder der untere Rand des Beschichtungsmaterials stärker oder weniger stark erwärmt werden als ein mittlerer Bereich.
Die Figuren zeigen einen Applikator mit einem Materialkanal, der durch den Applikator führt, durch welchen das Beschichtungsmaterial durchgeführt wird. Erfindungsgemäß kann durch den zumindest einen Applikator auch eine Mehrzahl von Materialkanälen geführt sein, die hintereinander und/oder übereinander angeordnet sein können. Dadurch können gleichzeitig mehrere Bänder, Streifen oder Bahnen von Beschichtungsmaterial erwärmt werden. Dies mag bei einer Vorrichtung vorteilhaft sein, bei der gleichzeitig mehrere solcher erwärmter Beschichtungsmaterialien verarbeitet werden. So können gleichzeitig mehrere Werkstücke beschichtet werden oder es kann ein Werkstück an mehreren Seiten beschichtet werden.
In Figur 2 oder 3 ist weiterhin zu erkennen, dass im Applikator bzw. in den Appiikatorsegmenten 1 1 , 12, 13 jeweils eine Blende 24 vorgesehen ist. Diese Blende dient dazu, die Form der Resonanzkurve des Applikators bzw. des Applikatorsegments einzustellen. Wenn die Blende 24 größer gestellt wird, verschiebt sich die Charakteristik des Applikators bzw. des Applikatorsegments von einem resonanten System mit stehender Welle zu einem System mit laufender Welle. Die Blende 24 besteht dabei bevorzugt aus einer Art Lochblende 25, welche in ihrem Durchlassquerschnitt veränderlich ist und/oder aus einem veränderlichen Metallelement 26, wie beispielsweise einem metallischen Dorn, welcher der gezielten Beeinflussung der Mikrowellenstrahlung dient. Sowohl die Lochblende 25 als auch das Metallelement 26 ist/sind dabei bevorzugt verstellbar ausgebildet, um die Charakteristik des Applikators 10 oder des Applikatorsegments 1 1 , 12, 13 auf die jeweiligen Anforderungen einstellen zu können. Die Blende 24 ist, wie es die Figur 2 zeigt, zwischen der Mikrowellenquelle und dem Applikator oder dem Applikatorsegment oder in dem Applikator oder in dem Applikatorsegment angeordnet. Sie ist bevorzugt der Modulationsvorrichtung 27 vorgeschaltet.
Die Blende 24 als Lochblende 25 weist dabei eine Öffnung 28 auf, die insbesondere eine Öffnung 28 in einer Metallwandung 29 ist. Dabei ist bevorzugt der Öffnungsquerschnitt der Öffnung 28 der Blende veränderlich einstellbar.
Auch das als Blende wirkende Metallelement 26, welches in die Öffnung des Applikatorsegments ragt, ist bevorzugt einstellbar. Dabei kann der Grad des Hineinragens, also die Eindringtiefe des Metallelements in die Öffnung, einstellbar sein.
