EP3546071B1 - Vorrichtung zum intermittierenden auftragen eines fliessfähigen stoffs, sowie verfahren zum auftragen eines solchen stoffs - Google Patents

Vorrichtung zum intermittierenden auftragen eines fliessfähigen stoffs, sowie verfahren zum auftragen eines solchen stoffs Download PDF

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EP3546071B1
EP3546071B1 EP18164282.8A EP18164282A EP3546071B1 EP 3546071 B1 EP3546071 B1 EP 3546071B1 EP 18164282 A EP18164282 A EP 18164282A EP 3546071 B1 EP3546071 B1 EP 3546071B1
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EP
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flowable substance
application
adhesive
pump
actuator
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Claudio Hofer
Hanspeter Felix
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Robatech AG
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    • B05C5/0258—Coating heads with slot-shaped outlet flow controlled, e.g. by a valve

Definitions

  • the invention relates to a device for the intermittent application of a flowable substance, in particular a flowable adhesive, to at least one substrate, with an application nozzle for applying the flowable substance to the substrate, a container for receiving the flowable substance, a pump for conveying the flowable substance and a Drive, wherein the pump is operatively connected to the container and the pump can be driven by means of the drive whose speed can be regulated, furthermore with an actuating element which is operatively connected to the pump and can be switched to two positions, wherein the actuating element in a first position the free-flowing Substance directs to the application nozzle and in a second position blocks the feed line to the application nozzle, furthermore with a control device for actuating the actuating element and for regulating the speed of the drive of the pump.
  • a flowable substance in particular a flowable adhesive
  • the invention also relates to a method for applying a flowable substance to a substrate using such a device.
  • printed sheets are assembled into loose book blocks and then processed in a perfect binding device, essentially on the spine, then adhesive is applied to the book block spine and/or to the inside of the spine of a Applied envelope, which is combined with the book block and then pressed against this.
  • the book blocks are each clamped during processing in a guided, revolving transport clamp of the perfect binding device with the spine protruding downwards.
  • the adhesive is, in particular, a dispersion adhesive, a hot-melt adhesive, or a combination of dispersion and hot-melt adhesives.
  • the adhesive polyurethane called PUR for short, has proven to be a hot-melt adhesive that has particularly good sheet tear-out strength and has achieved particularly advantageous results with the book block in terms of the 180° open behavior, the so-called lay-flat behavior.
  • This adhesive can also be used to advantage for poorer paper quality, for example for coated papers in which the proportion of coating components exceeds the proportion of fibers required for strength, and which are also more difficult to roughen in order to expose the fibers for bonding.
  • slot nozzle application devices For the processing of reactive adhesives, for example polyurethanes that react chemically with moisture in the environment, so-called slot nozzle application devices are preferably used.
  • the adhesive is usually liquefied in a sealed pre-melting device filled with a dry gas and fed by means of a volumetrically pumping pump via an adhesive feed line to an application head of the application nozzle designed as a slot nozzle and transferred from there to the spine of the book block or the cover.
  • the per unit time too
  • the amount of adhesive that can be conveyed depends on the conveying speed of the book block, the thickness of the book block and the thickness of the adhesive film to be applied to the spine of the book block or the cover.
  • a control device calculates the required speed of the pump or the quantity of adhesive to be conveyed by the pump. In the area between consecutive book blocks, the glue supply to the slot nozzle must be interrupted.
  • a corresponding to the above-described working device which has the features of the device of the type mentioned, is from EP 2 319 707 A1 known.
  • this device has an adhesive retraction device which is connected to the control device and is connected to the control device via a valve. To apply the adhesive film, the control valve is opened substantially simultaneously, the pump is started and accelerated to the calculated speed, and the adhesive previously stored therein is ejected by the adhesive retraction device.
  • the device must be provided with the adhesive retraction device, which must also be activated, in particular exactly in response to the activation of the actuating element or valve, which is operatively connected to the pump and can be moved into the two positions, namely in the first position in which the flowable adhesive is fed to the applicator nozzle and the second position in which the supply line to the applicator nozzle is blocked.
  • a glue valve for intermittently applying strips of glue to sheet material, such as paper webs is known from US Pat DE 42 11 942 A1 known.
  • This glue valve is a switching valve for applying glue.
  • the valve has a valve housing with an adhesive inlet, which is connected to a pump for conveying the adhesive to the valve, and the valve housing also has an adhesive return, which is connected to an adhesive reservoir.
  • the adhesive is conveyed by the pump to the adhesive outlet of the valve when the adhesive outlet is open.
  • the pump continues to run without any significant pressure fluctuations. For this reason, when the adhesive outlet is closed, there is a connection between the adhesive feed, which is acted upon by the pump, and the adhesive return.
  • the required adhesive volume flow is determined as a function of an application thickness of an adhesive, a book block thickness and a speed at which the book blocks are moving. Due to the required adhesive volume flow and a known delivery rate per revolution of an adhesive pump, the required speed of the adhesive pump is set and controlled. An encoder is provided to record the process speed.
  • the adhesive circulates continuously in the circulating adhesive system.
  • An application head has a valve that is designed as a switchover valve. The switching valve has the task of alternately directing the adhesive from a pressure source to an application nozzle or into a return hose. If the valve is in the position for the application nozzle, the adhesive flows to the application nozzle.
  • the adhesive flows back into the tank of a premelter.
  • a motor-driven steplessly adjustable throttle is installed in the return hose in front of the tank from the pre-melting device.
  • the task of the throttle is to generate approximately the same pressure drop in the return as via the application nozzle, so that the adhesive pressure generated by the adhesive pump only changes insignificantly when the switchover valve is actuated and between the adhesive application via the application nozzle and the return via the throttle and switches. This ensures that the pressure conditions do not change when the adhesive is applied and the application forms an exact beginning on the book blocks.
  • the adhesive in the application nozzle has to be accelerated.
  • volume control for the glue pump can be used.
  • quantity control with a circulation system is not easy to control for precise adhesive application. It has been shown that it is very important to precisely adjust the flow resistance of the restrictor.
  • a separate calibration process for determining the throttle position is required for each setting of the length of the outlet cross section of the application nozzle, for each type of adhesive and for each production speed.
  • the calibration data is stored in a data matrix and can be reused for similar adhesive configurations. This system delivers very good adhesive applications. Disadvantages are the high costs of the application system, in particular for the throttle, which can normally be adjusted via a servo motor, and the great effort involved in the calibration processes.
  • an application device in which a volumetric feed pump is used, wherein application material can be conveyed back via a return line from an outlet opening of the pump to an inlet opening of the pump.
  • the return line is assigned a return valve, which is designed to release and block the flow of material through the return line, preferably also to throttle it.
  • the return valve is a valve with a variable flow cross-section that changes its flow cross-section depending on the pressure of the application material on the input side, in particular increases its flow cross-section with increasing pressure and decreases it with decreasing pressure.
  • the object of the present invention is to develop a device that has the features of the preamble of patent claim 1 in such a way that an exact intermittent dispensing of free-flowing substance from the applicator nozzle is guaranteed with little structural effort and little control effort. It is also an object of the invention to specify an advantageous method using such a device.
  • the arrangement of drive and pump has a characteristic according to which the speed of the drive is linear with the delivery volume of the pump.
  • the device is designed in such a way that in a second position, when the pump is driven, the actuating element returns the flowable substance via a line to the container. In the first position, the control element blocks the return flow to the container.
  • the speed of the drive is different in the two positions of the actuating element, thus in the first and the second position.
  • the device thus has a supply line to the switchable control element and a return line from the switchable control element to the container.
  • the flowable Substance can thus circulate from the container via the pump to the control element and, when the control element is in the second position, from there back to the container.
  • the flowable substance is routed to the application nozzle and the return line to the container is blocked so that there is no circulation in this case.
  • the speed of the drive is linear to the delivery volume of the pump, the speed of the drive is a direct measure of the delivery volume.
  • the speed of the drive is preferably proportional to the delivery volume of the pump.
  • the speeds of the drive in the two positions of the adjusting element are such that the pressure of the flowable substance immediately upstream of the adjusting element during dispensing from the applicator nozzle and during the return of the flowable substance back to the container is essentially the same is big.
  • substantially it is meant that the pressure of the flowable material during dispensing should be no more than 10 percent up or down with respect to the pressure during return of the flowable material back to the container, preferably no more than 5 percent.
  • the actuating element has a switchover valve that can be switched over into the two positions.
  • the function of switching between the two positions is thus implemented by means of a single switching valve.
  • the actuating element has two valves, with a first valve in a first position directing the flowable substance to the application nozzle and in a second position blocking the supply line to the application nozzle, and the second valve in a first position blocking the backflow to the tank and releases the return flow to the tank in a second position.
  • two independent valves are thus provided.
  • an outlet cross section of the application nozzle in particular an application nozzle designed as a slot nozzle
  • an application nozzle designed as a slot nozzle can be changed, in particular with a constant width of the outlet cross section, its length can be changed.
  • the use of a slot nozzle is intended in particular when the device is intended to produce perfect-bound printed products and the adhesive is to be applied to intermittently conveyed printed products in the area of book block spines and/or insides of the spines of covers. If printed products of different thicknesses are to be produced, the length of the slotted nozzle must be adjusted according to this thickness.
  • the length of the slot nozzle cross-section corresponds to the width of the adhesive application on the respective printed product and the length of the application results from the opening time of the slot nozzle while the printed product is being conveyed along the slot nozzle.
  • a throttle is preferably integrated into a return flow section of the actuating element or into the line through which the free-flowing substance is fed to the container.
  • This choke is not required in principle.
  • the advantage of a throttle can be seen in the fact that a flow of the throttle can be represented which can be adjusted with regard to the characteristics of the application nozzle, in particular the variable characteristics of the slot nozzle. This results in only slightly different conditions in the device for the two switching positions of the actuating element.
  • the throttle will be a separate component.
  • the throttle is realized by a line section which causes a throttling due to its length.
  • the throttle can also be the actuating element itself, which, due to its design, brings about the throttling in the second position of the actuating element, ie when the flowable substance is fed back.
  • the throttle can be adjustable or non-adjustable.
  • the throttle is not adjustable.
  • the flow resistance of the throttle in particular a permanently installed throttle, is approximately the flow resistance of the application nozzle with an average setting of the length of the outlet cross section of the application nozzle, i.e. with an average setting of the application width of the free-flowing substance, in particular of the free-flowing adhesive, on the respective printed product and an average production speed of the book block.
  • a change in the speed of the drive of the pump and thus the linear change in the volume flow delivered creates a pressure drop in the return line and across the fixed throttle that is approximately the same as that across the application nozzle, so that the pressure of the flowable substance generated by the pump changes only insignificantly when the actuator is actuated.
  • volume control for the pump can be used.
  • a pressure sensor for determining the pressure of the flowable substance is arranged, with the pressure sensor being able to determine the pressure of the flowable substance and can be transmitted to the control device.
