WO2004069424A2 - Verfahren und vorrichtung zum aufbringen von geschäumtem thermoplastischem fluid, insbesondere geschäumtem heissschmelz-klebstoff auf ein substrat - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum aufbringen von geschäumtem thermoplastischem fluid, insbesondere geschäumtem heissschmelz-klebstoff auf ein substrat Download PDF

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WO2004069424A2
WO2004069424A2 PCT/EP2004/001161 EP2004001161W WO2004069424A2 WO 2004069424 A2 WO2004069424 A2 WO 2004069424A2 EP 2004001161 W EP2004001161 W EP 2004001161W WO 2004069424 A2 WO2004069424 A2 WO 2004069424A2
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fluid
nozzle arrangement
substrate
gas
dissolved gas
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PCT/EP2004/001161
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Inventor
Franz-Josef Schnödewind
Original Assignee
Nordson Corporation
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Publication date
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C44/00—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
    • B29C44/34—Auxiliary operations
    • B29C44/36—Feeding the material to be shaped
    • B29C44/46—Feeding the material to be shaped into an open space or onto moving surfaces, i.e. to make articles of indefinite length
    • B29C44/461—Feeding the material to be shaped into an open space or onto moving surfaces, i.e. to make articles of indefinite length dispensing apparatus, e.g. dispensing foaming resin over the whole width of the moving surface

Definitions

  • the present invention relates to a method for applying foamed thermoplastic fluid, in particular foamed hot-melt adhesive, to a substrate, in which the thermoplastic fluid is conveyed from a fluid source to a mixing device, the fluid in the mixing device being exposed to a gas under pressure, so that the gas is dissolved in the fluid, and then the fluid with the dissolved gas is conveyed to a fluid application device with a nozzle arrangement and is released from the latter and thereby expands to ambient pressure, so that the fluid foams by means of the previously dissolved gas.
  • foamed thermoplastic fluid in particular foamed hot-melt adhesive
  • the invention further relates to a device for applying foamed thermoplastic fluid, in particular foamed hot-melt adhesive to a substrate, with a fluid delivery device for delivering fluid from a fluid source to a mixing device, a delivery device for delivering gas to the mixing device, one with the mixing device connected fluid dispensing device with a nozzle arrangement for dispensing the fluid with dissolved gas introduced into the mixing device onto a substrate, wherein the nozzle arrangement is not in contact with the substrate.
  • Foamed thermoplastic fluid materials are used in a large number of primarily industrial applications, for example as adhesives or sealants, in order to glue or seal components together.
  • adhesives or sealants foamed and applied as a foam to a surface of a part (substrate)
  • advantages of the sealing properties can in view of the adhesive strength, 'with respect up the consumption of the fluid material, and other advantages.
  • foamed thermoplastic adhesives or sealants and methods and devices for application have been described, for example, in US Pat. No. 4,059,714 or US Pat. No. 4,200,207.
  • the foamed fluid is produced by mixing the fluid with a pressurized gas before it is dispensed by a fluid dispenser so that the gas, for example carbon dioxide or nitrogen, dissolves in the fluid.
  • the fluid with the dissolved gas is then delivered under pressure to the fluid dispenser and, after dispensing through a nozzle or nozzle assembly, is depressurized to ambient pressure.
  • the previously dissolved gas expands in the fluid, so that the fluid foams and a foam of adhesive or sealant is formed on the substrate.
  • the object of the invention is to develop a method and a device of the type mentioned in the introduction such that improved job images are achieved depending on the application.
  • a method and a device are to be provided with which order images, in particular caterpillars, dots or the like, which have greater heights, can be produced.
  • the invention achieves the object in the method of the type mentioned at the outset in that the fluid with the dissolved gas flows through a fluid-permeable structure having a multiplicity of communicating cavities before being discharged from the nozzle arrangement and is then discharged from the nozzle arrangement in the direction of the substrate and onto it this is deposited, the nozzle arrangement not being in contact with the substrate.
  • the invention also achieves the object in a device of the type mentioned in that in the nozzle arrangement within the Fluid channel a fluid-permeable structure is formed, through which the fluid with the dissolved gas can flow and then be released onto the substrate at ambient pressure and due to the expansion of the dissolved gas during and / or after delivery from the nozzle arrangement.
  • the method according to the invention is further developed in an advantageous manner in that the fluid with the dissolved gas flows through a sintered metal part with a multiplicity of fluid-permeable cavities, which is arranged within a fluid channel and which is arranged within the nozzle arrangement Nozzle arrangement is arranged.
  • the foaming is particularly 'advantageous affected because due to the many irregular free flow cross-sections can be produced with particularly high altitude, a particularly flattened velocity profile of the fluid and also by a bead (or other application pattern).
  • a sintered metal part is insensitive to heat, so that hot-melt adhesives, for example, can be foamed at higher temperatures.
  • a preferred development of the method is characterized in that the fluid-permeable structure extends within the fluid channel essentially up to the outlet opening and the fluid with the dissolved gas flows through the fluid-permeable structure with a largely uniform velocity profile flattened over the cross-sectional area of the fluid channel. Due to the strong pressure drop in the area of the outlet opening of the fluid channel, foaming can already occur within the fluid-permeable structure, preferably the sintered metal part, which further favorably influences the application pattern in that a particularly large height of the bead is produced.