Das Metallelement 26 ist bevorzugt der Lochblende 25 nachgeordnet. Alternativ könnte es jedoch auch der Lochblende 25 vorgeschaltet sein. Dabei könnte ein Metallelement vorgesehen sein oder es können alternativ auch mehrere Metallelemente vorgesehen sein. Das bzw. diese können innerhalb und/oder außerhalb des Applikators angeordnet sein. Erfindungsgemäß ist das Metallelement ein Metallbolzen, der in das Applikatorsegment hineinragt. Weiterhin ist in den Figuren 2 und 3 zu erkennen, dass in zumindest einem Applikator 10 und/oder in zumindest einem Applikatorsegment 1 1 , 12, 13 eine Modulationsvorrichtung 27 zur Einstellung der Modulation der Mikrowellenstrahlung vorgesehen ist. Die Modulationsvorrichtung 27 ist dabei als Art Klappe ausgebildet, welche die Mikrowellenstrahlung derart beeinflusst, dass sie die Resonanzfrequenz des Resonators des Applikators bzw. des Applikatorsegments 1 1 , 12, 13 an die Resonanzfrequenz des Magnetrons, also der Mikrowellenquelle, anpasst. In den Figuren 2 und 3 ist die Modulationsvorrichtung 27 als Art Klappe ausgebildet. Diese Modulationsvorrichtung 27 ist in den Figuren 2 und 3 nach unten eingestellt. In den Figuren 6 und 7 ist die Modulationsvorrichtung 27 nach oben geklappt eingestellt. In den Figuren 2 und 3 ist der zumindest eine Materialkanal 15 in dem Applikator 10 oder alternativ auch in dem Applikatorsegment feststehend angeordnet, wobei das Mikrowellenfeld veränderlich in dem Applikator 10 und/oder in dem Applikatorsegment einstellbar ist. Alternativ dazu kann der zumindest eine Materialkanal 15 in dem Applikator 10 oder in dem Applikatorsegment auch veriagerbar einstellbar sein, um das Beschichtungsmaterial in dem Mikrowellenfeld einstellen zu können. Dabei ist der Materialkanal und/oder das Mikrowellenfeld derart einstellbar, dass eine Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials in einem Bereich maximaler elektrischer Feldstärke anordenbar oder in diesem Bereich durchführbar ist.
Das Beschichtungsmaterial wird dabei mittels eines Antriebs durch den Materialkanal geführt. Dabei kann der Antrieb an dem Applikator angebracht oder diesem zugeordnet sein. Alternativ kann der Antrieb auch ein Antrieb einer Vorrichtung sein, die das Beschichtungsmaterial auf das Werkstück aufbringt. So kann der Antrieb Teil einer Kantenverleimvorrichtung sein, wenn das Beschichtungsmaterial beispielsweise eine Kante ist, die auf die Schmalseite eines Werkstücks aufgebracht werden kann. Dabei kann dem Applikator auch eine Andruckvorrichtung nachgeordnet werden, um das Beschichtungsmateriai auf das Werkstück zu applizieren und dort anzupressen.
In den Figuren 2 und 3 sind die Appükatorsegmente 1 1 , 12, 13 in der Höhe gleich ausgebildet. Alternativ kann ein Applikator 10 auch in mehrere Appükatorsegmente 1 1 , 12, 13 unterteilt sein, wobei die Appükatorsegmente 1 1 , 12, 13 auch unterschiedliche geometrische Abmessungen bzw. Höhen aufweisen können. Dabei kann ein Applikator in mehrere Appükatorsegmente unterteilt sein, wobei sich zumindest einzelne der Appükatorsegmente in der Höhe und/oder in der Breite unterscheiden können. Dadurch kann der Energieeintrag in das Beschichtungsmaterial als Funktion der Höhe bzw. Breite moduliert werden.
Zur Modulation der Erwärmung bzw. der Aktivierung des Beschichtungsmaterials kann es auch vorteilhaft sein, wenn der Applikator oder die Applikatoren oder das Applikatorsegment oder die Appükatorsegmente austauschbar sind. So können die Applikatoren oder die Appükatorsegmente in verschiedenen Höhen oder Breiten eingesetzt werden, um an das Beschichtungsmaterial angepasst zu sein.
Der Materialkanal 15 ist als durchgehender Spalt mit einer umlaufenden Wand 23 ausgebildet. Dabei ist der Materialkanal 15 aus einem Material hergestellt, welches zumindest eines der folgenden Materialen ist oder eines der Materialien aufweist: PTFE, Keramik, Glas, Technisches Glas und/oder Quarzglas. Dabei kann der Materialkanal 15 beispielsweise aus PTFE, wie Teflon, hergestellt sein und als PTFE-Block in den Applikator 10 eingesetzt sein. Auch kann der Materialkanal 15 innen mit einem Material beschichtet sein» welches eines der folgenden Materialen ist oder eines der Materialien aufweist: PTFE, Keramik, Glas, technisches Glas und/oder Quarzglas. Auch kann der Applikator 10 oder können die Applikatoren oder kann das Äpplikatorsegment oder können die Applikatorsegmente 1 1 , 12, 13 innen mit einem Material beschichtet oder ausgefüllt sein, welches eines der folgenden Materialen ist oder eines der Materialien aufweist: PTFE, Keramik, Glas, Technisches Glas, AI2O3, Kieselglas, SiO2, Fused Silica, Fused Quarz, Aluminiumoxid, Siliziumoxid.