  • a pressure sensor makes it possible to calibrate the device.
  • the pressure sensor can only be installed temporarily for adjustment purposes and/or for calibration purposes.
  • the pressure sensor can be a permanent part of the device.
  • the device then builds more complex and is more expensive.
  • the device may include means for limiting the pressure of the flowable material downstream of the pump.
  • a maximum pressure in particular an adjustable maximum pressure, is preferably monitored by the pressure sensor.
  • Control means are provided which switch off the pump when the maximum pressure is exceeded and switch the control element to its return position. In this way, an overloading of the device, which would lead to its damage, can be effectively ruled out.
  • the ratio between the volume flow of the flowable substance during the application of the free-flowing substance to the volume flow of the free-flowing substance during the return line to the container is determined by a calibration process.
  • the ratio described is determined by a calibration process.
  • the adjustment process is only dependent on the set length of the outlet cross section of the application nozzle.
  • a speed of a substrate conveyed relative to the application nozzle and/or the thickness of the flowable substance to be applied to the substrate and/or the viscosity of the flowable substance and/or the flow behavior of the flowable substance is selected in a medium application range for the adjustment process. With this, the adjustment can take place with relatively little effort, and thus relatively easily.
  • the adjustment process is software-controlled and runs automatically.
  • the entire adjustment range of the applicator nozzle is first covered and a pressure present at the pressure sensor and the speed of the drive are determined for selected lengths of the outlet cross section of the applicator nozzle.
  • the control element is switched to circulation and the respective speeds of the drive are determined for the same selected lengths under the same selected conditions, at which the pressure on the pressure sensor is the same as during the application of the substance by means of the application nozzle.
  • the large number of ratios determined between the volume flow during the application of the free-flowing substance and the circulation are stored and used by the control device during later operation of the device.
  • the percentage deviation from the pressure between the start and end of application of the flowable substance on the substrate is measured during the adjustment process when operating at a constant conveying speed of the substrate and averaged over several application cycles, as well as the speed ratio of the pump between application of the flowable substance and circulation of the flowable substance is automatically changed in steps until the measured pressure deviation during the application of the flowable substance becomes minimal.
  • An essential advantage of the device described and the method described is that no dynamic pressure builds up at the beginning of the application of the flowable substance, in particular at the beginning of the application of the adhesive. Owing to the circulation system, deposits of the flowable matter in the supply line and the return line hardly exist because the flowable matter does not remain there as long as the matter is kept in the flowable state.
  • the length of the outlet cross section of the application nozzle, and thus the application width of the flowable substance onto the substrate or onto these substrates, can be adjusted during the time that remains during production between two subsequent applications of flowable substance. After the adjustment, it is generally not necessary to retract the application nozzle, so that the quality of the application on the first substrate, in particular on the first book, is already sufficient after the adjustment.
  • the device is ideally suited for digitally produced products, in particular digitally produced printed products that are produced in very short runs. A calibration process can be carried out quickly and easily. Under certain conditions, the user does not have to carry out an adjustment process at all.
  • the volumetric conveyance of the flowable substance described in connection with the present invention is used with constant operating conditions of the device, thus in particular with constant thickness, constant temperature of the flowable substance, constant viscosity of the flowable substance.
  • two transmission ratios are selected for the drive.
  • a translation is chosen for the application of the flowable material.
  • the other translation is chosen for the circulation of the flowable material.
  • the adhesive is, for example, polyurethane.
  • This hot-melt adhesive has particularly good sheet tear-out strength, as well as optimum lay-flat behavior with book blocks 3 .
  • a premelter 4 a heated adhesive supply line 5, a heated adhesive return line 6 and a heated adhesive application station 7.
  • the book blocks 3 are clamped in transport clamps 8 and are moved by a traction mechanism 9 in a direction of movement corresponding to the illustrated coordinate X of an orthogonal system via the application station 7, specifically an application nozzle 10 of the application station 7.
  • the other coordinates Y and Z are illustrated.
  • An outlet cross-section 11 of the application nozzle 10 that is rectangular in the top view, viewed against the coordinate z, has an adjustable longitudinal extension in the Y direction and a constant width extension in the X direction.
  • variable longitudinal extent of the outlet cross section is matched to the respective width of the book block 3, this width extending in the Y direction, and the application length of the adhesive on the spine 2 of the book block 3 results from the conveying movement of the respective book block 3 in the X direction.
  • Direction when the application nozzle 10 is open when the application nozzle 10 is open.
  • a defined application thickness results in the Z direction on the book spine 2 (see in particular the representation of the 4 ).
  • the adhesive is evenly applied to the spine 2 of the book with the aid of a control device 12, an electric drive 13 and a pump 14 which can be driven by the drive 13 in order to convey the free-flowing adhesive.
  • the speed of the drive 13 can be regulated.
  • the pump 14 is a gear pump.
  • the respective transport clamp 8 has a front jaw 15 designed as a plate and a rear jaw 16 also designed as a plate.
  • the cheeks 15, 16 of the respective transport clamp 8 are moved synchronously in the X direction.
  • the respective rear jaw 16 cannot be moved in the Y direction. Only the front jaw 15 can be moved in the Y direction and in the opposite direction, so that the distance between the two jaws 15, 16 can be changed for the purpose of clamping the book block 3 between the jaws 15, 16.
  • the respective rear jaw 16 forms on the side facing the front jaw 15 a plane spanned by the coordinates X and Z, which is essentially, with the exception of minor deviations, on the same plane as a stop plane 17 of a fixed stop 18 of the application station 7. This Stop 18 forms a guide for the book blocks 3 on an application head 19 of the application station 7.
  • a sensor 20 for detecting the transport speed of the book block 3 in the X direction, a sensor 21 for detecting the start and end of the respective book block 3 in relation to the X direction, and an actuating element 22 designed as a valve for the supply of the free-flowing adhesive to the applicator head 19 and, if required, a pressure sensor 23 are operatively connected via a connecting line 24 .
  • the free-flowing adhesive is supplied volumetrically from the pre-melting device 4 via the supply line 5 by the pump 14, which is driven by the drive 13 and is controlled by the control device 12.
  • the adhesive delivered by the pump 14 is fed back to the premelting device 4 via the return line 6 during the time period during which no adhesive is being applied.
  • FIG. 3 illustrates details of the application head 19 with an adjustment mechanism 25 for adjusting the outlet cross section 11 of the application nozzle 10, in that a cover 26, which more or less covers the outlet cross section 11, can be moved in the Y direction and in the opposite direction by means of the adjustment mechanism 25.
  • the respective book block 3 is moved linearly in the X-direction via the application nozzle 10 designed as a slit nozzle.
  • the free-flowing adhesive is transferred to the spine 2 of the book via the outlet cross section 11 .
  • the movable cover 26 is guided by a linear guide 27 with as little play as possible and is driven by a drive 28 of the cover 26 via the adjustment mechanism 25 is actuated and each adjusted so that the length Y of the outlet cross section 11 essentially corresponds to the thickness of the book block.
  • the adhesive is applied to the spine 2 of the book.
  • the application thickness 30 of the adhesive can be set in a range from 0.05 to 4 mm.
  • the application thickness is preferably in the range from 0.3 to 0.6 mm for PUR.
  • the distance from the beginning of the order 31 to the front 32 of the book block 3 and the distance from the end of the order 33 to the back 34 of the book block 3 can be set between -5 and 100 mm. These values are preferably between 0 and 15 mm.
  • the application width i.e. the dimension in the Y-direction, essentially corresponds to the book block thickness and is in the range of 1 to 80 mm.
  • the maximum expected production speed of the book block 3 can be set between 1,000 per hour and about 6,000 per hour. However, the volume control system described can also be used for significantly higher production speeds. Then the change in order width is limited by moving the cover 26 between two subsequent book blocks.
  • the drive 13 and the pump 14 are arranged below the pre-melting device 4 .
  • the drive 13 is connected to the pump 14 via a clutch.
  • figure 5 shows the basic structure of the device 1 in connection with a perfect binding machine.
  • the transport clamps 8 of the perfect binding machine are attached to the traction means 9 and are moved in the X direction at a defined speed. As a rule, this speed remains constant during production.
  • the book blocks 3 are clamped into the transport clamps 8 and moved with the transport clamps 8 .
  • the speed of the book blocks 3 is detected by the sensor 20 and forwarded to the control device 12 for processing.
  • the leading edge of the book assigned to the front 32 and the trailing edge of the book assigned to the back 34 are detected by the sensor 21 and forwarded to the control device 12 for processing.
  • the perfect binding machine transmits the signals for the book block thickness to the control device 12 in a suitable manner, so that it can clearly assign the book block thicknesses to be processed to the book blocks to be processed.
  • the decisive factor here is that the control device 12 has the data on the speed and the book block thickness at its disposal and can determine the time at which the beginning and end of each application of adhesive takes place.
  • the manner in which the data required for this reaches the control device 12 can also be designed differently from the way shown or described.
  • the adhesive is melted in the pre-melting device 4 and kept ready in flowable form.
  • the pump 14 conveys the adhesive stored in the pre-melting device 4 via the feed line 5 and the adjusting element 22 or valve either to the application nozzle 10, during the application of adhesive to the book spines 2, or via the return line 6 back to the pre-melting device 4.
  • the adhesive pressure is optional pressure sensor 23 detected immediately before the actuator 22 and transmitted to the control device 12. The pressure sensor 23 is not absolutely necessary for the system to function satisfactorily and can be omitted for cost reasons or installed only temporarily.
  • the cover 26 of the application nozzle 10 for adjusting the application width of adhesive is actuated, adjusted and adjusted via the adjustment mechanism 25 and the drive 28 .
  • the signal and the activation of the drive 28 can be made available or take place either by the control device of the perfect binding machine or by the control device 12 of the device 1 .
  • the adjusting element 22 for supplying the adhesive to the application nozzle 10 is actuated by the control device 12 in such a way that the beginning of each application of adhesive and the end of each application of adhesive correspond exactly to the previously determined values.
  • the actuating element 22 is designed as a switching valve. In a first position of the adjusting element 22, a flow from the supply line 5 to the applicator nozzle 10 is free and the return line 6 is blocked.
  • the supply of adhesive to the application nozzle 10 is interrupted and the feed line 5 via a throttle 35 integrated into the adjusting element 22 the return line 6 connected.
  • this throttle is integrated into the actuating element 22, this throttle or a throttle element can also be built into the return line 6 as a separate component.
  • the drive 13 of the pump 14 is controlled by the control device 12 using all the signals described above in such a way that the application of adhesive to the book blocks 3 has a clearly defined beginning, a clearly defined end and an even distribution over the application length.
  • the theoretical volume flow of adhesive during the application is determined from the speed of the moving book blocks 3, from the application width and from the application thickness of the adhesive on the book block 3.