  • Particularly favorable foam structures on the substrate can be achieved by conveying the fluid with the dissolved gas at pressures of up to 150 bar to the nozzle arrangement of the fluid dispensing device and then relaxing it to ambient pressure in the region of the fluid-permeable structure arranged in the end region of the fluid channel.
  • the gas is carbon dioxide or nitrogen or another inert gas and the thermoplastic fluid is a hot melt adhesive, sealant or other viscous material.
  • the fluid with dissolved gas have a cylindrical or rectangular, square or oval fluid-permeable structure flows through within the nozzle arrangement, the fluid-permeable structure preferably being designed as a sintered metal part. This makes it possible to achieve narrow or wide application pictures made of foamed adhesive or sealant with a relatively high height.
  • the fluid-permeable structure is a sintered metal part, which is preferably a cylindrical body or alternatively a cuboid, cube-shaped or oval body.
  • the fluid channel and a cylindrical sintered metal part preferably have a diameter in the range of approximately 5 to 12 mm.
  • Figure 1 is a schematic representation of an inventive device for applying foamed adhesive
  • Figure 2 shows a fluid delivery device as part of the device shown in Figure 1 in a partial sectional view
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a nozzle arrangement and a bead of foamed hot-melt adhesive applied to a substrate according to the invention
  • FIG. 4 shows an alternative exemplary embodiment of a nozzle arrangement with an expanding diffuser fluid channel
  • Figure 5 is a schematic representation of an alternative device according to the invention for applying foamed adhesive.
  • Figure 1 illustrates the components of a system for applying foamed thermoplastic hot melt adhesive (hot-melt) on a substrate and for carrying out the method according to the invention.
  • Foams made of other liquids such as sealants, coating materials made of plastic or the like could also be foamed according to the invention and deposited on a substrate.
  • the device shown schematically in FIG. 1 comprises a fluid source in the form of a barrel melter 2 for providing liquid hot-melt adhesive (hereinafter generally referred to as fluid).
  • the barrel melter 2 is by means of a line 4 with a feed pump 6, for. B. a gear pump, which in turn is connected via a line 8 to a pressure regulator 10.
  • the adhesive can be conveyed under pressure in a mixing device 14 through a line 12.
  • pressure gas for. B. carbon dioxide or nitrogen
  • the compressed gas can be introduced into the mixing device 14 under pressure through a line 26 leading from the flow meter 24 into the mixing device 14.
  • the mixing device 14 which is, for. B. can be one according to US Pat. No. 4,059,714 or US Pat. No. 4,778,631
  • the pressurized gas in the fluid, in the exemplary embodiment adhesive is dissolved under high pressure.
  • the mixing device 14 is connected to a fluid delivery device 30 by means of line 28, which can also be designed as a hose, so that fluid with gas dissolved in this can be conveyed to the fluid delivery device 30 under pressures of up to 130 bar.
  • the fluid delivery device 30 has a delivery module 32 with a nozzle or nozzle arrangement 34, which has a fluid channel with a delivery opening for delivering the gas mixed with gas. Released fluid is in a non-contact process, in the form of a schematically illustrated bead 36 on a relative to that Fluid delivery device 30 movable substrate 38 deposited as foam.
  • the fluid delivery device 30 has a connection 36 which can be connected to the line 28 (FIG. 2) and through which the fluid with dissolved gas can be introduced into a feed channel 40 formed in a base body 10, which feed channel is connected to the metallic one Housing 42 of module 32 formed bore 44 is connected. Through this bore 44, fluid can get into a central bore 46 of the module 32 and - downwards - flow in the direction of the nozzle arrangement 34.
  • the nozzle arrangement 34 is screwed tightly to the housing 42 and has a central fluid channel 48 designed as a bore, which communicates on the one hand with the bore 46 and on the other hand opens downstream into an outlet opening 50 through which fluid is discharged in the direction of the substrate 38 (FIG. 1) can be.
  • the fluid delivery can be controlled by means of a valve arrangement known per se, which moves a valve needle 54 which can be moved back and forth by means of a compressed air piston 52, in order to release or interrupt the fluid flow through the outlet opening 50 of the fluid channel 48.
  • a sintered metal part 56 is inserted in the lower section of the fluid channel and is press-fitted in this arrangement 34.
  • the fluid mixed with dissolved nitrogen or carbon dioxide or another gas can flow through the sintered metal part 56 through this sintered metal part 56 with a large number of irregular free cavities which are in fluid communication with one another.
  • the fluid previously under high pressure of up to 150 bar expands, and the particularly strongly expanding gas leads to foaming of the adhesive.
  • the sintered metal part 56 is designed as a cylindrical body and is pressed into a cylindrical bore 58 which is formed in the lower section of the nozzle arrangement 34.
  • the sintered metal part 56 is fitted so that the lower surface 60 of the aligned ⁇ sintered metal part 58 with the outlet opening 50 of the fluid channel.
  • the sintered metal part 56 and the bore 58 can be dimensioned such that the surface 60 is either offset inwards upstream of the outlet opening 50 within the nozzle arrangement 34 or alternatively protrudes from the bore 58 and is arranged downstream of the outlet opening 50 ,
  • FIG. 4 shows an alternative exemplary embodiment of a nozzle arrangement 34, which differs from the exemplary embodiment illustrated in FIG. 3 only in that the lower section of the fluid channel 62 that receives the fluid-permeable structure widens and thus an expanded flow cross section in the direction of the outlet opening 50 of the fluid channel having.
