EP3976330A1 - Verfahren und vorrichtung zum beschichten von werkstücken - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum beschichten von werkstücken

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Publication number
EP3976330A1
EP3976330A1 EP20728478.7A EP20728478A EP3976330A1 EP 3976330 A1 EP3976330 A1 EP 3976330A1 EP 20728478 A EP20728478 A EP 20728478A EP 3976330 A1 EP3976330 A1 EP 3976330A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
functional layer
water
coating material
air
Prior art date
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Granted
Application number
EP20728478.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3976330B1 (de
Inventor
Christian Sturm
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 EP3976330A1 publication Critical patent/EP3976330A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3976330B1 publication Critical patent/EP3976330B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27DWORKING VENEER OR PLYWOOD
    • B27D5/00Other working of veneer or plywood specially adapted to veneer or plywood
    • B27D5/003Other working of veneer or plywood specially adapted to veneer or plywood securing a veneer strip to a panel edge

Definitions

  • the invention relates to a method with a
  • Device for coating workpieces which are preferably at least partially made of wood, wood-based materials,
  • Plastic or the like are made with a
  • connection is the activation of the functional layer with the help of hot air.
  • Such technologies are disclosed, for example, in EP 2799793 B1 and in EP 2902160 B1.
  • Disintegration processes occur on the functional layer or the coating material, up to and including the risk of fire.
  • the invention is based on the idea of working with a comparatively simple energy source for activating a functional layer that can be made adhesive and using it so effectively that today's
  • the functional layer is at least partially activated by gassing with a heated gas, the heated gas being enriched with water in an enrichment step, such as air enriched with water.
  • the physical background here is, on the one hand, that the specific heat capacity of gases such as air with a higher water content is greater than the specific heat capacity of air with a lower water content.
  • the coefficient of thermal conductivity of gases such as air with a higher water content is also greater than the coefficient of thermal conductivity of air with a lower one
  • the same thermal energy can be transferred to the edge material functional layer with less temperature.
  • a method according to the invention for activating a functional layer of a coating material has the following steps. Deploy a through
  • Adhesive energy input feasible functional layer supply of a coating material to one to be coated
  • the heated gas is preferred to the functional layer via at least one outlet opening
  • Functional layer can be heated.
  • the gas in the region of the at least one outlet opening has a temperature of at least 150 ° C., preferably at least 250 ° C. and / or an absolute temperature
  • the functional layer has means for increasing the thermal conductivity, such as in particular low-melting polyolefins and / or metal particles.
  • Coating material can be faster and thus
  • the volume flow of the gas can be regulated.
  • the water content in the gas can be regulated.
  • the possible rate of heat transfer can be determined via the water content of the gas.
  • the water content of the gas is also available as a control variable for the energy input into the functional layer of the
  • the functional layer is essentially free of absorbers for laser light or other radiation sources.
  • Such absorbers are relatively cost-intensive; omitting them can thus provide a particularly cost-effective method.
  • the method at least partially recuperates the gas supplied to the coating material and at least indirectly, in particular via a heat exchanger, to heat the gas supplied
  • Coating material ready comprising: at least one outlet opening for supplying a heated gas to the functional layer, and at least one gas source for
  • Providing the heated gas to the at least one outlet opening, wherein the gas source is configured in this way is to provide heated gas that is enriched with water and is preferably air enriched with water.
  • the gas source preferably has an evaporator which is designed to convert liquid water into a vaporous state and thus to enrich the gas in the gas source with it.
  • a unit for controlling the is also preferred
  • Volume flow arranged in or on the device.
  • a unit for regulating the volume flow can be used to display a precise energy input into the functional layer of the coating material.
  • an ice spray nozzle for adding water is integrated.
  • An injection nozzle for mixing water into the gas can be used to humidify the gas.
  • a mixing valve for regulating the air and water proportions is preferably contained in the device.
  • a heat exchanger for recovering thermal energy from the used gas into the supplied gas or the supplied water is furthermore preferably contained in the device.
  • Heat exchangers can help to reduce waste heat and thus achieve a more favorable energy balance.
  • There the air / water medium is taken up again in the area of the heating point of the edging material, i.e. in the area where the primary use of the air / water medium also took place.
  • the resumed air / water medium can furthermore be treated by means of a condensate separator (not shown) so that the air is dried.
  • a higher-level control is preferably used, which sets optimal thermal energy at the gas outlet opening.
  • the operating point can be made by means of at least one sensor, which in particular is a humidity sensor,
  • Temperature sensor, pressure sensor and / or a volume flow sensor is. This at least one sensor is arranged in particular on the gas outlet opening (20), on the gas feed or on the water feed.
  • the measured temperature which is used for the regulation, is also a temperature which corresponds to a setpoint value of the process.
  • the device is further preferably designed
  • Fig. 1 shows schematically a plan view of a
  • Fig. 2 shows schematically a detail from Fig. 1;
  • FIG. 3 schematically shows a further detail from FIG. 1.
  • a device 10 for coating workpieces 2 according to a preferred embodiment of the present invention is shown schematically in a plan view in FIG. 1.
  • the device 10 according to the invention can be used for coating a wide variety of workpieces, it is preferably used for coating workpieces that are at least partially made of wood, wood-based materials, plastic or the like, as are common in the furniture, kitchen and construction elements industries Use. Any surfaces such as
  • Narrow or wide surfaces can be coated.
  • the coating material 4 can also be a wide variety of materials, preferably one provided with a functional layer 4 '
  • Coating material is used.