  • the application thickness must be supplied to the control device 12 as a parameter. This usually takes place via an input terminal that is operated by the user of the device 1 . In terms of digital book production, the default value for the application thickness can also be supplied to the control device 12 by the perfect binding machine or by a higher-level controller.
  • the pump 14 generally delivers an adhesive volume flow that differs from the adhesive volume flow of the adhesive application.
  • This volume flow of adhesive during the return feed into the pre-melting device 5, i.e. during the circulation of adhesive, is so large that the adhesive pressure in front of the actuating element 22 is as large as possible the same as during the application of the adhesive via the application nozzle 10 to the book spines 2.
  • the relationship between the adhesive volume flow during the application of the adhesive and the adhesive volume flow during the circulation or return of adhesive is primarily dependent on the set length of the outlet cross section 11 of the application nozzle and thus on the application width of the adhesive on the respective book block 3.
  • the flow resistance through the application nozzle 10 depends on the set length of the outlet cross section 11 of the application nozzle 10.
  • the ratio between the volume of adhesive during the application of adhesive to the volume of adhesive during circulation depends on the speed of the book blocks 3, the application thickness 30 and the viscosity and flow behavior of the used adhesive dependent.
  • the viscosity of the adhesive is also dependent on the temperature of the adhesive and the age or aging of the adhesive.
  • the ratio can be determined empirically without measuring pressures. The ratio is changed until the quality of the applied adhesive reaches an optimum. This process is repeated for a number of different adjustment parameters. All of the volume flow ratios determined are integrated into the control unit. In this way it is conceivable that adhesive application devices can be built and delivered without having to go through any adjustment or calibration procedures. If the current parameters differ from the parameters that were present during the empirical determination of the ratios of the volume flows, a somewhat reduced quality of the adhesive application must be expected.
  • Another way of determining the volume flow ratios is via a so-called factory calibration.
  • a comparison or calibration process is carried out for each individual adhesive application device.
  • the advantage of such a solution is that the comparison is precisely tailored to the components actually used, the hoses, pre-melting device, application nozzle and also to the manufacturing and assembly tolerances of the parts actually used. If possible, the adhesive used later should then also be used, if possible with the temperature settings used later. It It is conceivable to install the pressure sensor exclusively for this factory adjustment. The adjustment process can then run automatically under software control. The entire adjustment range of the application nozzle is first covered and the adhesive pressure present at the pressure sensor is determined for selected application widths for an average speed of the book blocks and an average application thickness of the adhesive.
  • control element is switched to circulation and, for the same selected application widths, those speeds of the pump or drive are determined at which the adhesive pressure at the pressure sensor is the same as during the adhesive application using the application nozzle.
  • the ratios determined from this between the adhesive volume flow during the application of adhesive and the adhesive volume flow during circulation are stored and used by the control device during later operation of the device.
  • Another important variant for the comparison is an automatic comparison of the ratios between the adhesive volume flow during the adhesive application and the adhesive volume flow during the circulation.
  • values determined via the factory calibration serve as a basis or as a starting value.
  • it is constantly checked whether the adhesive pressure applied during adhesive application and the adhesive pressure applied during circulation are the same or within an adjustable tolerance. This tolerance is a maximum of ⁇ 10 percent, preferably a maximum of ⁇ 5 percent. If the difference between the two pressures is outside the set tolerance, the corresponding ratio of the adhesive volume flows is gradually adjusted until the difference between the two pressures is within the specified tolerance.
  • the percentage deviation of the pressure between the start and end of application of the flowable substance on the substrate can be measured and averaged over several application cycles, even when operating with a constant conveying speed of the substrate, as well as the speed ratio of the pump between application of the flowable substance and circulation of the flowable substance Substance can be automatically changed step by step until the measured pressure deviation during the application of the flowable substance is minimal.
  • Combinations of the methods described above can be used to determine the ratios of the adhesive volume flows for the adhesive application and the adhesive volume flows for circulation.
  • An adjustable maximum pressure can certainly also be monitored with the pressure sensor 23 . If the maximum pressure is exceeded, the drive 13 of the pump 14 switches off and the actuating element 22 moves to the reverse position.
  • valve 6 shows a slightly compared to the arrangement figure 5 modified arrangement. So is the actuator 22, in contrast to the embodiment figure 5 with the switching valve, designed in such a way that it has two valves 36, 37. Two standard valves are used here. In a first position, the valve 36 directs the free-flowing adhesive to the application nozzle 10 and in a second position blocks the supply line to the application nozzle 10. In the first position, the valve 36 blocks the return flow to the premelting device 4 and in the second position allows the return flow to the premelting device 4 free. The throttle element 35 is assigned to the return line 6 immediately behind the valve 37 . The mechanical and control engineering complexity is higher for the variant with two valves 36, 37 than for the variant with the switching valve.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum intermittierenden Auftragen eines fließfähigen Stoffes, insbesondere fließfähigen Klebstoffs, auf mindestens ein Substrat, mit einer Auftragsdüse zum Auftragen des fließfähigen Stoffs auf das Substrat, einem Behälter zur Aufnahme des fließfähigen Stoffs, einer Pumpe zum Fördern des fließfähigen Stoffs und einem Antrieb, wobei die Pumpe mit dem Behälter wirkverbunden ist und die Pumpe mittels des in der Drehzahl regelbaren Antriebs antreibbar ist, ferner mit einem Stellelement, das mit der Pumpe wirkverbunden ist und in zwei Stellungen überführbar ist, wobei das Stellelement in einer ersten Stellung den fließfähigen Stoff zur Auftragsdüse leitet und in einer zweiten Stellung die Zuleitung zur Auftragsdüse sperrt, des Weiteren mit einer Steuervorrichtung zum Betätigen des Stellelements und zum Regeln der Drehzahl des Antriebs der Pumpe.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Auftragen eines fließfähigen Stoffs auf ein Substrat unter Verwendung einer solchen Vorrichtung.
  • Vorrichtungen der eingangs genannten Art werden unterschiedlich verwendet. Als hauptsächliches Anwendungsgebiet wird das Auftragen von fließfähigen Klebstoffen mittels der Vorrichtungen angesehen. Ein weiteres wesentliches Anwendungsgebiet ist, im Gegensatz zu der Klebetechnik, die Beschichtungstechnik, somit das Auftragen von fließfähigen Stoffen zwecks Beschichtung von Substraten mittels der Vorrichtung.
  • Bei der Herstellung von klebegebundenen Druckerzeugnissen, wie Katalogen, Zeitschriften, Broschüren, Taschenbüchern oder ähnlichen Produkten werden Druckbogen zu losen Buchblocks zusammengetragen und anschließend in einer Klebebindevorrichtung im Wesentlichen am Rücken bearbeitet, sodann wird Klebstoff auf den Buchblockrücken und/oder auf die Innenseite des Rückens eines Umschlags aufgetragen, der mit dem Buchblock vereint und anschließend an diesen angepresst wird. Dabei sind die Buchblocks jeweils während der Bearbeitung in einer geführt umlaufenden Transportklammer der Klebebindevorrichtung mit nach unten vorstehendem Rücken eingespannt.
  • Bei der Buchherstellung im Klebebindeverfahren ist es bekannt, den Klebstoff mittels Auftragsdüsen aufzubringen. Bei dem Klebstoff handelt es sich dabei insbesondere um Dispersionsklebstoff, Schmelzklebstoff oder Dispersions-Schmelzklebstoff-Kombinationen. Hierbei hat sich in den letzten Jahren der Klebstoff Polyurethan, kurz PUR bezeichnet, als Schmelzklebstoff herausgestellt, der eine besonders gute Blattausreißfestigkeit aufweist sowie bei dem Buchblock bezüglich des 180°-Aufschlagverhaltens, dem sogenannten Lay-Flat-Verhalten, besonders vorteilhafte Ergebnisse erzielt. Dieser Klebstoff ist auch für schlechtere Papierqualität vorteilhaft einsetzbar, zum Beispiel für gestrichene Papiere, bei denen der Anteil der Strichbestandteile den für die Festigkeit erforderlichen Faseranteil überwiegt, und die sich auch schlechter aufrauen lassen, um die Faser für die Verklebung freizulegen.
  • Für die Bearbeitung von reaktiven Klebstoffen, beispielsweise mit Feuchtigkeit der Umgebung chemisch reagierende Polyurethane, werden vorzugsweise sogenannte Schlitzdüsenauftragsvorrichtungen eingesetzt. Der Klebstoff wird in aller Regel in einem dichten, mit einem trockenen Gas gefüllten Vorschmelzgerät verflüssigt und mittels einer volumetrisch fördernden Pumpe über eine Klebstoffzuführleitung einem Auftragskopf der als Schlitzdüse ausgebildeten Auftragsdüse zugeführt und von dieser auf den Buchblockrücken oder den Umschlag übertragen. Die pro Zeiteinheit zu fördernde Menge Klebstoff ist von der Fördergeschwindigkeit des Buchblocks, der Buchblockstärke und der zu erreichenden Dicke des auf den Buchblockrücken oder den Umschlag aufzutragenden Klebstofffilms abhängig. Auf Basis dieser Parameter berechnet eine Steuervorrichtung die erforderliche Drehzahl der Pumpe bzw. die durch die Pumpe zu fördernde Klebestoffmenge. Im Bereich zwischen einander folgenden Buchblocks muss die Klebstoffzufuhr zur Schlitzdüse unterbrochen werden. Eine entsprechend dem vorstehend Beschriebenen arbeitende Vorrichtung, die die Merkmale der Vorrichtung der eingangs genannten Art aufweist, ist aus der EP 2 319 707 A1 bekannt. Diese Vorrichtung weist zwischen Steuerventil und Auftragsdüse eine mit der Steuervorrichtung verbundene Klebstoff-Rückzugseinrichtung auf, die über ein Ventil mit der Steuervorrichtung verbunden ist. Zum Auftragen des Klebstofffilms wird im Wesentlichen gleichzeitig das Steuerventil geöffnet, die Pumpe gestartet und auf die berechnete Drehzahl beschleunigt sowie durch die Klebstoff-Rückzugseinrichtung der vorher darin gespeicherte Klebestoff ausgestoßen. Durch die gemeinsame und zeitlich koordinierte Wirkung der Pumpe, des Steuerventils und der Klebstoff-Rückzugseinrichtung ist ein sauberer definierter Klebestofffilmanfang erreichbar. Während des Klebstoffauftrags dreht ein Antrieb der Förderpumpe mit konstanter Drehzahl. Zum Beenden des Klebstoffauftrags werden im Wesentlichen gleichzeitig das Steuerventil geschlossen, die Pumpe angehalten sowie durch die Klebestoff-Rückzugseinrichtung Klebstoff aufgenommen, der für den nächsten Klebestofffilm wiederum zum Ausstoßen verfügbar ist. Diese Vorrichtung ist baulich aufwendig gestaltet und erfordert einen hohen Steuerungsaufwand. Diese Nachteile sind insbesondere dadurch bedingt, dass bei der Vorrichtung die Klebstoff-Rückzugseinrichtung vorzusehen ist, die zudem angesteuert werden muss, insbesondere exakt auf die Ansteuerung des Stellelements bzw. Ventils, das mit der Pumpe wirkverbunden und in die beiden Stellungen überführbar ist, nämlich in die erste Stellung, in der der fließfähige Klebstoff zur Auftragsdüse geleitet wird und in die zweite Stellung, in der die Zuleitung zur Auftragsdüse gesperrt wird.