  • a frustoconically widening bore 66 is formed, and an adapted frustoconical sintered metal part 68 is inserted into this frustoconical bore 66, more precisely , pressed into it.
  • FIG. 5 illustrates an alternative embodiment of a device and a method according to the invention, the differences from which are explained below compared to the previous embodiment:
  • a drum melter 2 is connected by means of line 4 to a first feed pump 7, which feeds melted fluid by means of line 9 to a second feed pump 11, which, however, can deliver a larger mass or volume flow relative to the first feed pump 7.
  • the feed pump 11 is connected via line 13 to the fluid delivery device 30.
  • pressurized gas is passed through ' line 15 to a pressure regulator 20 and from there through line 17 in line 9. The gas is sucked into line 9 due to the larger mass or volume flows which can be generated by the feed pump 7 ' and into the fluid dissolved.
  • the line 9 can thus be regarded as a mixing device.
  • the fluid with dissolved gas is then fed through line 13 to the fluid delivery device 30 and, as in the first exemplary embodiment, applied to the substrate 38 according to the invention.
  • Barrel melter 2 and pumps 7 and 11 are preferably housed within a housing 19.
  • the liquid adhesive flows from the barrel melter 2 to the pump 6 and is brought to high pressure by the latter, which can be brought to an exact value by the pressure regulator 10.
  • Gas such as nitrogen or carbon dioxide is brought from the pressure gas container 16 by the pump 20 and with the aid of the pressure regulator 24 to a desired pressure and introduced into the mixing device 14. There, gas is dissolved in the fluid under high pressure and the mixture of fluid and gas flows to line 28 to fluid dispenser 30.
  • the gas is mixed with the fluid in line 9 by means of the device shown in FIG. 5 and dissolved therein and then fed through line 13 to the fluid delivery device 30.
  • the fluid flows through the fluid channel 62 in the manner described above and then reaches the widening section 64. Then the gas-enriched fluid flows through the fluid-permeable structure formed by the sintered metal part 56 and then flows out of the nozzle arrangement 34 under a strong pressure drop through the outlet opening 50 of the fluid channel. This leads to a strong expansion of the previously dissolved gas and to a strong foaming of the fluid which, as schematically illustrated in FIGS. 1 and 3, is then deposited on the substrate 38 in the form of a bead 36.
  • the caterpillar 36 is thus applied in a non-contact process and, due to the flow of the previously dissolved gas through the fluid, has a particularly large height, as illustrated in FIG. 3. For application, a relative movement is regularly generated between the substrate and the fluid dispensing device 30; however, applications are also conceivable without relative movement, e.g. B. to make points.
  • the outflow speed is further reduced within the sintered metal part 68 due to the flow cross section widening in the region of the bore 66.
  • a diffuser is formed.
  • foaming due to the pressure reduction down to the ambient pressure can already occur in the area of the sintered metal part 68.
  • the advantages according to the invention can be generated equally when applying sealants or the like.

Landscapes

  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Coating Apparatus (AREA)
  • Nozzles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen von geschäumtem thermoplastischem Fluid, insbesondere geschäumtem Heissschmelz-Klebstoff, auf ein Substrat (38), bei dem das thermoplastische Fluid aus einer Fluidquelle zu einer Mischvorrichtung (14, 9) gefördert wird, das Fluid in der Mischvorrichtung (14, 9) unter Druck einem Gas ausgesetzt wird, so dass das Gas in dem Fluid gelöst wird, und anschliessend das Fluid mit gelöstem Gas zu einer Fluidauftragsvorrichtung (30) mit einer Düsenanordnung (34) gefördert und von dieser abgegeben wird und dabei auf Umgebungsdruck. entspannt, so dass das Fluid mittels des zuvor gelösten Gases aufschäumt. Erfindungsgemäss durchströmt das Fluid mit dem gelösten Gas vor der Abgabe aus der Düsenanordnung (34) eine eine Vielzahl von kommunizierenden Hohlräumen aufweisende fluiddurchlässige Struktur und wird anschliessend von der Düsenanordnung (34) in Richtung auf das Substrat (38) abgegeben und auf diesem abgelegt, wobei die Düsenanordnung (34) nicht in Kontakt mit dem Substrat (38) steht.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen von geschäumtem thermoplastischem Fluid, insbesondere geschäumtem Heißschmelz-
Kiebstoff auf ein Substrat
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von geschäumtem thermoplastischem Fluid, insbesondere geschäumtem Heißschmelz-Klebstoff, auf ein Substrat, bei dem das thermoplastische Fluid aus einer Fluidquelle zu einer Mischvorrichtung gefördert wird, das Fluid in der Mischvorrichtung unter Druck einem Gas ausgesetzt wird, so dass das Gas in dem Fluid gelöst wird, und anschließend das Fluid mit gelöstem Gas zu einer Fluidauftragsvorrichtung mit einer Düsenanordnung gefördert und von dieser abgegeben wird und dabei auf Umgebungsdruck entspannt, so dass das Fluid mittels des zuvor gelösten Gases aufschäumt. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Auftragen von geschäumtem thermoplastischem Fluid, insbesondere geschäumtem Heißschmelz-Klebstoff auf ein Substrat, mit einer Fluidfördereinrichtung zum Fördern von Fluid aus einer Fluidquelle zu einer Mischvorrichtung, einer Fördereinrichtung zum Fördern von Gas zu der Mischvorrichtung, einer mit der Mischvorrichtung verbundenen Fluidabgabevorrichtung mit einer Düsenanordnung zum Abgeben des Fluids mit in der Mischvorrichtung eingebrachtem gelösten Gas auf ein Substrat, wobei die Düsenanordnung nicht in Kontakt mit dem Substrat steht.