  • Coating material 4 for example in the sense of a co-extruded or even completely monolytic
  • the functional layer 4 ' is already provided on the surface of the workpiece to be coated and / or also separately in the area between
  • Coating material 4 and surface to be coated of the workpiece 2 is supplied.
  • the functional layer 4 ′ develops adhesive properties through the introduction of energy (such as, for example, heating), so that the energy (such as, for example, heating), so that the energy (such as, for example, heating).
  • Coating material can be joined to the workpiece.
  • the composite effect can also be wholly or partially based on other mechanisms.
  • the functional layer in the present embodiment can have means for increasing the
  • the functional layer 4 ' is essentially free of absorbers for laser light or other radiation sources.
  • the device 10 further comprises a pressing device 14 for pressing the coating material 4 against one
  • the feed device 12 for feeding the coating material 4 is thermally insulated at least in sections in the present embodiment.
  • the device 10 further comprises a conveying device 16 for bringing about a conveying device 16
  • Continuous conveyor for example in the form of a conveyor chain
  • device according to the invention also as
  • Stationary machine can be designed in which the
  • a wide variety of facilities are used, such as conveyor belts, portals, but also robots and much more.
  • Activation unit 20 ' is provided, which in the present embodiment has a plurality of outlet openings 20 for supplying a heated gas (or gas mixture such as air) 6 to the respective functional layer 4 '.
  • a heated gas or gas mixture such as air
  • Coating material 4 or the workpiece 2 are the same
  • Outlet openings 20 correspondingly directed towards the functional layer 4 '.
  • the outlet openings 20 are spaced at most 10 mm, preferably at most 4 mm, for example approx. 2 mm, from the respective functional layer 4 '. It is also possible that the activation unit 20 ', as indicated in FIG. 1, in several directions
  • the outlet openings 20 of the activation unit 20 ′ are connected to a gas source 22.
  • the gas source 22 provides heated gas 6 to the respective
  • Outlet openings 20 ready that it is enriched with water and preferably air enriched with water. It has been found that it is particularly compact and inexpensive to use (purified) ambient air and to enrich it with water in the sense of a humidification process.
  • an evaporator can be provided, for example a steam boiler, thin-film evaporator, falling film evaporator,
  • Boiler evaporator coaxial evaporator, natural circulation evaporator or forced circulation evaporator.
  • water can be injected into the (hot) air with an injection system. This depends on the technical
  • the water content of the air can be raised to a higher level than the ambient air.
  • the amount of saturation of water vapor in air increases as the temperature of the air rises. It is therefore technically sensible to heat the air in the gas source in a first step, for example by means of an electric heater.
  • the air heated in this way has the same water load (absolute
  • Humidity has a lower relative humidity, so that in a next step the relative humidity can be increased.
  • Temperatures of 150 ° C. and an absolute humidity of at least 4 g water / kg air and preferably 250 ° C. and 14 g water / kg air have proven to be technically sensible.
  • FIG. 2. 2 shows that side surface of the
  • Functional layer 4 ' is facing.
  • Activation unit 20 ′ in the present embodiment has a plurality of outlet openings 20, wherein the gas in the region of at least two outlet openings 20 can have a temperature that is different from one another. That's the way it is
  • escaping gas in the direction of a relative movement between outlet openings 20 and functional layer 4 'to be activated i.e. in the present case in the direction of passage (from left to right in Fig. 2), increases.
  • at least individual nozzles can have means for adapting to the geometry of the functional layer to be activated.
  • Humidity sensors, temperature sensors, pressure sensors and / or volume flow sensors can still be connected to the
  • Outlet opening 20 be arranged on another part of the gas supply or on the water supply. It can thus be recorded what temperature the gas or water has, and this information can still be used to control and / or regulate how far in
  • Coating material is heated.
  • Such a regulation can also take place in that the volume flow of is adapted to different supplies of gas and / or water, for example if they have a different temperature, which in turn can also be detected by temperature sensors.
  • Database / cloud This can be done by means of a data carrier signal that connects device 10 to the external database / cloud, for example via Ethernet, WLAN, Bluetooth or 5G networks. This enables the data to be collected centrally, which enables further analysis of the data and thus improved operating parameters
  • Outlet openings 20 of the device 10 means for the formation of a turbulent or also laminar flow when the heated gas 6 emerges.
  • this can be achieved, for example, in that the respective outlet opening 20 is designed as a nozzle with a cross-section that is at least partially variable in the flow direction.
  • Heat storage capacity can be provided.
  • Gas source 22 is shown schematically in FIG. 3. The
  • gas source 22 has a heat exchanger section 24 which is set up
  • the overall system is coordinated in such a way that the gas in the region of the at least one outlet opening 20 has a temperature of at least 300 ° C., preferably at least 350 ° C.
  • the heat exchanger section 24 can, for example, have at least one, in particular porous and / or Hauptwerk-porous and / or provided with through-openings heat exchanger element
  • the heat exchanger element can consist at least in sections of a material which is selected from stainless sintered material, porous ceramics, metal foam, in particular aluminum foam, and combinations thereof.
  • An air / air or air / water heat exchanger can also be used to recover the heat, in which the heat energy of the used gas is applied to the new gas or the
  • evaporating / atomizing water can be transferred.
  • the device 10 according to the invention can furthermore have a second gas source which is set up upstream of the at least one
  • Outlet opening (on the far right in FIG. 3) to feed gas in order to increase the pressure of the gas emerging at the at least one outlet opening.
  • the device 10 also comprises a discharge device 32, such as a collecting funnel.