  • Ein Klebstoffventil zum intermittierenden Auftragen von Klebstoffstreifen auf bahnenförmigem Material, beispielsweise Papierbahnen, ist aus der DE 42 11 942 A1 bekannt. Bei diesem Klebstoffventil handelt es sich um ein Umschaltventil zum Auftragen von Klebstoff. Das Ventil weist ein Ventilgehäuse mit einem Klebstoffzulauf auf, der mit einer Pumpe zum Fördern des Klebestoffs zum Ventil verbunden ist, ferner weist das Ventilgehäuse einen Klebstoffrücklauf auf, der mit einem Klebstoffvorratsbehälter verbunden ist. Der Klebstoff wird mittels der Pumpe zum Klebstoffaustritt des Ventils gefördert, wenn der Klebstoffaustritt geöffnet ist. Bei geschlossenem Klebstoffaustritt läuft die Pumpe stetig weiter, ohne dass sich nennenswerte Druckschwankungen ergeben. Aus diesem Grund ist bei geschlossenem Klebstoffaustritt eine Verbindung zwischen dem von der Pumpe beaufschlagten Klebstoffzulauf und dem Klebstoffrücklauf hergestellt.
  • In der DE 41 21 792 A1 ist ein Düsenauftragssystem zum Auftragen von Hotmelt-Klebstoff auf Buchblockrücken mittels einer Schlitzdüse beschrieben. Eine Pumpe, die als Zahnradpumpe ausgebildet ist, ist in einen Auftragskopf integriert. Die Pumpe fördert einen konstanten Volumenstrom Klebstoff. Nach dem Schließen eines Ventils für die Zuführung von Klebstoff zur Schlitzdüse wird der zugeführte Klebstoff über ein einstellbares Überdruckventil zirkuliert und wieder der Pumpe zugeführt. Es handelt sich um ein selbsttätig einstellendes, die während der Auftragspause weiter zulaufende Klebstoffmenge abspritzendes Überdruckventil in der Leitung, dessen Gegenkraft von Steuermitteln über die Steuerung derart regelbar ist, dass der Abspritzdruck über dem erforderlichen Auftragsdruck liegt. Hierbei wird der Auftragsdruck zuvor gemessen und der Steuerung zum Abspeichern zugeführt. Bei jedem Arbeitstakt wird der Aufragsdruck neu gemessen und für die nächste Auftragsunterbrechung abgespeichert.
  • Bei einer aus der Praxis bekannten Mengenregelung mit Zirkulationssystem wird in Abhängigheit von einer Auftragsstärke eines Klebstoffs, einer Buchblockstärke und einer Geschwindigkeit, mit der sich die Buchblocks bewegen, der benötigte Klebstoffvolumenstrom ermittelt. Aufgrund des benötigten Klebstoffvolumenstroms und einer bekannten Fördermenge pro Umdrehung einer Klebstoffpumpe wird die erforderliche Drehzahl der Klebstoffpumpe eingestellt und geregelt. Zur Erfassung der Prozessgeschwindigkeit ist ein Encoder vorgesehen. Der Klebstoff zirkuliert kontinuierlich im umlaufenden Klebstoffsystem. Ein Auftragskopf verfügt über ein Ventil, das als Umschaltventil ausgeführt ist. Das Umschaltventil hat die Aufgabe, wechselseitig den Klebstoff von einer Druckquelle zu einer Auftragsdüse oder in einen Rücklaufschlauch zu leiten. Steht das Ventil in der Stellung zur Auftragsdüse, fließt der Klebstoff zur Auftragsdüse. Steht das Ventil in der Stellung zum Rücklaufschlauch, fließt der Klebstoff zurück in den Tank eines Vorschmelzgerätes. In den Rücklaufschlauch vor dem Tank vom Vorschmelzgerät ist eine motorisch stufenlos verstellbare Drossel eingebaut. Die Drossel hat die Aufgabe, in etwa den gleichen Druckabfall im Rücklauf wie über die Auftragsdüse zu erzeugen, sodass sich der durch die Klebstoffpumpe erzeugte Klebstoffdruck nur unwesentlich ändert, wenn das Umschaltventil betätigt wird und zwischen Klebstoffauftrag über die Auftragsdüse und den Rücklauf über die Drossel hin und her schaltet. Dadurch wird erreicht, dass sich beim Start vom Klebstoffauftrag die Druckverhältnisse nicht ändern und der Auftrag einen exakten Beginn auf den Buchblocks ausbildet. Beim Start vom Auftrag muss nur der Klebstoff in der Auftragsdüse beschleunigt werden. Das Volumen in den Klebstoffschläuchen und das Dehnverhalten der Schläuche haben keinen Einfluss auf den Klebstoffauftrag. Es kann im Wesentlichen eine Volumenregelung für die Klebstoffpumpe zum Einsatz kommen. In der Praxis hat sich gezeigt, dass eine Mengenregelung mit Zirkulationssystem für einen präzisen Klebstoffauftrag nicht einfach zu regeln ist. Es hat sich gezeigt, dass es sehr wichtig ist, den Durchflusswiderstand der Drossel genau einzustellen. Um die Einstellung der Drossel ermitteln zu können, ist für jede Einstellung der Länge des Austrittsquerschnitts der Auftragsdüse, für jeden Klebstofftyp und für jede Produktionsgeschwindigkeit ein separater Eichvorgang für die Ermittlung der Drosselstellung erforderlich. Die Daten der Eichung werden in einer Datenmatrix abgespeichert und können bei ähnlichen Konfigurationen von Klebstoff wieder verwendet werden. Dieses System liefert sehr gute Klebstoffaufträge. Nachteilig sind die hohen Kosten des Auftragssystems, insbesondere für die normalerweise über einen Servomotor einstellbare Drossel und der große Aufwand für die Eichvorgänge.
  • Aus der EP 1 691 076 A1 ist eine Auftragsvorrichtung bekannt, bei der eine volumetrische Förderpumpe Verwendung findet, wobei Auftragsmaterial über eine Rücklaufleitung von einer Ausgangsöffnung der Pumpe zu einer Eingangsöffnung der Pumpe rückförderbar ist. Hierbei ist der Rücklaufleitung ein Rücklaufventil zugeordnet, das ausgebildet ist, um den Materialfluss durch die Rücklaufleitung freizugeben und zu sperren, vorzugsweise auch zu drosseln. Das Rücklaufventil ist ein im Durchflussquerschnitt variables Ventil, das seinen Durchflussquerschnitt in Abhängigkeit des Drucks des Auftragsmaterials auf der Eingangsseite ändert, insbesondere seinen Durchflussquerschnitt bei zunehmendem Druck vergrößert und bei abnehmendem Druck verringert.
  • Ferner ist aus der US 2010/0310765 A1 eine Ausgabesystem bekannt, das die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung, die die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweist, so weiterzubilden, dass bei geringem baulichem Aufwand und geringem Steuerungsaufwand eine exakte intermittierende Ausgabe von fließfähigem Stoff aus der Auftragsdüse gewährleistet ist. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein vorteilhaftes Verfahren unter Verwendung einer solchen Vorrichtung anzugeben.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist, ferner durch ein Verfahren, das die Merkmale des Patentanspruchs 12 aufweist.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Anordnung von Antrieb und Pumpe eine Charakteristik auf, gemäß der die Drehzahl des Antriebs linear dem Fördervolumen der Pumpe ist. Die Vorrichtung ist derart gestaltet, dass das Stellelement in einer zweiten Stellung, bei angetriebener Pumpe, den fließfähigen Stoff über eine Leitung zum Behälter zurückleitet. In der ersten Stellung sperrt das Stellelement den Rückfluss zum Behälter. Die Drehzahl des Antriebs ist in den beiden Stellungen des Stellelements, somit in der ersten und der zweiten Stellung, unterschiedlich groß.
  • Die Vorrichtung weist somit eine Zuführleitung zum schaltbaren Stellelement und vom schaltbaren Stellelement eine Rücklaufleitung zum Behälter auf. Der fließfähige Stoff kann somit zirkulieren, vom Behälter über die Pumpe zum Stellelement und bei in zweiter Stellung befindlichem Stellelement von dort zurück zum Behälter. In der ersten Stellung des Stellelements wird der fließfähige Stoff zur Auftragsdüse geleitet und es ist die Rücklaufleitung zum Behälter gesperrt, damit in diesem Fall keine Zirkulation erfolgt. Da die Drehzahl des Antriebs linear dem Fördervolumen der Pumpe ist, ist die Drehzahl des Antriebes unmittelbar ein Maß für das Fördervolumen. Durch unterschiedlich große Wahl der Drehzahl des Antriebs in den beiden Stellungen des Stellelements - erster und zweiter Stellung - kann ein unterschiedliches Fördervolumen bei der jeweiligen Stellung des Stellelements gefördert werden. Definierte Drehzahlen in den beiden unterschiedlichen Stellungen des Stellelements ermöglichen es damit, Druckverhältnisse in der Vorrichtung zu schaffen, dahingehend, dass der Druck des fließfähigen Stoffs, der unmittelbar an dem Stellelement ansteht, im Wesentlichen gleich groß ist, unabhängig davon, ob sich das Stellelement in der einen oder in der anderen Position befindet, somit unabhängig davon, ob der fließfähige Stoff durch die Auftragsdüse ausgegeben wird oder aber bei in zweiter Stellung befindlichem Stellelement der fließfähige Stoff nicht zur Auftragsdüse gelangt, sondern über die Leitung zum Behälter zurückgefördert wird. Da keine relevanten unterschiedlichen Drücke am Stellelement anliegen, unabhängig in welcher Stellung sich das Stellelement befindet, sind beim Überführen des Stellelements von der zweiten Stellung in die erste Stellung, somit in die Stellung, in der der fließfähige Stoff zur Auftragsdüse gefördert wird, keine prozessrelevanten Druckveränderungen im Bereich des Stellelements zu verzeichnen. Damit ist eine einfache und kostengünstige Vorrichtung darstellbar. Der Einfluss der Zuführleitung des fließfähigen Stoffs und der Rückführleitung des fließfähigen Stoffs auf die Dosierung des fließfähigen Stoffs und die Gleichmäßigkeit des Auftrags von fließfähigem Stoff ist hierdurch minimiert. Der Druck des fließfähigen Stoffs vor dem Stellelement ist während des Auftragens des fließfähigen Stoffs und während der Zeit zwischen zwei Aufträgen des fließfähigen Stoffs im Wesentlichen konstant.