Geschäumte thermoplastische Fluid-Materialien (nachfolgend als Fluide bezeichnet) werden in einer Vielzahl von vornehmlich industriellen Anwendungen beispielsweise als Klebstoffe oder Dichtstoffe verwendet, um Bauteile miteinander zu verkleben oder abzudichten. Werden diese Kleb- oder Dichtstoffe aufgeschäumt und als Schaum auf eine Oberfläche eines Teils (Substrat) aufgebracht, dann können sich Vorteile im Hinblick auf die Klebefestigkeit, die Dichtungseigenschaften,' im Hinblick auf- den Verbrauch an Fluidmaterial und andere Vorteile ergeben. Solche aufgeschäumten thermoplastischen Kleb- oder Dichtstoffe und Verfahren und Vorrichtungen zum Auftragen sind beispielsweise in dem US-Patent 4,059,714 oder US-Patent 4,200,207 beschrieben worden.
Das aufgeschäumte Fluid wird erzeugt, indem das Fluid vor der Abgabe durch eine Fluidabgabevorrichtung (Dispenser) mit einem unter Druck stehenden Gas vermischt wird, so dass sich das Gas, beispielsweise Kohlendioxid oder Stickstoff in dem Fluid löst. Das Fluid mit dem gelösten Gas wird dann unter Druck zu der Fluidabgabevorrichtung gefördert und nach der Abgabe durch eine Düse oder Düsenanordnung auf Umgebungsdruck entspannt. Dabei expandiert das zuvor gelöste Gas in dem Fluid, so dass das Fluid aufschäumt und dadurch ein Schaum aus Kleb- oder Dichtstoff auf dem Substrat entsteht.
Bei den bekannten Fluidabgabevorrichtungen zum Abgeben des aufschäumbaren Fluids strömt dieses aufgrund des hohen Drucks innerhalb des Fluids mit hoher Geschwindigkeit aus der Düsenanordnung aus, In dem in eine Austrittsöffnung mündenden Fluidkanal der Düsenanordnung bildet sich dabei ein bestimmtes Geschwindigkeitsprofii des Fluids aus. Im Bereich der inneren Wand des Fluidkanals haftet das Fluid an der Wand, so dass dort die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids sehr gering ist oder gegen Null geht, während mit zunehmendem Abstand von der den Fluidkanal begrenzenden Wand die Strömungsgeschwindigkeit zunimmt auf ein Maximum im Bereich des Zentrums des Fluidkanals. Dieses Geschwindigkeitsprofil innerhalb des Fluidkanals führt dazu, dass die sich auf der Oberfläche des Substrats, auf dem das Fluid abgelegt wird, eine Raupe oder gegebenenfalls auch nur ein Punkt mit einer abgeflachten Form entsteht. Anders ausgedrückt ist die Höhe der aufgebrachten Raupe, eines Punktes oder dgl. relativ gering. Bei bestimmten Anwendungen ist es jedoch wünschenswert, Raupen, Punkte oder andere Auftragsbilder auf Substraten herzustellen, die eine größere Höhe aufweisen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der Eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass je nach Anwendung verbesserte Auftragsbilder erreicht werden. Insbesondere soll ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitgestellt werden, mit denen Auftragsbilder, insbesondere Raupen, Punkte oder dgl. hergestellt werden können, die größere Höhen aufweisen.
Die Erfindung löst die Aufgabe beim Verfahren der Eingangs genannten Art dadurch, dass das Fluid mit dem gelösten Gas vor der Abgabe aus der Düsenanordnung durch eine eine Vielzahl von kommunizierenden Hohlräumen aufweisende fluiddurchlassige Struktur durchströmt und anschließend von der Düsenanordnung in Richtung auf das Substrat abgegeben und auf diesem abgelegt wird, wobei die Düsenanordnung nicht in Kontakt mit dem Substrat steht. λ Die Erfindung löst ferner die Aufgabe bei einer Vorrichtung der Eingangs genannten Art dadurch, dass in der Düsenanordnung innerhalb des Fluidkanals eine fluiddurchlassige Struktur ausgebildet ist, durch die das Fluid mit dem gelösten Gas hindurchströmen kann und anschließend auf das Substrat abgegeben werden kann bei Umgebungsdruck und aufgrund der Entspannung des gelösten Gases während und/oder nach der Abgabe von der Düsenanordnung aufschäumt.