  • a discharge device 32 such as a collecting funnel.
  • a heat exchanger 30 can be provided downstream of the discharge device 32, by means of which the waste heat of the gas fed to the functional layer 4 'is collected and
  • coated workpiece 2 is by means of the conveyor 16 conveyed in one conveying direction (from left to right in FIG. 1).
  • a coating material 4 is supplied by means of the supply device. The one on the
  • Coating material and / or workpiece (or separately) provided functional layer is produced by means of the heated gas 6 exiting from outlet openings 20
  • the coating material 4 is joined to the workpiece 2 by means of the activated functional layer 4 ′.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Coating Apparatus (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Abstract

Verfahren zum Aktivieren einer Funktionsschicht eines Beschichtungsmaterial, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bereitstellen einer durch Energieeintrag haftend machbaren Funktionsschicht, Zuführen eines Beschichtungsmaterials zu einem zu beschichtenden Werkstück, zumindest teilweises Aktivieren der Funktionsschicht durch Begasen der Funktionsschicht mit einem erwärmten Gas, wobei das erwärmte Gas mit Wasser angereichert und bevorzugt mit Wasser angereicherte Luft ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten von Werkstücken
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit einer
Vorrichtung zum Beschichten von Werkstücken, die bevorzugt zumindest abschnittsweise aus Holz, Holzwerkstoffen,
Kunststoff oder dergleichen bestehen, mit einem
Beschichtungsmaterial unter Einsatz von Gas.
Stand der Technik
Verfahren und Vorrichtungen der eingangs genannten Art kommen im Stand der Technik verbreitet zum Einsatz,
insbesondere im Bereich der Möbel- und Bauelementeindustrie. Dabei ist es üblich, mit einem Kleber vorbeschichtetes
Beschichtungsmaterial, wie beispielsweise Kanten, zu einem Werkstück zuzuführen, den Kleber aufzuschmelzen und das
Beschichtungsmaterial mit dem Werkstück zu verkleben. Zum Aufschmelzen des Klebers kommen unterschiedlichste Mittel zum Einsatz, wie beispielsweise Heizelemente jeglicher Art.
Allerdings hat sich gezeigt, dass diese traditionellen Verfahren nur begrenzte Fertigungsgeschwindigkeiten zulassen.
Vor diesem Hintergrund wurden in den letzten Jahren unterschiedlichste, neuartige Energiequellen erforscht und zur Marktreife gebracht, um den Kleber zwischen Werkstück und Beschichtungsmaterial zu aktivieren. So offenbart
beispielsweise die EP 1 800 813 ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Beschichtung von Bauteilen unter Einsatz eines Lasers. Alternativ haben sich jedoch auch andere
Technologien entwickelt, wie beispielsweise der Einsatz von Plasma oder Ultraschall zur Aktivierung des Klebers (vgl. beispielsweise WO 2010/009805) . Hinzu kommt, dass sich auch bei der Klebeverbindung selbst Fortschritte ergeben haben, denn häufig kommt anstelle eines reinen Schmelzklebers eine (häufig auch auf Schmelzkleber basierende) Funktionsschicht zum Einsatz, die sehr präzise in derselben Farbe wie das Beschichtungsmaterial eingefärbt und daher im gefügten
Zustand kaum sichtbar ist. Dies lässt beim Betrachter den Eindruck entstehen, es handle sich um eine „fugenlose"
Verbindung .
Eine dieser neuen Technologien zum „fugenlosen"
Verbindung ist das Aktivieren der Funktionsschicht mit Hilfe von Heißluft. Derartige Technologien werden beispielsweise in der EP 2799793 Bl und in der EP 2902160 Bl offenbart.
Diese neueren Technologien eignen sich auch für hohe Produktionsgeschwindigkeiten. Allerdings erfordern die neueren Technologien eine aufwendige Konstruktion und
vergleichsweise hohe Investitionskosten, insbesondere für die Energiequellen zum Aktivieren der Funktionsschicht wie etwa Laser oder Plasmatechnologie. Darüber hinaus ist je nach Energiequelle meist eine maßgeschneiderte Funktionsschicht erforderlich, was ebenfalls zusätzlichen Aufwand mit sich bringt .
Andererseits sind die Möglichkeiten der Erwärmung mittels Heißluft begrenzt durch den möglichen maximalen
Energieeintrag in die Funktionsschicht bzw. das
Beschichtungsmaterial, was zu begrenzten
Fertigungsgeschwindigkeiten führt. Diesbezüglich kann der Energieeintrag durch eine Erhöhung der Temperatur der Luft nicht beliebig erhöht werden, da sonst
Desintegrationsprozesse an der Funktionsschicht bzw. dem Beschichtungsmaterial Material auftreten, bis hin zu der Gefahr eines Brandes davon.
Darstellung der Erfindung Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die bei einfacher Konstruktion und geringen Investitionskosten eine Fügeverbindung zwischen einem
Beschichtungsmaterial und einem Werkstück mit hohen
Fertigungsgeschwindigkeiten ermöglichen .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 7 gelöst. Besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, mit einer vergleichsweise einfachen Energiequelle zum Aktivieren einer haftend machbaren Funktionsschicht zu arbeiten und diese derart effektiv einzusetzen, dass auch die heutigen
Anforderungen an eine hochwertige Fügeverbindung und einen wirtschaftlichen Produktionsvorgang erfüllt werden.