Die Figuren 6 und 9 zeigen eine Führungsvorrichtung 30 im Materialkanal 15, welche als Führungsschienen ausgebildet sind und unten und oben in dem Materialkanal 15 angeordnet sind. Dabei durchqueren die Führungsschienen den Materialkanal 15, so dass das Beschichtungsmaterial auf seinem Weg durch den Materialkanal 15 geführt ist. Die beiden Führungsschienen oder im Allgemeinen die Führungsvorrichtung 30 ist auf die Höhe bzw. Breite des Beschichtungsmaterials einstellbar, so dass auch unterschiedlich hohe oder breite Beschichtungsmatehalien, wie beispielsweise Bänder, durch den Materialspalt führbar sind. Die Führungsvorrichtung dient der Führung des Beschichtungsmaterials und hat weiterhin den Vorteil, dass in dem Bereich, in welchem das Beschichtungsmaterial in die Führungsvorrichtung eingreift, die Erwärmung nicht so hoch ist als in einem mittleren Bereich. Damit wird erreicht, dass der Randbereich des Beschichtungsmaterials mit seiner Funktionsschicht die Führungsvorrichtung nicht verkleben kann. Dabei ist der Bereich etwa 0,5 bis 4 mm breit bzw. tief, in welchem das Beschichtungsmaterial in die Führungsvorrichtung eingreift.
Die Führungsvorrichtung kann dabei auch federnd gelagert sein, wie insbesondere die Führungsschienen, um ein Verklemmen des Beschichtungsmaterials zu vermeiden. Auch kann die Führungsvorrichtung, wie die obere und/oder die untere Führungsschiene, an eine Spülvorrichtung angeschlossen und mit Kanälen versehen sein, um mit einem Spülmedium, wie Luft, gespült zu werden. So kann auf das Beschichtungsmaterial in seitlicher Richtung und/oder direkt von oben oder unten das Spülmedium beaufschlagt werden, um eine Überhitzung in der Führungsschiene zu vermeiden. Hierzu weisen die Führungsschienen bevorzugt in der unteren Fläche und/oder in der oberen Fläche sowie in den seitlichen Flächen Kanäle auf, durch welche das Spülmedium geleitet werden kann.
Die Figuren 10 und 1 1 zeigen einen Applikator 10 mit einem Materialkanal 15 mit einer Spülvorrichtung 40. Die Spülvorrichtung 40 umfasst einen ersten Spülmediumanschluss 41 und mit einem zweiten Spülmediumanschluss 42, wobei der erste Spülmediumanschluss 41 und der zweite Spülmediumanschluss 42 dazu dienen, ein Spülmedium anzuschließen. Dieses Spülmedium, wie beispielsweise Luft, wird von den Spülmediumanschlüssen 41 , 42 in Kanäle 43 geleitet, die sich verteilen und im Materialkanal 15 münden, um den Materialkanal 15 und das Beschichtungsmaterial 16 im Materialkanal 15 zu spülen. Die Spülvorrichtung ist ein optionales Merkmal, das mit den Merkmalen der anderen Ausführungsbeispiele nutzbar ist.