  • Die Drehzahl des Antriebs ist vorzugsweise proportional dem Fördervolumen der Pumpe.
  • Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die Drehzahlen des Antriebs in den beiden Stellungen des Stellelements derart sind, dass der Druck des fließfähigen Stoffs unmittelbar stromaufwärts des Stellelements während des Ausgebens aus der Auftragsdüse und während der Rückleitung des fließfähigen Stoffs zurück zum Behälter im Wesentlichen gleich groß ist. Unter "im Wesentlichen" wird hierbei verstanden, dass der Druck des fließfähigen Stoffs während des Ausgebens maximal 10 Prozent nach oben oder unten bezüglich des Drucks während der Rückleitung des fließfähigen Stoffs zurück zum Behälter sein sollte, vorzugsweise maximal 5 Prozent.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stellelement ein Umschaltventil aufweist, das in die beiden Stellungen umschaltbar ist. Die Funktion der Umschaltung in die beiden Stellungen wird somit mittels eines einzigen Umschaltventils verwirklicht.
  • Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Stellelement zwei Ventile aufweist, wobei ein erstes Ventil in einer ersten Stellung den fließfähigen Stoff zur Auftragsdüse leitet und in einer zweiten Stellung die Zuleitung zur Auftragsdüse sperrt, sowie das zweite Ventil in einer ersten Stellung den Rückfluss zum Behälter sperrt und in einer zweiten Stellung den Rückfluss zum Behälter freigibt. Bei dieser Gestaltung sind somit zwei unabhängige Ventile vorgesehen.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Austrittsquerschnitt der Auftragsdüse, insbesondere einer als Schlitzdüse ausgebildeten Auftragsdüse, veränderbar ist, insbesondere bei konstanter Breite des Austrittsquerschnitts dessen Länge veränderbar ist. Die Verwendung einer Schlitzdüse ist insbesondere dann vorgesehen, wenn mittels der Vorrichtung klebegebundene Druckerzeugnisse hergestellt werden sollen und der Klebstoff auf intermittierend geförderte Druckereierzeugnisse im Bereich von Buchblockrücken und/oder Innenseiten der Rücken von Umschlägen aufgetragen werden sollen. Sind Druckereierzeugnisse unterschiedlicher Stärke herzustellen, ist entsprechend dieser Stärke die Schlitzdüsenlänge anzupassen. Unter dem Aspekt des Förderns der Druckereierzeugnisse in einer geradlinigen Bewegung, entspricht die Länge des Schlitzdüsenquerschnitts der Breite des Klebstoffauftrags auf das jeweilige Druckereierzeugnis und es ergibt sich die Länge des Auftrags aufgrund der Öffnungsdauer der Schlitzdüse während des Förderns des Druckereierzeugnisses entlang der Schlitzdüse.
  • Vorzugsweise ist in einen Rückflussabschnitt des Stellelements oder in die Leitung, durch die der fließfähige Stoff zum Behälter zugeleitet wird, eine Drossel integriert. Diese Drossel ist grundsätzlich nicht erforderlich. Der Vorteil einer Drossel ist darin zu sehen, dass eine Strömung der Drossel darstellbar ist, die bezüglich der Charakteristik der Auftragsdüse, insbesondere der veränderlichen Charakteristik der Schlitzdüse abgleichbar ist. Hierdurch ergeben sich nur wenig unterschiedliche Verhältnisse bei der Vorrichtung für die beiden Schaltstellungen des Stellelements.
  • In aller Regel wird die Drossel ein separates Bauteil sein. Es ist aber durchaus denkbar, dass die Drossel durch einen Leitungsabschnitt verwirklicht wird, der aufgrund seiner Länge eine Drosselung bewirkt. Die Drossel kann andererseits auch das Stellelement selbst sein, das aufgrund seiner Gestaltung in der zweiten Stellung des Stellelements, somit bei Zurückleiten des fließfähigen Stoffs die Drosselung bewirkt.
  • Die Drossel kann einstellbar oder nicht einstellbar sein. Insbesondere ist die Drossel nicht einstellbar. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Strömungswiderstand der Drossel, insbesondere einer fest eingebauten Drossel, ungefähr dem Strömungswiderstand der Auftragsdüse bei einer mittleren Einstellung der Länge des Austrittsquerschnitts der Auftragsdüse, somit bei einer mittleren Einstellung der Auftragsbreite des fließfähigen Stoffs, insbesondere des fließfähigen Klebstoffs, auf das jeweilige Druckereierzeugnis und einer mittleren Produktionsgeschwindigkeit des Buchblocks entspricht. Über eine Veränderung der Drehzahl des Antriebs der Pumpe und somit der linearen Veränderung des geförderten Volumenstroms wird in etwa ein gleichgroßer Druckabfall im Rücklauf und über die fixe Drossel erzeugt wie über die Auftragsdüse, sodass sich der durch die Pumpe erzeugte Druck des fließfähigen Stoffs nur unwesentlich ändert, wenn das Stellelement betätigt wird. Somit wird mit dem Umschalten des Stellelements gleichzeitig auch die Drehzahl des Antriebs der Pumpe verändert. Hierdurch wird erreicht, dass sich beim Start des Auftrags des fließfähigen Stoffs die Druckverhältnisse nicht ändern und der Auftrag einen exakten Beginn aufweist. Das Volumen in Schläuchen für den fließfähigen Stoff und ein Dehnverhalten der Schläuche haben keinen merklichen Einfluss auf das Auftragsverhalten. Es kann im Wesentlichen eine Volumenregelung für die Pumpe zum Einsatz kommen.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass stromaufwärts des Stellelements, insbesondere benachbart des Durchgangs des fließfähigen Stoffs durch das Stellelement zur Auftragsdüse, ein Drucksensor zum Ermitteln des Drucks des fließfähigen Stoffs angeordnet ist, wobei mittels des Drucksensors der Druck des fließfähigen Stoffs ermittelbar und an die Steuervorrichtung übermittelbar ist. Ein derartiger Drucksensor ermöglicht es, die Vorrichtung zu eichen. Hierbei kann der Drucksensor ausschließlich temporär zu Abgleichzwecken und/oder zu Kalibrierzwecken eingebaut sein. Andererseits kann der Drucksensor dauerhaft Bestandteil der Vorrichtung sein. Allerdings baut die Vorrichtung dann aufwendiger und ist teurer.
  • Bei der Vorrichtung kann stromabwärts der Pumpe eine Einrichtung zur Begrenzung des Drucks des fließfähigen Stoffs vorhanden sein. Vorzugsweise wird vom Drucksensor ein Maximaldruck, insbesondere ein einstellbarer Maximaldruck überwacht. Es sind Steuermittel vorgesehen, die bei Überschreitung des Maximaldrucks die Pumpe ausschalten und das Stellelement in dessen Rücklaufstellung schalten. Hierdurch kann eine Überlastung der Vorrichtung, die zu deren Beschädigung führen würde, wirksam ausgeschlossen werden.
  • Gemäß einem Verfahren zum Auftragen eines fließfähigen Stoffs auf ein Substrat unter Verwendung der beschriebenen Vorrichtung, ggf. unter Berücksichtigung der beschriebenen Weiterbildung der Vorrichtung, ist vorgesehen, dass das Verhältnis zwischen dem Volumenstrom des fließfähigen Stoffs während des Auftrags des fließfähigen Stoffs zu dem Volumenstrom des fließfähigen Stoffs während der Rückleitung zum Behälter durch einen Abgleichvorgang bestimmt wird.
  • Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn das beschriebene Verhältnis durch einen Abgleichvorgang bestimmt wird. Insbesondere ist der Abgleichvorgang nur von der eingestellten Länge des Austrittsquerschnitts der Auftragsdüse abhängig. Insbesondere wird für den Abgleichvorgang eine Geschwindigkeit eines relativ zur Auftragsdüse geförderten Substrats und/oder die Stärke des auf das Substrat aufzubringenden fließfähigen Stoffs und/oder die Viskosität des fließfähigen Stoffs und/oder das Strömungsverhalten des fließfähigen Stoffs in einem mittleren Anwendungsbereich gewählt. Hiermit kann bei relativ geringem Aufwand, somit relativ einfach, das Abgleichen erfolgen.
  • Alternativ wird es als bevorzugt angesehen, wenn der Abgleichvorgang softwaregesteuert und automatisch abläuft. Insbesondere wird zuerst der gesamte Verstellbereich der Auftragsdüse abgefahren und bei ausgewählten Längen des Austrittsquerschnitts der Auftragsdüse ein am Drucksensor anstehender Druck und die Drehzahl des Antriebs ermittelt. Dann wir das Stellelement auf Zirkulation umgeschaltet und es werden für die gleichen ausgewählten Längen bei gleichen gewählten Bedingungen die jeweiligen Drehzahlen des Antriebs ermittelt, bei denen jeweils der Druck am Drucksensor gleich groß ist wie während des Stoffauftrags mittels der Auftragsdüse. Es werden die Vielzahl ermittelter Verhältnisse zwischen dem Volumenstrom während des Auftrags des fließfähigen Stoffs und der Zirkulation abgespeichert und von der Steuervorrichtung beim späteren Betrieb der Vorrichtung verwendet.
  • Gemäß einer weiteren Alternative wird beim Abgleichvorgang beim Betrieb mit konstanter Fördergeschwindigkeit des Substrats die prozentuale Abweichung vom Druck zwischen Auftragsstart und Auftragsende des fließfähigen Stoffs auf das Substrat gemessen und über mehrere Auftragszyklen gemittelt, sowie das Drehzahlverhältnis der Pumpe zwischen Auftrag des fließfähigen Stoffs und Zirkulation des fließfähigen Stoffs automatisch schrittweise verändert, bis die gemessene Druckabweichung während des Auftrags des fließfähigen Stoffs minimal wird.
  • Ein wesentlicher Vorteil der beschriebenen Vorrichtung bzw. des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass kein Aufbau eines dynamischen Drucks zu Beginn des Auftrags des fließfähigen Stoffs, insbesondere zu Beginn des Klebstoffauftrags erfolgt. Infolge des Zirkulationssystems sind Ablagerungen des fließfähigen Stoffs in der Zuführleitung und der Rückführleitung kaum vorhanden, da der fließfähige Stoff nicht dort verharrt, solange der Stoff im fließfähigem Zustand gehalten wird. Die Länge des Austrittsquerschnitts der Auftragsdüse, somit die Auftragsbreite des fließfähigen Stoffs auf das Substrat bzw. auf diese Substrate kann während derjenigen Zeit verstellt werden, die während der Produktion zwischen zwei nachfolgenden Aufträgen fließfähigen Stoffs verbleibt. Nach der Verstellung ist in aller Regel kein Einfahren der Auftragsdüse erforderlich, sodass die Qualität des Auftrags beim ersten Substrat, insbesondere beim ersten Buch, nach der Verstellung bereits genügend ist. Dadurch ist die Vorrichtung bestens geeignet für digital hergestellte Erzeugnisse, insbesondere digital hergestellte Druckereierzeugnisse, die in Kleinstauflagen hergestellt werden. Ein Abgleichvorgang kann schnell und einfach durchgeführt werden. Unter bestimmten Bedingungen muss der Anwender gar keinen Abgleichvorgang durchführen.