Zu diesem Zweck ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass die Funktionsschicht durch Begasen mit einem erwärmten Gas zumindest teilweise aktiviert wird, wobei das erwärmte Gas in einem Anreicherungsschritt mit Wasser angereichert ist wie etwa mit Wasser angereicherte Luft.
Physikalischer Hintergrund ist hierbei zum Einen, dass die spezifische Wärmekapazität von Gasen wie etwa Luft mit einem höheren Wassergehalt größer ist als die spezifische Wärmekapazität von Luft mit einem niedrigeren Wassergehalt.
Weiterhin ist auch der Wärmeleitkoeffizient von Gasen wie etwa Luft mit einem höheren Wassergehalt größer als der Wärmeleitkoeffizient von Luft mit einem niedrigerem
Wassergehalt .
Weiterhin verbessert sich dadurch der Wärmeübergang auf das zu erwärmende Bauteil.
Somit kann unter Verwendung von erwärmtem Gas, das mit Wasser angereichert ist, bei einfacher Konstruktion und geringen Investitionskosten eine Fügeverbindung zwischen einem Beschichtungsmaterial und einem Werkstück mit hohen Fertigungsgeschwindigkeiten durch das entsprechende Verfahren bzw. die entsprechende Vorrichtung ermöglicht werden.
Beispielsweise kann damit mit weniger Temperatur die gleiche Wärme-Energie auf die Kantenmaterial-Funktionsschicht übertragen werden.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Aktivieren einer Funktionsschicht eines Beschichtungsmaterials weist dabei die folgenden Schritte auf. Bereitstellen einer durch
Energieeintrag haftend machbaren Funktionsschicht, Zuführen eines Beschichtungsmaterials zu einem zu beschichtenden
Werkstück, Anreichern eines Gases, das bevorzugt Luft ist, mit Wasser, Erwärmen des Gases, zumindest teilweises
Aktivieren der Funktionsschicht durch Begasen der
Funktionsschicht mit dem Gas.
Bevorzugt wird bei diesem Verfahren das erwärmte Gas über mindestens eine Austrittsöffnung an die Funktionsschicht
abgegeben.
Mittels des Abgebens des erwärmten Gases an die
Funktionsschicht über eine Austrittsöffnung kann dabei
sichergestellt werden, dass das erwärmte Gas ortsnah an der
Funktionsschicht erwärmt werden kann.
Weiter bevorzugt weist das Gas im Bereich der mindestens einen Austrittsöffnung eine Temperatur von mindestens 150°C, bevorzugt mindestens 250°C auf und/oder eine absolute
Luftfeuchte von mindestens 4 g Wasser/kg Luft, bevorzugt von mindestens 14 g Wasser/kg Luft.
Durch diese bevorzugten Werte kann ein besonders
effizientes Aktivieren der Funktionsschicht ermöglicht werden .
Noch weiter bevorzugt weist die die Funktionsschicht Mittel zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit wie insbesondere niederschmelzende Polyolefine und/oder Metallpartikel auf.
Durch die Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit des
Beschichtungsmaterials kann eine schnellere und somit
effektivere Aktivierung davon erreicht werden. Durch die Verbesserung des Wärmeübergangs kann darüber hinaus die Funktionsschicht effizienter erwärmt werden.
Weiter bevorzugt kann der Volumenstrom des Gases geregelt werden .
Über eine Regelung des Volumenstroms des Gases kann es dabei ermöglicht werden, den Energieeintrag in die
Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials auf ein optimales Level zu bringen.
Noch weiter bevorzugt kann dabei der Wasseranteil im Gas geregelt werden.
Über den Wasseranteil des Gases lässt sich dabei die mögliche Rate der Wärmeübertragung bestimmen. Somit bietet sich auch der Wasseranteil des Gases als Regelgröße für den Energieeintrag in die Funktionsschicht des
Beschichtungsmaterials an.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist die Funktionsschicht im Wesentlichen frei von Absorbern für Laserlicht oder andere Strahlungsquellen.
Derartige Absorber sind relativ kostenintensiv, durch das Weglassen kann somit ein besonders kostengünstiges Verfahren bereitgestellt werden.
Insbesondere bevorzugt ist weiterhin, dass das Verfahren das zu dem Beschichtungsmaterial zugeführte Gas zumindest teilweise rekuperiert und zumindest mittelbar, insbesondere über einen Wärmetauscher, zur Erwärmung des zugeführten
Gasstromes nutzt.
Die Schaffung eines derartigen Energiekreislaufes
ermöglicht die Reduktion des Energieverbrauchs des
Verfahrens, weil somit weniger Abwärme entsteht.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin eine
Vorrichtung zum Aktivieren einer Funktionsschicht eines
Beschichtungsmaterials bereit, die aufweist: mindestens eine Austrittsöffnung zum Zuführen eines erwärmten Gases zu der Funktionsschicht, und mindestens eine Gasquelle zum
Bereitstellen des erwärmten Gases zu der mindestens einen Austrittsöffnung, wobei die Gasquelle derart ausgestaltet ist, erwärmtes Gas bereitzustellen, das mit Wasser angereichert ist und bevorzugt mit Wasser angereicherte Luft ist .
Bevorzugt weist dabei die Gasquelle einen Verdampfer auf, der ausgestaltet ist, flüssiges Wasser in einen dampfförmigen Zustand zu versetzen und somit das Gas in der Gasquelle damit anzureichern .
Dabei können verschiedene technische Arten eines
Verdampfers verwendet werden. Neben der Verdampfer-Technik bietet sich hier auch die Technologie der Einspritzung an. Dies ist abhängig von den technischen Rahmenbedingungen.