Die Figuren 12 und 13 zeigen einen Endbereich des Applikators 10, bei welchem eine Füllung 50 vorgesehen ist, um die dielektrischen Eigenschaften des Resonators 51 zu beeinflussen. Dadurch kann der Resonator 51 und der Applikator 10 im Ganzen kleiner ausgeführt werden, da die Füllung das Mikrowellenfeld derart ändert, dass eine kleinere Baulänge bei geeigneter Füllung 50 ausreichend ist. Die Füllung ist ein optionales Merkmal, das mit den Merkmalen der anderen Ausführungsbeispiele nutzbar ist. Besonders bevorzugt ist eine Temperaturmessvorrichtung 60 vorgesehen, welche die Überwachung der Temperatur des Beschichtungsmaterials 16 im Materialkanal 15 und/oder am Eingang und/oder am Ausgang des Materialkanals 15 ermöglicht. Dadurch kann eine Rückkopplung zur Steuerung oder Regelung der Mikrowellenenergie und/oder der Resonanzfrequenz des Applikators oder der Gestalt des Mikrowellenfelds erfolgen. Dazu kann eine Mehrzahl von Temperatursensoren angeordnet sein, welche die Temperatur des Beschichtungsmaterials delektieren. Die Anzahl der Temperatursensoren kann dabei 1 bis 20 oder mehr sein. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn eine kontinuierliche Messung der Temperatur der Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials vorgenommen wird.
Damit kann beispielsweise eine Steuerung oder eine Regelung der Temperatur der Funktionsschicht als Funktion der Ausgangsleistung der Mikrowellenquelle, der Positionen der dielektrischen Funktionselemente und/oder der Blende bzw. dem Metallelement 26 vorgenommen werden.
Dabei kann beispielsweise der Sollwert der Temperatur der Funktionsschicht über die Länge des Kantenbandes konstant gehalten werden. Alternativ ist es zweckmäßig, wenn der Sollwert der Temperatur des Beschichtungsmaterials variiert werden kann, wobei die Variation entsprechend eines anwenderspezifischen Profils vorgenommen werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient der Erwärmung oder Aktivierung eines Beschichtungsmaterials. Dabei kann der Erwärmungsprozess mittels des Mikrowellenapplikators mit anderen Heizvorrichtungen oder Heizmethoden kombiniert werden. Dabei können diese weiteren Heizvorrichtungen zur Vorwärmung und/oder zur Erreichung bzw. zum Halten der Prozesstemperatur der Funktionsschicht eingesetzt werden. Dabei kann das zu erreichende Temperaturprofil des Beschichtungsmaterials in Prozessrichtung und senkrecht zur Prozessrichtung durch die Kombination der Heizprofile der einzelnen Heizvorrichtungen erzielt werden. Zur Vorwärmung wird die Heizvorrichtung bezogen auf die Vorschubrichtung des Beschichtungsmaterials vor der Mikrowellenheizvorrichtung angeordnet. Dazu sind folgende Heizvorrichtungen geeignet: Die direkte Erwärmung der Funktionsschicht über mechanischen Kontakt mit geheizten mechanischen Bauteilen, Heißluft, IR-, VIS-, oder UV-Lampen, LED- oder Laservorrichtungen oder Ultraschall. Zum Erreichen bzw. zum Halten der Prozesstemperatur der Funktionsschicht wird die zusätzliche Heizvorrichtung bezogen auf die Vorschubrichtung des Beschichtungsmaterials nach der Mikrowellenheizvorrichtung angeordnet. Hierzu sind folgende Energiequellen vorteilhaft: Heißluft, IR-, VIS-, oder UV-Lampen, LED- oder Laservorrichtungen oder Ultraschall.