  • Die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung beschriebene volumetrische Förderung des fließfähigen Stoffs findet bei konstanten Betriebsbedingungen der Vorrichtung Anwendung, somit insbesondere bei gleichbleibender Dicke, konstanter Temperatur des fließfähigen Stoffs, konstanter Viskosität des fließfähige Stoffes. In aller Regel werden zwei Übersetzungsverhältnisse beim Antrieb gewählt. Eine Übersetzung wird gewählt für den Auftrag des fließfähigen Stoffs. Die andere Übersetzung wird gewählt für die Zirkulation des fließfähigen Stoffs. - Bei unsteten Betriebsbedingungen, beispielsweise beim Starten des Auftrags, einer Veränderung der Auftragsbreite, einer Veränderung der Geschwindigkeit der Substrate kann es vorteilhaft sein, anstelle der volumetrischen Förderung vorübergehend eine Druckregelung anzuwenden. Durch eine Druckregelung kann ein unsteter Vorgang sehr schnell ausgeglichen werden. Nach Erreichen der gewollten Betriebsbedingungen, insbesondere des gewünschten Drucks vor der Düse, kann wieder auf die volumetrische Regelung der Pumpe umgeschaltet werden. Eine temporäre Druckregelung verringert die Zeitdauer von unsteten Vorgängen und Betriebszuständen, sodass die Qualität des aufgetragenen Stoffs möglichst wenig und möglichst kurz vom Sollwert abweicht.
  • Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.
  • In den Figuren ist die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in schematischer Darstellung veranschaulicht, ohne hierauf beschränkt zu sein.
  • Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine Vorrichtung zum intermittierenden Auftragen eines fließfähigen Stoffs, bei dem es sich um Klebstoff handelt, auf ein Substrat, bei dem es sich um einen Buchrücken handelt,
    Fig. 2
    die Vorrichtung in bezüglich Teilbereichen detaillierterer Darstellung,
    Fig. 3
    die Vorrichtung in einem Teilbereich, in dem die bezüglich deren Austrittsquerschnitt in der Länge verstellbare Auftragsdüse angeordnet ist,
    Fig. 4
    einen Buchrücken mit aufgetragenem Klebstoff,
    Fig. 5
    ein Klebstoffflussdiagramm für ein erstes Ausführungsbeispiel,
    Fig. 6
    ein Klebstoffflussdiagramm für ein geringfügig abgewandeltes, zweites Ausführungsbeispiel.
    Figurenbeschreibung
  • Fig. 1 veranschaulicht die Einbausituation einer Vorrichtung 1 zum intermittierenden Auftragen eines fließfähigen Klebstoffs auf Substrate, vorliegend auf Buchrücken 2 von Buchblocks 3. Bei dem Klebstoff handelt es sich beispielsweise um Polyurethan. Dieser Schmelzklebstoff weist die besonders gute Blattausreißfestigkeit auf, ferner bei Buchblocks 3 ein optimales Lay-Flat-Verhalten.
  • Unter Bezugnahme auf die Darstellung der Fig. 1 und 2 ist bezüglich der Vorrichtung 1 ein Vorschmelzgerät 4, eine Zuführleitung 5 für den erhitzten Klebstoff, eine Rückführleitung 6 für den erhitzten Klebstoff und eine Auftragsstation 7 für den erhitzten Klebstoff gezeigt. Die Buchblocks 3 sind in Transportklammern 8 eingespannt und werden durch ein Zugmittel 9 in einer Bewegungsrichtung, die der veranschaulichten Koordinate X eines orthogonalen Systems entspricht, über die Auftragsstation 7, konkret eine Auftragsdüse 10 der Auftragsstation 7, bewegt. Es sind die weiteren Koordinaten Y und Z veranschaulicht. Ein in der Draufsicht, entgegen der Koordinate z gesehen, rechteckiger Austrittsquerschnitt 11 der Auftragsdüse 10 weist eine verstellbare Längserstreckung in Y-Richtung, eine konstante Breitenerstreckung in X-Richtung auf. Die variable Längserstreckung des Austrittsquerschnitts ist auf die jeweilige Breite des Buchblocks 3, wobei sich diese Breite in Y-Richtung erstreckt, abgestimmt und es ergibt sich die Auftragslänge des Klebstoffs auf dem Buchrücken 2 des Buchblocks 3 aufgrund der Förderbewegung des jeweiligen Buchblocks 3 in X-Richtung bei geöffneter Auftragsdüse 10. In Abhängigkeit von der Fördergeschwindigkeit des Buchrückens 2 relativ zur geöffneten Auftragsdüse 10 und dem Massendurchsatz des Klebstoffs durch den Austrittsquerschnitt 11 der Auftragsdüse 10 ergibt sich eine definierte Auftragsstärke in Z-Richtung auf den Buchrücken 2 (siehe insbesondere die Darstellung der Fig. 4).
  • Auf die Buchrücken 2 wird der Klebestoff mithilfe einer Steuervorrichtung 12, eines elektrischen Antriebs 13 und einer mittels des Antriebs 13 antreibbaren Pumpe 14 zum Fördern des fließfähigen Klebstoffs gleichmäßig aufgetragen. Der Antrieb 13 ist in seiner Drehzahl regelbar. Bei der Pumpe 14 handelt es sich um eine Zahnradpumpe.
  • Die jeweilige Transportklammer 8 weist eine vordere als Platte ausgebildete Backe 15 und eine hintere, gleichfalls als Platte ausgebildete Backe 16 auf. Die Backen 15, 16 der jeweiligen Transportklammer 8 werden synchron in X-Richtung bewegt. Die jeweilige hintere Backe 16 ist in Y-Richtung nicht beweglich. Nur die vordere Backe 15 ist in Y-Richtung und entgegengesetzt beweglich, sodass das Abstandsmaß der beiden Backen 15, 16 zwecks Klemmen des Buchblocks 3 zwischen den Backen 15, 16 verändert werden kann. Die jeweilige hintere Backe 16 bildet auf der der vorderen Backe 15 zugewandten Seite eine durch die Koordinaten X und Z aufgespannte Ebene, die im Wesentlichen, bis auf geringfügige Abweichungen auf der gleichen Ebene liegt wie eine Anschlagebene 17 eines festen Anschlags 18 der Auftragsstation 7. Dieser Anschlag 18 bildet eine Führung der Buchblocks 3 an einem Auftragskopf 19 der Auftragsstation 7.
  • Mit der Steuervorrichtung 12 sind ein Sensor 20 zum Erfassen der Transportgeschwindigkeit des Buchblocks 3 in X-Richtung, ein Sensor 21 zum Erfassen des Beginns und des Endes des jeweiligen Buchblocks 3, bezogen auf die X-Richtung, sowie ein als Ventil ausgebildetes Stellelement 22 für die Zuführung des fließfähigen Klebstoffs zum Auftragskopf 19 und bei Bedarf ein Drucksensor 23 über eine Verbindungsleitung 24 wirkverbunden. Der fließfähige Klebstoff wird vom Vorschmelzgerät 4 über die Zuführleitung 5 volumetrisch von der Pumpe 14, die mittels des Antriebs 13 angetrieben wird, und über die Steuervorrichtung 12 kontrolliert wird, zuführt. Über die Rücklaufleitung 6 wird der von der Pumpe 14 geförderte Klebstoff während der Zeitdauer, während der kein Klebstoffauftrag erfolgt, zum Vorschmelzgerät 4 zurückgeführt.
  • Fig. 3 veranschaulicht Einzelheiten des Auftragskopfs 19 mit einem Verstellmechanismus 25 zum Verstellen des Austrittsquerschnitts 11 der Auftragsdüse 10, indem eine Abdeckung 26, die den Austrittsquerschnitt 11 mehr oder weniger abdeckt, mittels des Verstellmechanismus 25 in Y-Richtung und entgegengesetzt verfahrbar ist. Der jeweilige Buchblock 3 wird linear in X-Richtung über die als Schlitzdüse ausgebildete Auftragsdüse 10 bewegt. Dabei wird der fließfähige Klebstoff über den Austrittsquerschnitt 11 auf den Buchrücken 2 übertragen. Die bewegliche Abdeckung 26 wird von einer Linearführung 27 möglichst spielfrei geführt und über den Verstellmechanismus 25, der von einem Antrieb 28 der Abdeckung 26 angetrieben wird, betätigt und jeweils so verstellt, dass die Länge Y des Austrittsquerschnitts 11 im Wesentlichen der Buchblockstärke entspricht.
  • Fig. 4 zeigt eine Prinzipdarstellung von einem Buchblock 3 und dessen wichtigste Abmessungen, ferner einen Klebstoffauftrag 29. Am Buchrücken 2 wird der Klebstoff aufgetragen. Die Auftragsstärke 30 vom Klebstoff kann in einem Bereich von 0.05 bis 4 mm eingestellt werden. Vorzugsweise liegt die Auftragsstärke im Bereich von 0.3 bis 0.6 mm für PUR. Der Abstand vom Auftragsanfang 31 zur Vorderseite 32 des Buchblocks 3 und der Abstand vom Auftragsende 33 zur Rückseite 34 des Buchblocks 3 kann zwischen -5 bis 100 mm eingestellt werden. Vorzugsweise liegen diese Werte zwischen 0 und 15 mm. Die Auftragsbreite, somit das Maß in Y-Richtung, entspricht im Wesentlichen der Buchblockstärke und liegt im Bereich von 1 bis 80 mm. Die maximal zu erwartende Produktionsgeschwindigkeit des Buchblocks 3 kann zwischen 1 000 pro Stunde und etwa 6 000 pro Stunde eingestellt werden. Das beschriebene System der Volumenregelung kann aber auch für deutlich höhere Produktionsgeschwindigkeiten eingesetzt werden. Dann wird die Änderung der Auftragsbreite durch Verstellung der Abdeckung 26 zwischen zwei nachfolgenden Buchblocks eingeschränkt.
  • Der Antrieb 13 und die Pumpe 14 sind unterhalb des Vorschmelzgeräts 4 angeordnet. Der Antrieb 13 ist über eine Kupplung mit der Pumpe 14 verbunden.