Ergänzend gibt es verschiedene Applikations-Arten, den Volumenstrom des Gases zu regeln, und damit insbesondere die Energiemenge optimal auf das aktuell im Beschichtungs-Prozess benötigte Maß einzustellen.
Weiter bevorzugt ist eine derartige Vorrichtung
ausgestaltet, mit einem Verfahren wie vorhergehend
dargestellt betrieben zu werden.
Weiter bevorzugt ist eine Einheit zum Regeln des
Volumenstroms in oder an der Vorrichtung angeordnet.
Wie zuvor dargestellt lässt sich mittels einer Einheit zum Regeln des Volumenstroms ein genauer Energieeintrag in in die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials darstellen.
Noch weiter bevorzugt ist dabei eine Eispritzdüse zum Beimischen von Wasser integriert.
Eine Einspritzdüse zum Beimischen von Wasser in das Gas kann dabei verwendet werden, um das Gas zu befeuchten.
Bevorzugt ist ein Mischventil zum Regeln der Luft- und Wasser-Anteile in der Vorrichtung enthalten.
Mischventile haben sich dabei bewährt, verschiedene
(befeuchtete) Gasströme miteinander zu vermischen.
Weiter bevorzugt ist ein Wärmetauscher zum Zurückgewinnen von Wärmeenergie aus dem verbrauchten Gas in das zugeführte Gas oder das zugeführte Wasser in der Vorrichtung enthalten.
Wärmetauscher können dabei helfen, Abwärme zu verringern und somit eine günstigere Energiebilanz zu erreichen. Dabei wird das Luft/Wasser-Mediums im Bereich der Erwärmungsstelle des Kantenmaterials wiederaufgenommen, also an dem Bereich, an dem auch die primäre Nutzung des Luft/Wasser-Mediums stattgefunden hat.
Das wiederaufgenommene Luft/Wasser-Medium kann weiterhin mittels eines Kondensat-Abscheiders (nicht dargestellt) behandelt werden, so dass die Luft getrocknet wird.
Bevorzugt wird eine übergeordnete Regelung verwendet, die jeweils optimale Wärmeenergie an der Gas-Austrittsöffnung einstellt .
Eine Regelung der optimalen Temperatur an einem
Arbeitspunkt kann mittels zumindest eines Sensors vorgenommen werden, der insbesondere ein Luftfeuchtigkeitssensor,
Temperatursensor, Drucksensor und/oder ein Volumenstromsensor ist. Dieser zumindest eine Sensor ist dabei insbesondere an der Gas-Austrittsöffnung (20), an der Gas-Zuführung oder an der Wasser-Zuführung angeordnet.
Somit wird erreicht, dass die gemessene Temperatur, die zur Regelung verwendet wird, auch eine Temperatur ist, die einer Sollgröße des Prozesses entspricht.
Weiter bevorzugt ist die Vorrichtung ausgestaltet,
Zustandsdaten des zumindest einen Sensors an eine externe Datenbank/Cloud zu übertragen.
Durch das Übertragen von Zustandsdaten an eine externe Datenbank/Cloud können diese zentral erfasst und kontrolliert werden .
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt schematisch eine Draufsicht einer
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 zeigt schematisch ein Detail aus Fig. 1;
Fig. 3 zeigt schematisch ein weiteres Detail aus Fig. 1.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden
nachfolgend ausführlich unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Eine Vorrichtung 10 zum Beschichten von Werkstücken 2 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 schematisch in einer Draufsicht dargestellt. Obgleich die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zum Beschichten unterschiedlichster Werkstücke eingesetzt werden kann, dient sie vorzugsweise zum Beschichten von Werkstücken, die zumindest abschnittsweise aus Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoff oder dergleichen bestehen, wie sie im Bereich der Möbel-, Küchen- und Bauelemente-Industrie verbreitet zum Einsatz kommen. Dabei können beliebige Oberflächen wie
Schmal- oder Breitflächen beschichtet werden.
Bei dem Beschichtungsmaterial 4 kann es sich ebenfalls um unterschiedlichste Materialien handeln, wobei vorzugsweise ein mit einer Funktionsschicht 4 ' versehenes
Beschichtungsmaterial zum Einsatz kommt. Dabei kann die
Funktionsschicht 4 ' auch integraler Bestandteil des
Beschichtungsmaterials 4 sein, beispielsweise im Sinne eines koxtrudierten oder sogar vollständig monolytischen
Beschichtungsmaterials. Alternativ oder zusätzlich ist es ebenso möglich, dass die Funktionsschicht 4 ' bereits auf der zu beschichtenden Oberfläche des Werkstücks vorgesehen ist und/oder auch separat in den Bereich zwischen
Beschichtungsmaterial 4 und zu beschichtender Oberfläche des Werkstücks 2 zugeführt wird.
Die Funktionsschicht 4 ' entfaltet in der vorliegenden Ausführungsform durch Energieeintrag (wie beispielsweise Erwärmung) haftende Eigenschaften, so dass das
Beschichtungsmaterial an das Werkstück gefügt werden kann.
Die Verbundwirkung kann auch ganz oder teilweise auf anderen Mechanismen beruhen. Ferner kann die Funktionsschicht in der vorliegenden Ausführungsform Mittel zur Erhöhung der
Wärmeleitfähigkeit aufweisen, wie beispielsweise
niederschmelzende Polyolefine und/oder Metallpartikel. Ferner ist es besonderes bevorzugt, dass die Funktionsschicht 4 ' im Wesentlichen frei von Absorbern für Laserlicht oder andere Strahlungsquellen ist.