Die gezeigten Applikatoren können einzeln oder in Gruppen verwendet werden. Auch können die Applikatoren einzelne Applikatorsegmente oder Gruppen davon aufweisen. Dabei können sich die Applikatorsegmente eines Applikators in der Höhe unterscheiden, um eine optimale Erwärmung von verschieden hohen Beschichtungsmaterialien, beispielsweise als Bänder, erreichen zu können. Die Anzahl der Applikatoren liegt vorzugsweise zwischen 1 und 20 oder mehr. Die Anzahl der Applikatorsegmente liegt vorzugsweise zwischen 1 und 20 oder mehr.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zur Erwärmung einer Funktionsschicht eines Beschichtungsmaterials, wie einer Oberflächenbeschichtung oder eines Kantenbandes, insbesondere zum Aufbringen des Beschichtungsmaterials auf eine Fläche eines Werkstücks, ist in Figur 14 ausschnittweise dargestellt. Die Vorrichtung 100 weist eine bereits zuvor beschriebene und in Figur 14 nicht dargestellte Mikrowellenquelle auf, welche über einen Mikrowellenkanal 101 mit einem Applikator 102 verbunden ist. Der Mikrowellenkanal 101 dient der Zuführung der in der Mikrowellenquelle erzeugten Mikrowellenstrahlung zu dem Applikator, wobei in dem Applikator ein Mikrowellenfeld aufgrund der zugeführten Mikrowellenstrahlung erzeugt wird.
In dem Applikator 102 ist zumindest ein Materialkanal 103 vorgesehen, welcher den Applikator 102 durchquert und durch welchen ein Beschichtungsmaterial durchführbar ist, so dass die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials im Mikrowellenfeld innerhalb des Applikators 102 erwärmt wird. Im Applikator 102 ist zumindest ein verlagerbares dielektrisches Funktionselement 104, 105 angeordnet, mittels welchem die Lage eines Maximums der Feldstärke des Mikrowellenfelds steuerbar ist. Dabei kann das Beschichtungsmaterial, je nach Dimensionierung und Materialzusammensetzung, derart Einfluss auf das Mikrowellenfeld nehmen, dass sich das Maximum der Feldstärke verschiebt und nicht mehr dort liegt, wo das Beschichtungsmaterial oder wo die Funktionsschicht liegt.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das zumindest eine verlagerbare dielektrische Funktionselement 105 zwischen der Mikrowellenquelle und dem Materialkanal angeordnet ist. Auch kann es vorteilhaft sein, wenn das verlagerbare dielektrische Funktionselement 104 auf der der Mikrowellenquelle gegenüberliegenden Seite des Materialkanals angeordnet ist. Auch kann es vorteilhaft sein, wenn im Applikator 102 ein weiteres dielektrisches Funktionselement 104 angeordnet ist. Dabei kann es auch vorteilhaft sein, wenn das weitere dielektrische Funktionselement 104 verlagerbar angeordnet ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das weitere dielektrische Funktionselement 104 zwischen der Mikrowellenquelle und dem ersten dielektrischen Funktionselement 104, 105 oder dem Materialkanal angeordnet ist oder zwischen dem ersten dielektrischen Funktionselement und dem Materialkanal 103 oder auf der der Mikrowellenquelle gegenüberliegenden Seite des Materialkanals 103 angeordnet ist.
Die Verlagerbarkeit bedeutet dabei, dass das zumindest eine erste dielektrische Funktionselement 105 und/oder das weitere dielektrische Funktionselement 104 verschiebbar und/oder verdrehbar angeordnet ist bzw. sind. So kann das Funktionselement vorteilhaft derart verlagert werden, dass das Maximum der Feldverteilung im Bereich des Beschichtungsmaterials liegt oder im Bereich der Funktionsschicht.
Die Figur 15 zeigt eine Teilansicht der Vorrichtung 100 mit einer dargestellten Amplitude 120 der Feldverteilung des Mikrowellenfelds. Man erkennt in der Amplitude verschiedene Maxima, wobei ein Maximum im Bereich des Materialkanals 103 angeordnet ist. Man erkennt, dass das Maximum der Amplitude nicht exakt im Bereich des Materialkanals 103 liegt, sondern diesbezüglich etwas verschoben ist. Durch ein Verlagern der dielektrischen Funktionselemente 104 und/oder 105 kann dies angepasst werden.