  • Fig. 5 stellt den prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung 1 in Verbindung mit einer Klebebindemaschine dar. Die Transportklammern 8 der Klebebindemaschine sind am Zugmittel 9 befestigt und werden in Richtung X mit einer definierten Geschwindigkeit bewegt. In der Regel bleibt diese Geschwindigkeit während der Produktion konstant. Die Buchblocks 3 werden in die Transportklammern 8 eingespannt und mit den Transportklammern 8 mitbewegt. Die Geschwindigkeit der Buchblocks 3 wird durch den Sensor 20 erfasst und an die Steuervorrichtung 12 zur Verarbeitung weitergeleitet. Die der Vorderseite 32 zugeordnete Buchvorderkante und die der Rückseite 34 zugeordnete Buchhinterkante werden durch den Sensor 21 detektiert und an die Steuervorrichtung 12 zur Verarbeitung weitergeleitet. Die Klebebindemaschine übermittelt die Signale für die Buchblockstärke in geeigneter Weise an die Steuervorrichtung 12, sodass diese die zu verarbeitenden Buchblockstärken eindeutig den zu verarbeitenden Buchblocks zuordnen kann. Entscheidend ist dabei, dass die Steuervorrichtung 12 über die Daten der Geschwindigkeit und der Buchblockstärke verfügt und den zeitlichen Beginn und das zeitliche Ende von jedem Klebstoffauftrag ermitteln kann. Wie die dazu erforderlichen Daten in die Steuerungsvorrichtung 12 gelangen, kann auch anders ausgeführt sein, wie dargestellt oder beschrieben.
  • Der Klebstoff wird im Vorschmelzgerät 4 geschmolzen und in fließfähiger Form bereitgehalten. Die Pumpe 14 fördert den im Vorschmelzgerät 4 bereitgehaltenen Klebstoff über die Zuführleitung 5 und das Stellelement 22 bzw. Ventil entweder zur Auftragsdüse 10, während des Auftragens von Klebstoff auf die Buchrücken 2, oder über die Rückführleitung 6 zurück zum Vorschmelzgerät 4. Der Klebstoffdruck wird vom optionalen Drucksensor 23 unmittelbar vor dem Stellelement 22 erfasst und an die Steuervorrichtung 12 übermittelt. Der Drucksensor 23 ist für eine zufriedenstellende Funktion des Systems nicht zwingend erforderlich und kann aus Kostengründen weggelassen werden oder nur temporär eingebaut werden.
  • Die Abdeckung 26 der Auftragsdüse 10 für die Verstellung der Auftragsbreite von Klebstoff wird über den Verstellmechanismus 25 und den Antrieb 28 betätigt, verstellt und eingestellt. Das Signal und die Ansteuerung vom Antrieb 28 können entweder von der Steuervorrichtung der Klebebindemaschine oder von der Steuervorrichtung 12 der Vorrichtung 1 zur Verfügung gestellt werden bzw. erfolgen. Das Stellelement 22 für die Zuführung des Klebstoffs zur Auftragsdüse 10 wird von der Steuervorrichtung 12 derart betätigt, dass der Beginn von jedem Klebstoffauftrag und das Ende von jedem Klebstoffauftrag genau den vorher bestimmten Werten entsprechen. Das Stellelement 22 ist als Umschaltventil ausgebildet. In einer ersten Stellung des Stellelements 22 ist ein Durchfluss von der Zuführleitung 5 zur Auftragsdüse 10 frei und die Rückführleitung 6 gesperrt. In einer zweiten Stellung des Stellelements 22 ist die Zuführung des Klebstoffs zur Auftragsdüse 10 unterbrochen und die Zuführleitung 5 über eine in das Stellelement 22 integrierte Drossel 35 mit der Rückführleitung 6 verbunden. Anstelle, dass diese Drossel in das Stellelement 22 integriert ist, kann diese Drossel bzw. ein Drosselelement auch als separates Bauteil in die Rückführleitung 6 eingebaut sein.
  • Der Antrieb 13 der Pumpe 14 wird mithilfe aller vorstehend beschriebenen Signale von der Steuervorrichtung 12 auf eine Weise angesteuert, dass der Klebstoffauftrag auf die Buchblocks 3 einen klar definierten Anfang, ein klar definiertes Ende und eine gleichmäßige Verteilung über die Auftragslänge aufweist. Dies erfolgt durch eine im Wesentlichen volumetrische Förderung des Klebstoffs mittels der Pumpe 14. Der theoretische Volumenstrom von Klebstoff während des Auftrags wird aus der Geschwindigkeit der bewegten Buchblocks 3, aus der Auftragsbreite und aus der Auftragsstärke des Klebstoffs auf den Buchblock 3 ermittelt. Die Auftragsstärke muss als Parameter der Steuervorrichtung 12 zugeführt werden. Dies erfolgt in der Regel über ein Eingabeterminal, das vom Benutzer der Vorrichtung 1 bedient wird. Im Sinne einer digitalen Buchproduktion kann der Vorgabewert für die Auftragsstärke auch von der Klebebindemaschine oder von einer übergeordneten Steuerung der Steuervorrichtung 12 zugeführt werden. Ebenso ist es denkbar, das Signal für die Buchblockstärke von einer übergeordneten Steuerung der Steuervorrichtung 12 zuzuführen. Während der Klebestoffauftrag auf die Buchblocks 3 unterbrochen ist und das Stellelement 22 auf Rückförderung von Klebstoff zum Vorschmelzgerät 4 umgeschaltet ist, fördert die Pumpe 14 in der Regel einen zum Klebstoffvolumenstrom vom Klebauftrag unterschiedlichen Klebstoffvolumenstrom. Dieser Volumenstrom vom Klebstoff während der Rückförderung in das Vorschmelzgerät 5, also während der Zirkulation von Klebstoff, ist so groß, dass der Klebstoffdruck vor dem Stellelement 22 möglichst gleichgroß ist, wie während des Klebstoffauftrags über die Auftragsdüse 10 auf die Buchrücken 2.
  • Das Verhältnis zwischen dem Klebstoffvolumenstrom während des Klebstoffauftrags und dem Klebstoffvolumenstrom während der Zirkulation respektive der Rückförderung von Klebstoff ist in erster Linie von der eingestellten Länge des Austrittsquerschnitts 11 der Auftragsdüse und somit von der Auftragsbreite des Klebstoffs auf dem jeweiligen Buchblock 3 abhängig. Der Strömungswiderstand durch die Auftragsdüse 10 ist abhängig von der eingestellten Länge des Austrittsquerschnitts 11 der Auftragsdüse 10. In zweiter Linie ist das Verhältnis zwischen dem Klebstoffvolumen während des Klebstoffauftrags zum Klebstoffvolumen während der Zirkulation von der Geschwindigkeit der Buchblocks 3, der Auftragsstärke 30 und von der Viskosität und vom Strömungsverhalten des verwendeten Klebstoffs abhängig. Die Viskosität des Klebstoffs ist des Weiteren von der Temperatur des Klebstoffs und vom Alter respektive der Alterung des Klebstoffs abhängig.
  • Um das Verhältnis zwischen dem Klebstoffvolumenstrom während des Klebstoffauftrags zum Klebstoffvolumenstrom während der Zirkulation zu ermitteln, werden folgende Möglichkeiten vorgeschlagen:
    Das Verhältnis kann ohne die Messung von Drücken empirisch ermittelt werden. Dabei wird das Verhältnis so lange verändert, bis die Qualität von aufgetragenem Klebstoff ein Optimum erreicht. Dieser Vorgang wird für eine Reihe von unterschiedlichen Einstellparametern wiederholt. Die Gesamtheit der ermittelten Verhältnisse der Volumenströme wird in die Steuereinheit integriert. Auf diese Art ist es denkbar, dass Klebstoffauftragsvorrichtungen gebaut und ausgeliefert werden können, ohne dass jegliche Abgleich- oder Kalibrierprozeduren durchlaufen werden müssen. Wenn sich die aktuellen Parameter von den Parametern, die während der empirischen Ermittlung der Verhältnisse der Volumenströme vorhanden waren, unterscheiden, muss mit etwas verminderter Qualität des Klebstoffauftrags gerechnet werden.
  • Eine weitere Möglichkeit, die Volumenstromverhältnisse zu bestimmen, kann über einen sogenannten Werksabgleich erfolgen. Dabei wird für jede individuelle Klebstoffauftragsvorrichtung ein Abgleich- oder Kalibriervorgang durchgeführt. Der Vorteil einer solchen Lösung besteht darin, dass der Abgleich genau auf die effektiv verwendeten Komponenten, die Schläuche, Vorschmelzgerät, Auftragsdüse und auch auf die Fertigungs- und Montagetoleranzen der effektiv eingesetzten Teile zugeschnitten ist. Es soll dann auch möglichst der später eingesetzte Klebstoff möglichst bei den später verwendeten Temperatureinstellungen verwendet werden. Es ist denkbar, ausschließlich für diesen Werksabgleich den Drucksensor einzubauen. Der Abgleichvorgang kann dann softwaregesteuert automatisch ablaufen. Dabei wird zuerst der gesamte Verstellbereich der Auftragsdüse abgefahren und bei ausgewählten Auftragsbreiten für eine mittlere Geschwindigkeit der Buchblocks und einer mittleren Auftragsstärke des Klebstoffs, der am Drucksensor anstehende Klebstoffdruck ermittelt. In einem zweiten Schritt wird das Stellelement auf Zirkulation umgeschaltet und für die gleichen ausgewählten Auftragsbreiten diejenigen Drehzahlen der Pumpe bzw. des Antriebs ermittelt, bei denen der Klebstoffdruck am Drucksensor jeweils gleichgroß ist, wie während des Klebstoffauftrags mittels Auftragsdüse. Die daraus ermittelten Verhältnisse zwischen dem Klebstoffvolumenstrom während des Klebstoffauftrags und dem Klebstoffvolumenstrom während der Zirkulation werden abgespeichert und von der Steuervorrichtung beim späteren Betrieb der Vorrichtung verwendet.
  • Eine mögliche weitere Variante besteht darin, dass der vorher beschriebene sogenannte Werksabgleich nicht nur im Werk, sondern auch beim Kunden vor jedem Wechsel von wichtigen Betriebsparametern, wie Klebstofftyp, Geschwindigkeitseinstellung, Temperatureinstellung und Veränderung der Auftragsstärke neu durchgeführt wird. Dazu ist der Drucksensor im Auftragskopf fest verbaut.