In überraschender Weise ist gefunden worden, dass bei einem ' kontaktlosen Auftragsverfahren zum Herstellen eines Schaums, vorzugsweise eines Kleb- oder Dichtstoffschaums, bei dem während des Auftrags kein Kontakt zwischen der Fluidabgabevorrichtung und dem Substrat besteht, durch die Strömung eines mit einem Gas versetzten Fluids durch eine fluiddurchlassige Struktur mit einer Vielzahl von Hohlräumen, die miteinander kommunizieren, insbesondere durch das Hindurchströmen durch ein gesintertes Bauteil aus Metall oder Keramik oder dgl., sich innerhalb des Fluidkanals der Düsenanordnung ein abweichendes Strömungsprofil des mit Gas versetzten Fluids ausbildet. Bei diesem erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsprofil, entsteht eine gleichmäßigere Geschwindigkeitsverteilung über den Querschnitt des Fluidkanals, da es aufgrund der vielen miteinander kommunizierenden Hohlräume in dem Sintermetallteil und den unregelmäßigen starren Strukturen innerhalb des Sintermetallteils zu Strömungsumlenkungen und Querströmungen kommt, die ein abgeflachtes Strömungsprofil erzeugen. Nach dem Entspannen des aus der Düse austretenden Fluids und nach dem Aufschäumen und der Ablage auf dem Substrat' wird dadurch eine Raupe, ein Streifen, Punkt oder dgl. aus Fluidmaterial mit deutlich größerer Höhe erreicht. Dies ist für viele Anwendungen vorteilhaft. Durch die größere Höhe wird eine größere Fluidmenge auf geringerer Fläche 'auf der Substratoberfläche abgelegt. Bei Kleb- oder Dichtstoffen ist ein derartig erhöhtes Auftragsbild oft vorteilhaft.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass das Fluid mit dem gelösten Gas unmittelbar vor der Abgabe auf das Substrat ein innerhalb der Düsenanordnung angeordnetes Sintermetallteil mit einer Vielzahl von fluiddurchlässigen Hohlräumen durchströmt, welches innerhalb eines Fluidkanals der Düsenanordnung angeordnet ist. Bei Durchströmung eines Sintermetallteils wird die Aufschäumung besonders' vorteilhaft beeinflusst, da aufgrund der vielen unregelmäßigen freien Strömungsquerschnitte ein besonders abgeflachtes Geschwindigkeitsprofil des Fluids und auch dadurch eine Raupe (oder anderes Auftragsbild) mit besonders großer Höhe erzeugen lässt. Femer ist ein Sintermetallteil hitzeunempfindlich, so dass beispielsweise Heißschmelz-Klebstoffe mit höheren Temperaturen aufgeschäumt werden können.
Eine bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die fluiddurchlassige Struktur sich innerhalb des Fluidkanals im Wesentlichen bis hin zur Austrittsöffnung erstreckt und das Fluid mit dem gelösten Gas die fluiddurchlassige Struktur mit einem über die Querschnittsfläche des Fluidkanals abgeflachten, weitgehend gleichmäßigen Geschwindigkeitsprofil durchströmt. Aufgrund des starken Druckabfalls im Bereich der Austrittsöffnung des Fluidkanals kann es bereits innerhalb der fluiddurchlässigen Struktur, vorzugsweise des Sintermetallteils zu einer Aufschäumung kommen, was das Auftragsbild weiter dahingehend günstig beeinflusst, dass eine besonders große Höhe der Raupe entsteht.
Besonders günstige Schaumstrukturen auf dem Substrat lassen sich erzielen, indem das Fluid mit dem gelösten Gas mit Drücken von bis zu 150 bar zu der Düsenanordnung der Fluidabgabevorrichtung gefördert wird und dann im Bereich der fluiddurchlässigen, im Endbereich des Fluidkanals angeordneten Struktur bis auf Umgebungsdruck entspannt wird. Vorzugsweise ist das Gas Kohlendioxid oder Stickstoff oder ein anderes inertes Gas ist und ist das thermoplastische Fluid ein Heißschmelzklebstoff, Dichtungsmaterial oder anderes viskoses Material.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird ferner vorgeschlagen, dass das Fluid mit gelöstem Gas eine zylindrische oder rechteckige, quadratische oder ovale fluiddurchlassige Struktur innerhalb der Düsenanordnung durchströmt, wobei die fluiddurchlassige Struktur vorzugsweise als Sintermetallteil ausgebildet ist. Dadurch lassen sich schmale oder auch breite Auftragsbilder aus geschäumtem Kleb- oder Dichtstoff mit relativ großer Höhe erzielen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird gleichermaßen wie das Verfahren dadurch weitergebildet, dass die fluiddurchlassige- Struktur ein Sintermetallteil ist, welches vorzugsweise ein zylindrischer Körper oder alternativ ein quaderförmiger, würfelförmiger oder ovaler Körper ist. Der Fluidkanal und ein zylindrisches Sintermetallteil weisen vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von etwa 5 - 12 mm auf.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung ist nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Auftragen von geschäumtem Klebstoff;
Figur 2 eine Fluidabgabevorrichtung als Teil der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung in einer Teilschnittdarstellung;
Figur 3 eine schematische Darstellung einer -Düsenanordnung und einer erfindungsgemäß auf ein Substrat aufgebrachten Raupe aus geschäumten Heißschmelz-Klebstoff;
Figur 4 ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Düsenanordnung mit einem sich erweiternden Diffusor-Fluidkanal; und
Figur 5 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen alternativen Vorrichtung zum Auftragen von geschäumtem Klebstoff.
Figur 1 veranschaulicht die Bestandteile eines Systems zum Aufbringen von geschäumtem thermoplastischem Heißschmelz-Klebstoff (hot-melt) auf ein Substrat und zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es könnten auch Schäume aus anderen Flüssigkeiten wie Dichtstoffen, Beschichtungsmaterialien aus Kunststoff oder dgl. erfindungsgemäß aufgeschäumt und auf einem Substrat abgelegt werden.