Die Figuren 16 und 17 zeigen jeweils eine Teilansicht der Vorrichtung 100 mit dargestellten Amplituden 120, 121 bzw. 122 der Feldverteilung des Mikrowellenfelds. Dabei zeigt Fig. 16 die Seitenansicht und Fig. 1 7 die Draufsicht der Vorrichtung 100. Man erkennt in der Amplitude verschiedene Maxima, wobei ein Maximum im Bereich des Materialkanals 103 angeordnet ist. Man erkennt, dass das Maximum der Amplituden 120 und 122 nicht exakt im Bereich des Materialkanals 103 liegen, sondern diesbezüglich etwas verschoben sind. Die Amplitude 121 liegt etwa mittig des Materialkanals. Durch ein Verlagern der dielektrischen Funktionselemente 104 und/oder 105 kann dies angepasst werden. In den Figuren 16 und 17 sind die dielektrischen Funktionselemente 104, 105 beiderseits des Materialkanals 103 angeordnet. Durch die insbesondere gleichzeitige Verschiebung der beiden dielektrischen Funktionselemente 104, 105 kann die Position des Maximums der Feldstärke entsprechend verschoben werden. Die Figuren 18 und 19 zeigen jeweils eine Teilansicht einer weiteren Vorrichtung 100 mit einer dargestellten Amplitude 120 der Feldverteilung des Mikrowellenfelds. Man erkennt in der Amplitude verschiedene Maxima, wobei ein Maximum im Bereich des Materialkanals 103 angeordnet ist. Man erkennt, dass das Maximum der Amplitude nicht exakt im Bereich des Materialkanals 103 liegt, sondern diesbezüglich etwas verschoben ist. Zur Verdeutlichung des Sachverhalts zeigen die Figuren 18, 19 jeweils nur die Extrempositionen. Durch ein Verlagern der dielektrischen Funktionselemente 104 und/oder 105 kann dies angepasst werden. In Figur 18 sind die dielektrischen Funktionselemente 104, 105 jeweils nach rechts verschoben, also weg von der Mikrowellenquelle. Das Maximum liegt etwas links des Materialkanals 103.
In Figur 19 sind die dielektrischen Funktionselemente 104, 105 jeweils nach links verschoben, also hin zu der Mikrowellenquelle. Das Maximum liegt etwas rechts des Materialkanals 103. Durch die Positionierung der dielektrischen Funktionselemente zwischen den beiden Extrempositionen kann das Maximum des elektrischen Feldes zwischen die beiden gezeigten Extrempositionen gelegt werden.
Die Figur 20 zeigt eine Schnittansicht eines Applikators 200. Dieser weist einen Materialkanal 201 aus. Beiderseits des Materialkanals 201 kann ein dielektrisches Funktionselement 202, 203 angeordnet werden, wobei zumindest eines der dielektrischen Funktionselemente verlagerbar ausgebildet ist und entsprechend positionierbar angeordnet werden kann. Zur Verlagerung bzw. Positionierung ist zumindest ein Antrieb 204, 205 vorgesehen, welcher die Verlagerung des ersten dielektrischen Funktionselements und/oder des weiteren dielektrischen Funktionselements vornimmt. Dabei können die beiden Funktionselemente über eine Führung miteinander verbunden bzw. gekoppelt sein. Auch kann jeweils ein Antrieb vorgesehen sein zur Verlagerung des ersten dielektrischen Funktionselements und/oder des weiteren dielektrischen Funktionselements. Dabei kann der Antrieb auch mit einer besagten Modulationsvorrichtung gekoppelt sein.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das erste und/oder das weitere dielektrische Funktionselement 104, 105, 202, 203 derart verlagerbar ist bzw. sind, dass es bzw. sie parallel zu einem Beschichtungsmaterial im Mate ri alkanal ausrichtbar und anordenbar ist bzw. sind. Dabei kann auch eine Schrägstellung ermöglicht werden, wenn das Beschichtungsmaterial schräg durch den Materialkanal verläuft, Auch ist es vorteilhaft, wenn eine Messvorrichtung 206, 207 vorgesehen ist zur Messung der Position des ersten dielektrischen Funktionselements 202, 203 und/oder des weiteren dielektrischen Funktionselements 202, 203. Dadurch kann eine automatisierte Regelung bzw. Steuerung vorgenommen werden.