  • Eine weitere wichtige Variante zum Abgleich stellt ein automatischer Abgleich der Verhältnisse zwischen dem Klebstoffvolumenstrom während des Klebstoffauftrags und dem Klebstoffvolumenstrom während der Zirkulation dar. Dabei dienen zum Beispiel über den Werksabgleich ermittelte Werte als Grundlage oder als Startwert. Während des laufenden Betriebs wird laufend kontrolliert, ob der anliegende Klebstoffdruck während des Klebstoffauftrags und der anliegende Klebstoffdruck während der Zirkulation gleich oder innerhalb einer einstellbaren Toleranz liegen. Diese Toleranz beträgt maximal ±10 Prozent, vorzugsweise maximal ± 5 Prozent. Falls der Unterschied der beiden Drücke außerhalb der eingestellten Toleranz liegt, wird das entsprechende Verhältnis der Klebstoffvolumenströme schrittweise solange angepasst, bis der Unterschied der beiden Drücke innerhalb der vorgegebenen Toleranz liegt.
  • Es kann beim Abgleichvorgang durchaus auch beim Betrieb mit konstanter Fördergeschwindigkeit des Substrats die prozentuale Abweichung des Drucks zwischen Auftragsstart und Auftragsende des fließfähigen Stoffs auf das Substrat gemessen und über mehrere Auftragszyklen gemittelt werden, sowie das Drehzahlverhältnis der Pumpe zwischen Auftrag des fließfähigen Stoffs und Zirkulation des fließfähigen Stoffs automatisch schrittweise verändert werden, bis die gemessene Druckabweichung während des Auftrags des fließfähigen Stoffs minimal wird.
  • Für die Ermittlung der Verhältnisse der Klebstoffvolumenströme für den Klebstoffauftrag und der Klebstoffvolumenströme für die Zirkulation können Kombinationen der vorstehend beschriebenen Verfahren zur Anwendung kommen.
  • Mit dem Drucksensor 23 kann durchaus auch ein einstellbarer Maximaldruck überwacht werden. Bei einer Überschreitung des Maximaldrucks schaltet der Antrieb 13 der Pumpe 14 aus und es geht das Stellelement 22 in Stellung Rücklauf.
  • Fig. 6 zeigt eine geringfügig gegenüber der Anordnung nach Fig. 5 abgewandelte Anordnung. So ist das Stellelement 22, im Unterschied zu der Ausführungsform nach Fig. 5 mit dem Umschaltventil, derart ausgebildet, dass es zwei Ventile 36, 37 aufweist. Hierbei finden zwei Standardventile Verwendung. Das Ventil 36 leitet in einer ersten Stellung den fließfähigen Klebstoff zur Auftragsdüse 10 und sperrt in einer zweiten Stellung die Zuleitung zur Auftragsdüse 10. Das Ventil 36 sperrt in der ersten Stellung den Rückfluss zum Vorschmelzgerät 4 und gibt in der zweiten Stellung den Rückfluss zum Vorschmelzgerät 4 frei. Das Drosselelement 35 ist unmittelbar hinter dem Ventil 37 der Rückführleitung 6 zugeordnet. Der mechanische und steuerungstechnische Aufwand ist für die Variante mit zwei Ventilen 36, 37 höher als für die Variante mit dem Umschaltventil.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung
    2
    Buchrücken
    3
    Buchblock
    4
    Vorschmelzgerät
    5
    Zuführleitung
    6
    Rückführleitung
    7
    Auftragsstation
    8
    Transportklammer
    9
    Zugmittel
    10
    Auftragsdüse
    11
    Austrittsquerschnitt
    12
    Steuervorrichtung
    13
    Antrieb
    14
    Pumpe
    15
    Backe
    16
    Backe
    17
    Anschlagebene
    18
    Anschlag
    19
    Auftragskopf
    20
    Sensor
    21
    Sensor
    22
    Stellelement
    23
    Drucksensor
    24
    Verbindungsleitung
    25
    Verstellmechanismus
    26
    Abdeckung
    27
    Linearführung
    28
    Antriebsaggregat
    29
    Klebstoffauftrag
    30
    Auftragsstärke
    31
    Auftragsanfang
    32
    Vorderseite
    33
    Auftragsende
    34
    Rückseite
    35
    Drossel
    36
    Ventil
    37
    Ventil
    X
    Koordinate
    Y
    Koordinate
    Z
    Koordinate

Claims (15)

  1. Vorrichtung (1) zum intermittierenden Auftragen eines fließfähigen Stoffs, insbesondere fließfähigen Klebstoffs, auf mindestens ein Substrat, aufweisend folgende Merkmale:
    - eine Auftragsdüse (10) zum Auftragen des fließfähigen Stoffs auf das Substrat,
    - einen Behälter (4) zur Aufnahme des fließfähigen Stoffs,
    - eine Pumpe (14) zum Fördern des fließfähigen Stoffs und einen Antrieb (13), wobei die Pumpe (14) mit dem Behälter (4) wirkverbunden ist und die Pumpe (14) mittels des Antriebs (13) antreibbar ist,
    - ein Stellelement (22), das mit der Pumpe (14) wirkverbunden ist und in zwei Stellungen überführbar ist, wobei das Stellelement (22) in einer ersten Stellung den fließfähigen Stoff zur Auftragsdüse (10) leitet und in einer zweiten Stellung die Zuleitung zur Auftragsdüse (10) sperrt,
    - eine Steuervorrichtung (12) zum Betätigen des Stellelements (22),
    - die Anordnung von Antrieb (13) und Pumpe (14) weist eine Charakteristik auf, gemäß der die Drehzahl des Antriebs (13) linear dem Fördervolumen der Pumpe (14) ist,
    - das Stellelement (22) leitet in einer zweiten Stellung, bei angetriebener Pumpe (14), den fließfähigen Stoff über eine Leitung (6) zum Behälter (4) zurück,
    - das Stellelement (22) sperrt in der ersten Stellung den Rückfluss zum Behälter (4),
    gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
    - der Antrieb (13) ist in der Drehzahl regelbar,
    - die Steuervorrichtung dient zum Regeln der Drehzahl des Antriebs (13) der Pumpe (14),
    - die Drehzahl des Antriebs (13) ist in den beiden Stellungen des Stellelements (22) unterschiedlich groß.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlen des Antriebs (13) in den beiden Stellungen des Stellelements (22) derart sind, dass der Druck des fließfähigen Stoffs unmittelbar stromaufwärts des Stellelements (22) während des Ausgebens aus der Auftragsdüse (10) und während der Rückleitung des fließfähigen Stoffs zurück zum Behälter (4) im Wesentlichen gleichgroß ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (22) ein Umschaltventil aufweist, das in die beiden Stellungen umschaltbar ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (22) zwei Ventile (36, 37) aufweist, wobei ein erstes Ventil (36) in einer ersten Stellung den fließfähigen Stoff zur Auftragsdüse (10) leitet und in einer zweiten Stellung die Zuleitung zur Auftragsdüse (10) sperrt, sowie das zweite Ventil (37) in einer ersten Stellung den Rückfluss zum Behälter (4) sperrt und in einer zweiten Stellung den Rückfluss zum Behälter (4) freigibt.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Austrittsquerschnitt (11) der Auftragsdüse (10), insbesondere einer als Schlitzdüse ausgebildeten Auftragsdüse (10), veränderbar ist, insbesondere bei konstanter Breite des Austrittsquerschnitts (11), dessen Länge veränderbar ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einen Rückflussabschnitt des Stellelements (22) oder in die Leitung (6), durch die der fließfähige Stoff zum Behälter (4) zurückgeleitet wird, eine Drossel (35) integriert ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (35) nicht einstellbar ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand der Drossel (35) im Wesentlichen dem Strömungswiderstand der Auftragsdüse (10) bei einer mittleren Einstellung der Länge des Austrittsquerschnitts der Auftragsdüse (10) entspricht.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des Stellelements (22), insbesondere benachbart dem Durchgang des fließfähigen Stoffs durch das Stellelement (22) zur Auftragsdüse (10), ein Drucksensor (23) zum Ermitteln des Drucks des fließfähigen Stoffs angeordnet ist, wobei mittels des Drucksensors (23) der Druck des fließfähigen Stoffs ermittelbar und an die Steuervorrichtung (12) übermittelbar ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (23) ausschließlich temporär zu Abgleichzwecken und/oder zu Kalibrierzwecken eingebaut ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Pumpe (14) eine Einrichtung zur Begrenzung des Drucks des fließfähigen Stoffs vorhanden ist, vorzugsweise vom Drucksensor (23) ein Maximaldruck, insbesondere einstellbarer Maximaldruck, überwacht wird, wobei Steuermittel vorgesehen sind, die bei Überschreitung des Maximaldrucks den Antrieb (13) der Pumpe (14) ausschalten und das Stellelement (22) in dessen Rücklaufstellung schalten.
  12. Verfahren zum Auftragen eines fließfähigen Stoffs auf ein Substrat unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem Volumenstrom des fließfähigen Stoffs während des Auftrags des fließfähigen Stoffs zu dem Volumenstrom des fließfähigen Stoffs während der Rückleitung zum Behälter (4) durch einen Abgleichvorgang bestimmt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgleichvorgang nur von der eingestellten Länge des Austrittsquerschnitts (11) der Auftragsdüse (10) abhängig ist, insbesondere für den Abgleichvorgang eine Geschwindigkeit des relativ zur Auftragsdüse (10) geförderten Substrats und/oder die Stärke des auf das Substrat aufzubringenden fließfähigen Stoffs und/oder die Viskosität des fließfähigen Stoffs und/oder das Strömungsverhalten des fließfähigen Stoffs in einem mittleren Anwendungsbereich gewählt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgleichvorgang softwaregesteuert und automatisch abläuft, insbesondere zuerst der gesamte Verstellbereich der Auftragsdüse (10) abgefahren wird und bei ausgewählten Längen des Austrittsquerschnitts (11) der Auftragsdüse (10) ein am Drucksensor (23) anstehender Druck und die Drehzahl des Antriebs (13) ermittelt werden, danach das Stellelement (22) auf Zirkulation umgeschaltet wird und für die gleichen ausgewählten Längen bei gleichen gewählten Bedingungen die jeweiligen Drehzahlen des Antriebs (13) ermittelt werden, bei denen jeweils der Druck am Drucksensor (23) gleichgroß ist wie während des Stoffauftrags mittels der Auftragsdüse (10), wobei die Vielzahl ermittelter Verhältnisse zwischen dem Volumenstrom während des Auftragens des fließfähigen Stoffs und der Zirkulation abgespeichert und von der Steuervorrichtung (12) beim späteren Betrieb der Vorrichtung (1) verwendet werden.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abgleichvorgang beim Betrieb mit konstanter Fördergeschwindigkeit des Substrats die prozentuale Abweichung vom Druck vom fließfähigen Stoff stromaufwärts vom Stellelement (22) zwischen Auftragsstart und Auftragsende des fließfähigen Stoffs auf das Substrat gemessen und über mehrere Auftragszyklen gemittelt wird, sowie das Drehzahlverhältnis der Pumpe zwischen Auftrag des fließfähigen Stoffs und Zirkulation des fließfähigen Stoffs automatisch schrittweise verändert wird, bis die gemessene Druckabweichung während des Auftrags des fließfähigen Stoffs minimal wird.
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