Die in Figur 1 schematisch dargestellte Vorrichtung umfasst eine Fluidquelle in Form eines Fassschmelzers 2 zum Bereitstellen flüssigen Heißschmelz-Klebstoffs (nachfolgend generell als Fluid bezeichnet). Der Fassschmelzer 2 ist mittels einer Leitung 4 mit einer Förderpumpe 6, z. B. einer Zahnradpumpe verbunden, welche wiederum über eine Leitung 8 mit einem Druckregler 10 verbunden ist. Durch eine Leitung 12 kann der Klebstoff unter Druck in einer Mischvorrichtung 14 gefördert werden. Aus einer Gasquelle in Form eines Druckgasbehälters 16 wird Druckgas, z. B. Kohlendioxid oder Stickstoff durch eine Leitung 18 einem Druckregler 20 und durch eine weitere Leitung 22 in einen Massen- oder Volumenstrom-Durchflussmesser 24 gefördert. Das Druckgas kann durch eine von dem Durchflussmesser 24 in die Mischvorrichtung 14 führende Leitung 26 in die Mischvorrichtung 14 unter Druck eingeleitet werden.
In der Mischvorrichtung 14, bei der es sich z. B. um eine solche gemäß US-Patent 4,059,714 oder gemäß US-Patent 4,778,631 handeln kann, wird das Druckgas in dem Fluid, im Ausführungsbeispiel Klebstoff, gelöst unter hohem Druck. Die Mischvorrichtung 14 ist mittels Leitung 28, die auch als Schlauch ausgebildet sein kann, mit einer Fluidabgabevorrichtung 30 verbunden, so dass Fluid mit in diesem gelösten Gas unter Drücken von bis zu 130 bar zu der Fluidabgabevorrichtung 30 befördert werden kann. Die Fluidabgabevorrichtung 30 weist ein Abgabe-Modul 32 mit einer Düse oder Düsenanordnung 34 auf, welche einen Fluidkanal mit einer Abgabeöffnung zum Abgeben des mit Gas versetzten Fluids aufweist. Abgegebenes Fluid wir in einem Nicht-Kontakt-Verfahren, in Form einer schematisch dargestellten Raupe 36 auf einem relativ zu der Fluidabgabevorrichtung 30 bewegbaren Substrat 38 als Schaum abgelegt.
Wie Figur 2 veranschaulicht, weist die Fluidabgabevorrichtung 30 einen mit der Leitung 28 (Figur 2) verbindbaren Anschluss 36 auf, durch welchen das Fluid mit gelöstem Gas in einen in einem Grundkörper 10 ausgebildeten Zuführ-Kanal 40 einleitbar ist, welcher mit einer in dem metallischen Gehäuse 42 des Moduls 32 gebildeten Bohrung 44 in Verbindung steht. Durch diese Bohrung 44 kann Fluid in eine Zentralbohrung 46 des Moduls 32 gelangen und - nach unten - in Richtung auf die Düsenanordnung 34 strömen. Die Düsenanordnung 34 ist an dem Gehäuse 42 festgeschraubt und weist einen als Bohrung ausgebildeten zentralen Fluidkanal 48 auf, der einerseits mit der Bohrung 46 kommuniziert und andererseits stromabwärts in eine Austrittsöffnung 50 mündet, durch welche Fluid in Richtung auf das Substrat 38 (Figur 1) abgegeben werden kann. Die Fluidabgabe kann mittels einer an sich bekannten Ventilanordnung gesteuert werden, welche eine mittels eines Druckluftkolbens 52 hin und her bewegbare Ventilnadel 54 auf oder ab bewegt, um den Fluidfluss durch die Austrittsöffnung 50 des • Fluidkanals 48 freizugeben bzw. zu unterbrechen.
Wie die Figuren 2 und.3 -veranschaulichen, ist in dem unteren Abschnitt des Fluidkanals ein Sintermetallteil 56 eingesetzt und durch Presspassung in dieser Anordnung 34 befestigt. Durch dieses Sintermetallteil 56 mit einer großen Anzahl unregelmäßiger freier Hohlräume, die miteinander in Fluidverbindung stehen, kann das mit gelöstem Stickstoff oder Kohlendioxid oder einem anderen Gas versetzte Fluid durch das Sintermetallteil 56 hindurchströmen. Während der Abgabe von dem Modul 32 durch die Austrittsöffnung 50 expandiert das zuvor unter hohem Druck von bis zu 150 bar stehende Fluid, und das dabei besonders stark expandierende Gas führt zu einer Aufschäumung des Klebstoffes. In dem in Figur 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Düsenanordnung 34 ist das Sintermetallteil 56 als zylindrischer Körper ausgebildet und in eine zylindrische Bohrung 58 eingepresst, die in dem unteren Abschnitt der Düsenanordnung 34 ausgebildet ist. Das Sintermetallteil 56 ist so eingepasst, dass die untere Oberfläche 60 des ■ Sintermetallteils 58 mit der Austrittsöffnung 50 des Fluidkanals fluchtet. In nicht dargestellter Weise kann das Sintermetallteil 56 und die Bohrung 58 so dimensioniert sein, dass die Oberfläche 60 entweder stromaufwärts von der Austrittsöffnung 50 nach innen versetzt innerhalb der Düsenanordnung 34 angeordnet ist oder alternativ aus der Bohrung 58 heraussteht und stromabwärts von der Austrittsöffnung 50 angeordnet ist. Zwischen der dem oberen Abschnitt 62 des Fluidkanals 48 und der Bohrung 58 befindet sich ein sich kegeistumpfförmig erweiternder Abschnitt 64 des Fluidkanals 48. Aufgrund dieser Erweiterung des Strömungsquerschnitts im Bereich des Abschnitts 64 verringert sich während der Durchströmung die
Strömungsgeschwindigkeit.