Alternativ ist es auch möglich, dass das erste und/oder das weitere dielektrische Funktionselement 202, 203 Segmente von dielektrischen Funktionselementen aufweist bzw. aufweisen, die unabhängig oder in Gruppen oder gemeinsam verlagerbar sind. Dadurch kann eine dreidimensionale Anordnung erreicht werden, was die Einstellung des Maximums der Feldverteilung erleichtert.
Das dielektrische Funktionselement oder ein Segment eines dielektrischen Funktionselements ist aus einem der folgenden Materialien hergestellt: PTFE, Keramik, Glas, Technisches Glas, AI203, Kieselglas, Si02, Fused Silica, Fused Quarz, Aluminiumoxid, Siliziumoxid. Mit dem dielektrischen Funktionselement oder mit den dielektrischen Funktionselementen kann oder können aber nicht nur die Position des Maximums der Feldverteilung bestimmt werden. Es kann damit auch die Resonanzfrequenz der Vorrichtung vorteilhaft eingestellt werden. Das dielektrische Funktionselement dient oder die dielektrischen Funkttonselemente dienen somit insbesondere dazu, die Resonanzfrequenz einzustellen und mit ihnen kann insbesondere auch die Lage des Maximums der Feld Verteilung, insbesondere relativ zum Materialkanal, eingestellt werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung (1 , 100) zur Erwärmung einer Funktionsschicht (2) eines Beschichtungsmaterials (3, 16), wie einer Oberflächenbeschichtung oder eines Kantenbandes, insbesondere zum Aufbringen des Beschichtungsmaterials (3, 16) auf eine Fläche eines Werkstücks, mit einer Mikrowellenquelle (4) und einem Applikator (5, 10, 102, 200), wobei in der Mikrowellenquelle (4) erzeugte Mikrowellenstrahlung dem Applikator (5, 10, 102, 200) zuführbar ist, wobei in dem Applikator (5,
10, 102, 200) ein Mikrowellenfeld aufgrund der zugeführten Mikrowellenstrahlung erzeugbar ist, wobei der Applikator {5, 10, 102, 200) zumindest einen Materialkanal (7, 15, 103, 201 ) aufweist, welcher den Applikator (5, 10, 102, 200) durchquert und durch welchen das Beschichtungsmaterial (3, 16) durchführbar ist, so dass die
Funktionsschicht (2) des Beschichtungsmaterials (3, 16) im Mikrowellenfeld innerhalb des Applikators (5, 10, 102, 200) erwärmbar ist, wobei im Applikator (5, 10, 102, 200) zumindest ein verlagerbares dielektrisches Funktionselement (104, 105, 202, 203) angeordnet ist, mittels welchem die Lage eines Maximums der Feldstärke des
Mikrowellenfelds relativ zum Materialkanal positionierbar ist.
2. Vorrichtung (1 , 20, 100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine verlagerbare dielektrische Funktionselement (104, 105, 202, 203) zwischen der Mikrowellenquelle (4) und dem
Materialkanal (7, 15, 103, 201 ) angeordnet ist.
3. Vorrichtung (1 , 20, 100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Applikator (5, 10, 102, 200) ein weiteres dielektrisches Funktionselement (104, 105, 202, 203) zwischen dem
Materialkanal und einer Endplatte des Applikators, insbesondere auf einer der Mikrowellenquelle abgewandten Seite des Applikators, angeordnet ist,
4. Vorrichtung (1 , 20, 100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auch das weitere dielektrische Funktionselement (104, 105, 202,
203) feststehend oder verlagerbar angeordnet ist.