Ferner umfasst die Vorrichtung 10 eine Andrückeinrichtung 14 zum Andrücken des Beschichtungsmaterials 4 an eine
Oberfläche des Werkstücks 2, beispielsweise in Form einer oder mehrerer Andrückrolle (n) . Die Zuführeinrichtung 12 zum Zuführen des Beschichtungsmaterials 4 ist in der vorliegenden Ausführungsform zumindest abschnittsweise thermisch isoliert.
Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, umfasst die Vorrichtung 10 ferner eine Fördereinrichtung 16 zum Herbeiführen einer
Relativbewegung zwischen der Andrückeinrichtung 14 und dem jeweiligen Werkstück 2, wobei die Fördereinrichtung 16 in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform als
Durchlauffördereinrichtung (beispielsweise in Form einer Förderkette) ausgestaltet ist. Es ist jedoch zu beachten, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung auch als
Stationärmaschine ausgestaltet sein kann, bei der die
Werkstücke im Zuge des Beschichtungsvorgangs im Wesentlichen stationär sind und die Fördereinrichtung 16 zum
Relativbewegen der Andrückeinrichtung 14 und anderer für den Beschichtungsvorgang relevanter Bauteile dient. Auch
Kombinationen beider Konzepte sind möglich. Entscheidend ist die Möglichkeit einer Relativbewegung zwischen der
Andrückeinrichtung 14 (bzw. ggf. weiteren Bauteilen) und dem jeweiligen Werkstück 2, ggf. in mehreren Raumrichtungen oder um einer oder mehrere Drehachsen. Hierfür können
unterschiedlichste Einrichtungen zum Einsatz kommen, wie Förderbänder, Portale, aber auch Roboter und vieles anderes mehr .
Unmittelbar stromaufwärts der Andrückeinrichtung 14 ist im Bereich zwischen dem Beschichtungsmaterial 4 und der zu beschichtenden Oberfläche des Werkstücks 2 eine
Aktivierungseinheit 20' vorgesehen, die in der vorliegenden Ausführungsform mehrere Austrittsöffnungen 20 zum Zuführen eines erwärmten Gases (bzw. Gasgemisches wie Luft) 6 zu der jeweiligen Funktionsschicht 4' aufweist. Je nach Lage der jeweiligen Funktionsschicht 4' bzw. auf dem
Beschichtungsmaterial 4 oder dem Werkstück 2, sind die
Austrittsöffnungen 20 entsprechend zu der Funktionsschicht 4' gerichtet. Dabei besitzen die Austrittsöffnungen 20 einen Abstand von höchstens 10 mm, bevorzugt höchstens 4 mm, beispielsweise ca. 2 mm von der jeweiligen Funktionsschicht 4'. Auch ist es möglich, dass die Aktivierungseinheit 20', wie in Fig. 1 angedeutet, in mehreren Richtungen
entsprechende Austrittsöffnungen 20 aufweist, wobei die jeweiligen Austrittsöffnungen je nach Bedarf zu- und
abgeschaltete werden können.
Die Austrittsöffnungen 20 der Aktivierungseinheit 20' stehen mit einer Gasquelle 22 in Verbindung. Die Gasquelle 22 stellt erwärmtes Gas 6 derart zu den jeweiligen
Austrittsöffnungen 20 bereit, dass es mit Wasser angereichert und bevorzugt mit Wasser angereicherte Luft ist. Es hat sich herausgestellt, dass es besonders kompakt und kostengünstig ist, (gereinigte) Umgebungsluft zu verwenden und diese mit Wasser anzureichern im Sinne eines Befeuchtungsvorgangs.
Hierfür kann ein Verdampfer vorgesehen sein, der etwa ein Dampfkessel, Dünnschichtverdampfer, Fallfilmverdampfer,
Kesselverdampfer, Koaxialverdampfer, Naturumlaufverdampfer oder Zwangsumlaufverdampfer ist. Alternativ kann mit einem Einspritz-System Wasser in die (Heiß) Luft eingespritzt werden. Dies ist abhängig von den technischen
Rahmenbedingungen .
Somit kann der Wassergehalt der Luft auf ein höheres Maß als die Umgebungsluft angehoben werden. Die Sättigungsmenge von Wasserdampf in Luft steigt mit steigender Temperatur der Luft an. Es ist somit technisch sinnvoll, in einem ersten Schritt in der Gasquelle eine Erhitzung der Luft, etwa mittels einer Elektroheizung vorzunehmen. Die so erhitzte Luft weist bei gleicher Wasserbeladung (absoluter
Luftfeuchte) eine niedrigere relative Feuchte auf, so dass in einem nächsten Schritt die relative Feuchte erhöht werden kann .
Als technisch sinnvoll haben sich hierbei Temperaturen von 150°C und eine absolute Luftfeuchte von mindestens 4 g Wasser/kg Luft erwiesen und bevorzugt von 250°C und 14 g Wasser/kg Luft.
Eine mögliche Ausgestaltung der Aktivierungseinheit 20' ist in Fig. 2 schematisch in einer Seitenansicht dargestellt. Dabei zeigt Fig. 2 diejenige Seitenfläche der
Aktivierungseinheit 20', die der zu aktivierenden
Funktionsschicht 4' zugewandt ist.
Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, weist die
Aktivierungseinheit 20' in der vorliegenden Ausführungsform mehrere Austrittsöffnungen 20 auf, wobei das Gas im Bereich mindestens zweier Austrittsöffnungen 20 eine voneinander unterschiedliche Temperatur aufweisen kann. So ist es
beispielsweise bevorzugt, dass die Temperatur des
austretenden Gases in Richtung einer Relativbewegung zwischen Austrittsöffnungen 20 und zu aktivierender Funktionsschicht 4' d.h. im vorliegenden Falle in der Durchlaufrichtung (von links nach rechts in Fig. 2), ansteigt. Unabhängig hiervon können zumindest einzelne Düsen Mittel zur Anpassung an die Geometrie der zu aktivierenden Funktionsschicht aufweisen. Ferner können - unabhängig von den vorstehenden
Ausgestaltungen - unterschiedlichste Düsengeometrien zum Einsatz kommen, wie rund, polygonal, elliptisch, etc.
Sensoren wie etwa Temperatursensoren,
Luftfeuchtigkeitssensoren, Temperatursensoren, Drucksensoren und/oder Volumenstromsensoren können weiterhin an der
Austrittsöffnung 20, an einem anderen Teil der Gaszuführung oder an der Wasserzuführung angeordnet sein. Somit kann erfasst werden, welche Temperatur das Gas oder Wasser hat, und diese Information kann weiterhin dafür benutzt werden, um zu steuern und/oder zu regeln, wie weit ein
Beschichtungsmaterial erhitzt wird. Eine derartige Regelung kann auch darüber erfolgen, dass der Volumenstrom von verschiedenen Zuführungen von Gas und/oder Wasser angepasst wird, etwa wenn diese eine unterschiedliche Temperatur haben, was auch wiederum durch Temperatursensoren erfasst werden kann .
Zustandsdaten der oben dargestellten Sensoren können weiterhin von der Vorrichtung 10 an eine externe
Datenbank/Cloud übermittelt werden. Dies kann mittels eines Datenträgersignals geschehen, das etwa über Ethernet, WLAN, Bluetooth oder 5G Netzwerke die Vorrichtung 10 mit der externen Datenbank/Cloud verbindet. So wird ein zentrales Sammeln der Daten ermöglicht, was eine weitere Analyse der Daten ermöglicht und so verbesserte Betriebsparameter
ermöglichen kann.
Ferner können im Bereich einer oder mehrerer
Austrittsöffnungen 20 der Vorrichtung 10 Mittel zur Bildung einer turbulenten oder auch laminaren Strömung beim Austritt des erwärmten Gases 6 vorgesehen sein. Obgleich in Fig. 2 nicht gezeigt, kann dies beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die jeweilige Austrittsöffnung 20 als Düse mit in Strömungsrichtung zumindest abschnittsweise veränderlichem Querschnitt ausgebildet ist.
Ferner kann, obgleich in Fig. 2 ebenfalls nicht gezeigt, im Bereich der Austrittsöffnung (en) 20 ein Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit und/oder geringer
Wärmespeicherkapazität vorgesehen sein.
Eine bevorzugte, beispielhafte Ausgestaltung der
Gasquelle 22 ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Die
Gasquelle 22 weist in der vorliegenden Ausführungsform einen Wärmetauscherabschnitt 24 auf, der eingerichtet ist,
zugeführtes Gas auf eine Temperatur von mindestens 450 °C, bevorzugt mindestens 6 00 °C zu erwärmen. Das Gesamtsystem ist derart abgestimmt, dass das Gas im Bereich der mindestens einen Austrittsöffnung 20 eine Temperatur von mindestens 300°C, bevorzugt mindestens 350°C aufweist.
Dabei kann der Wärmetauscherabschnitt 24 beispielsweise mindestens ein mit Hohlräumen versehenes, insbesondere poröses und/oder Hauptwerks-poriges und/oder mit Durchgangsöffnungen versehenes Wärmetauscherelement
aufweisen, das mit der in Fig. 3 gezeigten Heizquelle in Verbindung steht. Das Wärmetauscherelement kann in der vorliegenden Ausführungsform zumindest abschnittsweise aus einem Material bestehen, das ausgewählt ist aus rostfreiem Sintermaterial, porösen Keramiken, Metallschaum, insbesondere Aluminiumschaum, und Kombinationen hiervon. Zur Rückgewinnung der Wärme kann auch ein Luft/Luft- oder Luft/Wasser- Wärmetauscher verwendet werden, bei dem die Wärmeenergie des gebrauchten Gases auf das neue Gas oder das zu
verdampfende/ zerstäubende Wasser übertragen werden kann.
Selbstverständlich können jedoch auch andere geeignete Materialien zum Einsatz kommen, insbesondere wenn sie eine hohe Wärmeleitfähigkeit und/oder eine hohe
Wärmespeicherkapazität besitzen.
Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 ferner eine zweite Gasquelle aufweisen, die eingerichtet ist, stromaufwärts der mindestens einen
Austrittsöffnung (ganz rechts in Fig. 3) Gas einzuspeisen, um den Druck des an der mindestens einen Austrittsöffnung austretenden Gases zu erhöhen.
Wie in Fig. 1 am besten zu erkennen ist, umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 ferner eine Abführeinrichtung 32, wie beispielsweise einen Auffangtrichter . Auf diese Weise lässt sich das zu der Funktionsschicht 4 ' zugeführte Gas zumindest teilweise abführen und vorzugsweise auch
rekuperieren . Zu diesem Zweck kann, wie in Fig. 1 gezeigt ist, ein Wärmetauscher 30 stromabwärts der Abführeinrichtung 32 vorgesehen sein, mittels dessen die Abwärme des zu der Funktionsschicht 4 ' zugeführten Gases aufgefangen und
beispielsweise zu der Gasquelle 22 als Wärmeenergie
zurückgeführt werden kann.