Figur 4 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Düsenanordnung 34, welches sich von dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel lediglich dadurch unterscheidet, dass der untere, die fluiddurchlassige Struktur aufnehmende Abschnitt des Fluidkanals 62 sich erweitert und somit in Richtung auf die Austrittsöffnung 50 des Fluidkanals einen erweiterten Strömungsquerschnitt aufweist. Dies wird dadurch realisiert, dass eine kegeistumpfförmig sich erweiternde Bohrung 66 ausgebildet ist und in diese kegelstumpfförmige Bohrung 66 ist ein angepasstes kegeistumpfförmig sich in Richtung auf die Austrittsöffnung 50 erweiterndes Sintermetallteil 68 eingesetzt, genauer gesagt' eingepresst.
Figur 5 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und eines erfindungsgemäßen Verfahrens, deren Unterschiede gegenüber der vorherigen Ausführungsform nachfolgend erläutert sind: Ein Fassschmelzer 2 ist mittels Leitung 4 mit einer ersten Förderpumpe 7 verbunden, welche mittels Leitung 9 geschmolzenes Fluid zu einer zweiten Förderpumpe 11 fördert, die jedoch einen größeren Massenoder Volumenstrom relativ zur ersten Förderpumpe 7 fördern kann. Die Förderpumpe 11 ist über Leitung 13 mit der Fluidabgabevorrichtung 30 verbunden. Aus einer Gasquelle in Form eines Druckgasbehälters 16 wird Druckgas durch' Leitung 15 zu einem Druckregler 20 und von dort durch Leitung 17 in Leitung 9. Das Gas wird aufgrund der größeren von der Förderpumpe 7 erzeugbaren Massen- oder Volumenströme in Leitung 9 eingesaugt'und in dem Fluid gelöst. Die Leitung 9 kann somit als Mischvorrichtung angesehen werden. Dann wird das Fluid mit gelöstem Gas durch Leitung 13 der Fluidabgabevorrichtung 30 zugeführt und wie beim ersten Ausführungsbeispiel erfindungsgemäß auf das Substrat 38 aufgetragen. Fassschmelzer 2 und die Pumpen 7 und 11 sind vorzugsweise innerhalb eines Gehäuses 19 untergebracht.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung und die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum kontaktlosen Aufbringen eines Schaums sind wie folgt.
Der flüssige Klebstoff strömt aus dem Fassschmelzer 2 zu der Pumpe 6 und wird von dieser auf hohen Druck gebracht, der von dem Druckregler 10 auf einen genauen Wert gebracht werden kann. Gas wie Stickstoff oder Kohlendioxid wird aus der Druckgasbehälter 16 von der Pumpe 20 und mit Hilfe des Druckreglers 24 auf einen gewünschten Druck gebracht und in die Mischvorrichtung 14 eingebracht. Dort wird unter hohem Druck Gas in dem Fluid gelöst, und die Mischung aus Fluid und Gas strömt zu der Leitung 28 zu der Fluidabgabevorrichtung 30.
Alternativ wird das Gas mittels der in Figur 5 gezeigten Vorrichtung mit dem Fluid in Leitung 9 vermischt und in diesem gelöst und dann durch Leitung 13 der Fluidabgabevorrichtung 30 zugeführt.
In der Fluidabgabevorrichtung 30 strömt das Fluid auf die zuvor beschriebene Weise durch den Fluidkanal 62 und gelangt dann in den sich erweiternden Abschnitt 64. Dann durchströmt das mit Gas angereicherte Fluid die durch das Sintermetallteil 56 gebildete fluiddurchlassige Struktur und strömt dann unter starkem Druckabfall durch die Austrittsöffnung 50 des Fluidkanals aus der Düsenanordnung 34 heraus. Dabei kommt es zu einer starken Expansion des zuvor gelösten Gases und zu einem starken Aufschäumen des Fluids, welches dann, wie die Figuren 1 und 3 schematisch veranschaulichen, in Form einer Raupe 36 auf dem Substrat 38 abgelegt wird. Die Raupe 36 wird somit in einem Nicht-Kontakt-Verfahren aufgebracht und weist aufgrund der Durchströmung des Fluids mit dem zuvor gelösten Gas eine besonders große Höhe auf, wie Figur 3 veranschaulicht. Zum Auftragen wird regelmäßig eine Relativbewegung zwischen Substrat und der Fluidabgabevorrichtung 30 erzeugt; es sind jedoch auch Anwendungen vorstellbar ohne Relativbewegung, z. B. um Punkte herzustellen.
Wie zuvor ausgeführt worden ist, bildet sich aufgrund des Sintermetallteils 48 mit den vieien Hohlräumen ein abgeflachtes Geschwindigkeitsprofil in dem unteren Abschnitt des Fluidkanals 62 aus. Es kommt bereits vor dem Austritt aus der Düsenanordnung 34 durch die Austrittsöffnung 50 zu einer Expansion des Gases und einer gleichmäßigen Ausströmung über den gesamten Strömungsquerschnitt, wodurch sich eine besonders große Höhe H einer Raupe 36 ergibt Aufgrund des Sintermetallteils 68 ist auch die Austrittsgeschwindigkeit reduziert gegenüber herkömmlichen Flüidabgabevorrichtungen zum Abgeben von aufschäumbaren Fluiden.
Bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wird aufgrund des sich im Bereich der Bohrung 66 erweiternden Strömungsquerschnitt die Ausströmungsgeschwindigkeit weiter reduziert innerhalb des Sintermetallteils 68. Es ist ein Diffusor gebildet. Auch bei dieser Ausführungsform kann es bereits im Bereich des Sintermetallteils 68 zu einer Aufschäumung aufgrund der Druckreduktion bis auf den Umgebungsdruck kommen. Die erfindungsgemäßen Vorteile lassen sich gleichermaßen bei dem Aufbringen von Dichtstoffen oder dgl. erzeugen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Aufbringen von geschäumtem thermoplastischem Fluid, insbesondere geschäumtem Heißschmelz-Klebstoff, auf ein Substrat (38), bei dem das thermoplastische Fluid aus einer Fluidquelle zu einer Mischvorrichtung (14, 9) gefördert wird, das Fluid in der Mischvorrichtung (14, 9) unter Druck einem Gas ausgesetzt wird, so dass das Gas in dem Fluid gelöst wird, und anschließend das Fluid mit gelöstem Gas zu einer Fluidauftragsvorrichtung (30) mit einer Düsenanordnung (34) gefördert und von dieser abgegeben wird und .dabei, auf Umgebungsdruck entspannt, so dass das Fluid mittels des zuvor gelösten Gases aufschäumt, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid mit dem gelösten Gas vor der Abgabe aus der Düsenanordnung (34) durch eine eine Vielzahl von kommunizierenden Hohlräumen aufweisende fluiddurchlassige Struktur durchströmt und anschließend von der Düsenanordnung (34) in Richtung auf das Substrat (38) abgegeben und auf diesem abgelegt wird, wobei die Düsenanordnung (34) nicht in Kontakt mit dem Substrat (38) steht.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid mit dem gelösten Gas unmittelbar vor der Abgabe auf das Substrat (38) ein innerhalb der Düsenanordnung (34) angeordnetes Sintermetallteil (56) mit einer Vielzahl von fluiddurchlässigen Hohlräumen durchströmt, welches innerhalb eines Fluidkanals (48) der Düsenanordnung (34) angeordnet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die fluiddurchlassige Struktur sich innerhalb des Fluidkanals (48) im Wesentlichen bis hin zur Austrittsöffnung (50) erstreckt und das Fluid mit dem gelösten Gas die fluiddurchlassige Struktur mit einem über die Querschnittsfläche des Fluidkanals (48) abgeflachten, weitgehend gleichmäßigen Geschwindigkeitsprofil durchströmt.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid mit dem gelösten Gas mit Drücken von bis zu 150 bar zu der Düsenanordnung (34) der Fluidabgabevorrichtung (30) gefördert wird und dann im Bereich der fluiddurchlässigen, im Endbereich des Fluidkanals (48) angeordneten Struktur bis auf Umgebungsdruck entspannt wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Kohlendioxid oder Stickstoff oder inertes Gas ist und das thermoplastische Fluid ein Heißschmelzklebstoff, Dichtungsmaterial oder viskoses Material ist.
• 6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid mit gelöstem Gas eine zylindrische oder rechteckige, quadratische oder ovale Struktur innerhalb der Düsenanordnung (34) durchströmt, wobei die fluiddurchlassige, Struktur vorzugsweise als Sintermetallteil (56) ausgebildet ist,
7. ■ Vorrichtung zum Auftragen von geschäumtem thermoplastischem
Fluid, insbesondere geschäumtem Heißschmelz-Klebstoff auf ein Substrat (38), mit einer Fluidfördereinrichtung zum Fördern von Fluid aus einer
Fluidquelle zu einer Mischvorrichtung (14, 9), einer Fördereinrichtung zum Fördern von Gas zu der Mischvorrichtung
(14, 9), - einer mit der Mischvorrichtung (14, 9) verbundenen
Fluidabgabevorrichtung (30) mit einer Düsenanordnung (34) zum
Abgeben des Fluids mit in der Mischyorrichtung (14, 9) eingebrachtem gelösten Gas auf ein Substrat (38), wobei die Düsenanordnung (34) nicht in Kontakt mit dem Substrat (38) steht, dadurch gekennzeichnet, dass in der Düsenanordnung (34)innerhalb des Fluidkanals eine fluiddurchlassige Struktur ausgebildet ist, durch die das Fluid mit dem gelösten Gas hindurchströmen kann und anschließend auf das Substrat (38) abgegeben werden kann bei Umgebungsdruck und aufgrund der Entspannung des gelösten Gases während und/oder nach der Abgabe von der Düsenanordnung (34) aufschäumt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die fluiddurchlassige Struktur ein Sintermetallteil (56) mit einer Vielzahl von miteinander verbundenen Hohlräumen ist, welches in dem Fluidkanal (48) der Dusenanordnung (34) eingesetzt und befestigt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintermetallteil (56) ein im Wesentlichen zylindrischer Körper ist, der in einen Fluidkanal (48) mit im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt eingesetzt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkanal und das Sintermetallteil (56) einen Durchmesser von etwa 5 - 12 mm aufweist,
1 1. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintermetallteil (56) im Wesentlichen mit der Austrittsöffnung des Fluidkanals fluchtet.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Sintermetallteil (56) stromaufwärts von der Austrittsöffnung des Fluidkanals endet.
13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die fluiddurchlassige Struktur im Wesentlichen zylindrisch, quaderförmig, würfelförmig oder oval ausgebildet ist.
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