5. Vorrichtung (1 , 20, 100) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere dielektrische Funktionselement (104, 105, 202, 203) zwischen der Mikrowellenquelle (4) und dem ersten dielektrischen Funktionselement (104, 105, 202, 203) oder dem Materialkanal (7, 15, 103, 201 ) angeordnet ist oder zwischen dem ersten dielektrischen Funktionselement (104, 105, 202, 203) und dem Materialkanal (7, 15, 103, 201 ) oder auf der der Mikrowellenquelle (4) gegenüberliegenden Seite des Materialkanals (7, 15, 103, 201 ) angeordnet ist.
6. Vorrichtung (1 , 20, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste dielektrische Funktionselement (104, 105, 202, 203) und/oder das weitere dielektrische Funktionselement (104, 105, 202, 203) verschiebbar und/oder verdrehbar angeordnet ist.
7. Vorrichtung (1 , 20, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Antrieb (204, 205) vorgesehen ist zur Verlagerung des ersten dielektrischen Funktionselements (104, 105, 202, 203) und/oder des weiteren dielektrischen Funktionselements (104, 105, 202, 203).
8. Vorrichtung (1 , 20, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Antrieb (204, 205) vorgesehen ist zur Verlagerung des ersten dielektrischen Funktionselements (104, 105, 202, 203) und/oder des weiteren dielektrischen Funktionselements (104, 105, 202, 203).
9. Vorrichtung (1 , 20, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das weitere dielektrische Funktionselement (104, 105, 202, 203) derart verlagerbar ist bzw. sind, dass es bzw. sie parallel zu einem Beschichtungsmaterial (3, 16) im Materialkanal (7, 15, 103, 201 ) ausrichtbar und anordenbar ist bzw. sind.
10. Vorrichtung (1 , 20, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messvorrichtung (206, 207) vorgesehen ist zur Messung der Position des ersten dielektrischen Funktionselements (104, 105, 202, 203) und/oder des weiteren dielektrischen Funktionselements (104, 105, 202, 203).
11. Vorrichtung (1 , 20, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das weitere dielektrische Funktionselement (104, 105, 202, 203) Segmente von dielektrischen Funktionselementen {104, 105, 202, 203) aufweist bzw. aufweisen, die unabhängig oder in Gruppen oder gemeinsam verlagerbar sind.
12. Vorrichtung (1 , 20, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dielektrisches Funktionselement (104, 105, 202, 203) und/oder ein Segment eines dielektrischen Funktionselements (104, 105, 202, 203) aus einem der folgenden Materialien besteht! PTFE, Keramik, Glas, Technisches Glas, Al203, Kieselglas, Si02, Fused Silica, Fused Quarz, Aluminiumoxid, Siliziumoxid.
13. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Applikator (5, 10, 102, 200) zumindest ein verlagerbares dielektrisches Funktionselement {104, 105, 202, 203) angeordnet ist und positioniert wird, um die Lage eines Maximums der Feldstärke des Mikrowellenfelds relativ zum Materialkanal zu positionieren.
14. Verfahren zur Erwärmung einer Funktionsschicht (2, 161 ) eines Beschichtungsmaterials (3, 18, 120, 160), insbesondere nach Anspruch 13, wie einer Oberflächenbeschichtung oder eines Kantenbandes, insbesondere zum Aufbringen des Beschichtungsmaterials (3, 16, 120, 160) auf eine Fläche eines Werkstücks, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst
Erzeugen einer Mikrowellenstrahlung,
Bilden eines Mikrowellenfeldes aus der erzeugten Mikrowellenstrahlung in einem Applikator, und
Durchführen des Beschichtungsmaterials (3, 16, 120, 160) durch den Applikator (5, 10, 102, 200) durch einen Materialkanal, so dass zumindest eine Funktionsschicht (2) des Beschichtungsmaterials (3, 16) im Mikrowellenfeld innerhalb des Applikators (5, 10, 102, 200) erwärmt wird, wobei im Applikator (5, 10, 102, 200) zumindest ein verlagerbares dielektrisches Funktionselement (104, 105, 202, 203) angeordnet wird, mittels welchem die Lage eines Maximums der Feldstärke des Mikrowellenfelds relativ zum Materialkanal positioniert wird.
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