Der Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10
vollzieht sich beispielsweise wie folgt. Ein zu
beschichtendes Werkstück 2 wird mittels der Fördereinrichtung 16 in einer Förderrichtung (von links nach rechts in Fig. 1) gefördert. Synchron hierzu wird mittels der Zuführeinrichtung ein Beschichtungsmaterial 4 zugeführt. Die auf dem
Beschichtungsmaterial und/oder Werkstück (oder separat) bereitgestellte Funktionsschicht wird mittels des aus den Austrittsöffnungen 20 austretenden erwärmten Gases 6
aktiviert, und zwar unmittelbar bevor das
Beschichtungsmaterial mittels der Andruckeinrichtung 14 an die zu beschichtende Oberfläche des Werkstücks 2
angedrückt wird. Dabei wird das Beschichtungsmaterial 4 mittels der aktivierten Funktionsschicht 4 ' an das Werkstück 2 gefügt.
Bezugszeichenliste
2 Werkstück
4 Beschichtungsmaterial
4 ' Funktionsschicht
6 Gas
10 Vorrichtung
12 Zufuhreinrichtung
14 Andrückeinrichtung
16 Fördereinrichtung
20 Austrittsöffnung
20' Aktivierungseinheit
22 Gasquelle
24 Wärmetauscherabschnitt
30 Wärmetauscher
32 Abführeinrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Aktivieren einer Funktionsschicht (4') eines Beschichtungsmaterial (4), wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Bereitstellen einer durch Energieeintrag haftend
machbaren Funktionsschicht (4'),
Zuführen eines Beschichtungsmaterials (4) zu einem zu beschichtenden Werkstück (2),
Anreichern eines Gases, das bevorzugt Luft ist, mit
Wasser,
Erwärmen des Gases,
zumindest teilweises Aktivieren der Funktionsschicht (4') durch Begasen der Funktionsschicht (4') mit dem Gas (6) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei
das Gas (6) über mindestens eine Austrittsöffnung (20) an die Funktionsschicht (4') abgegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei
das Gas im Bereich der mindestens einen Austrittsöffnung (20) eine Temperatur von mindestens 150°C, bevorzugt
mindestens 250°C aufweist;
und/oder
eine absolute Luftfeuchte von mindestens 4 g Wasser/kg Luft, bevorzugt von mindestens 14 g Wasser/kg Luft.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die Funktionsschicht (41) Mittel zur Erhöhung der
Wärmeleitfähigkeit wie insbesondere niederschmelzende
Polyolefine und/oder Metallpartikel aufweist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
der Volumenstrom des Gases geregelt werden kann.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
der Wasser-Anteil im Gas geregelt werden kann.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die Funktionsschicht (41) im Wesentlichen frei von
Absorbern für Laserlicht oder andere Strahlungsquellen ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
das zu dem Beschichtungsmaterial (4) zugeführte Gas (6) zumindest teilweise rekuperiert und zumindest mittelbar, insbesondere über einen Wärmetauscher (30), zur Erwärmung des zugeführten Gasstromes oder des zugeführten Wassers genutzt wird .
9. Vorrichtung (10) zum Aktivieren einer
Funktionsschicht (4') eines Beschichtungsmaterials (4), die aufweist :
mindestens eine Austrittsöffnung (20) zum Zuführen eines erwärmten Gases (6) zu der Funktionsschicht (4'), und
mindestens eine Gasquelle (22) zum Bereitstellen des erwärmten Gases (6) zu der mindestens einen Austrittsöffnung (20) ,
wobei
die Gasquelle (22) derart ausgestaltet ist, ein
bereitgestelltes Gas, das bevorzugt Luft ist, mit Wasser anzureichern und zu erwärmen.
10. Vorrichtung (10) nach Anspruch 9, wobei
die Gasquelle (22) einen Verdampfer aufweist, der
ausgestaltet ist, flüssiges Wasser in einen dampfförmigen Zustand zu versetzen und somit das Gas in der Gasquelle (22) damit anzureichern.
11. Vorrichtung (10) nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Vorrichtung ausgestaltet ist, mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 benutzt zu werden.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei
eine Einheit zum Regeln des Volumenstroms in oder an der Vorrichtung angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei
eine Eispritzdüse zum Beimischen von Wasser integriert ist
und/oder
ein Mischventil zum Regeln der Luft- und Wasser-Anteile enthalten ist.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei
ein Wärmetauscher zum Zurückgewinnen von Wärmeenergie aus dem verbrauchten Gas in das zugeführte Gas oder das
zugeführte Wasser enthalten ist, und
der Wärmetauscher bevorzugt einen Kondensat-Abscheider aufweist .
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei
eine übergeordnete Regelung die jeweils optimale
Wärmeenergie an der Gas-Austrittsöffnung (20) einstellt.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei
die Vorrichtung zumindest einen Sensor aufweist, der insbesondere ein Luftfeuchtigkeitssensor, Temperatursensor, Drucksensor und/oder ein Volumenstromsensor ist und dieser zumindest eine Sensor insbesondere an der Gas- Austrittsöffnung (20), an der Gas-Zuführung oder an der Wasser-Zuführung zur Regelung der optimalen Temperatur am Arbeitspunkt enthalten sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei
die Vorrichtung ausgestaltet ist, Zustandsdaten des zumindest einen Sensors an eine externe Datenbank/Cloud zu übertragen .
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