WO2017118504A1 - Vorrichtung zur erwärmung einer funktionsschicht - Google Patents

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WO2017118504A1
WO2017118504A1 PCT/EP2016/079873 EP2016079873W WO2017118504A1 WO 2017118504 A1 WO2017118504 A1 WO 2017118504A1 EP 2016079873 W EP2016079873 W EP 2016079873W WO 2017118504 A1 WO2017118504 A1 WO 2017118504A1
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coating material
applicator
guide
functional layer
guide means
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PCT/EP2016/079873
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French (fr)
Inventor
José Manuel Catalá-Civera
Domingo Rohde
Original Assignee
Homag Gmbh
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    • H05B2206/04—Heating using microwaves
    • H05B2206/046—Microwave drying of wood, ink, food, ceramic, sintering of ceramic, clothes, hair

Definitions

  • the invention relates to a device for heating a functional layer of a coating material, such as a surface coating or an edge strip, in particular for applying the coating material to a surface of a workpiece.
  • a coating material such as a surface coating or an edge strip
  • the workpieces are for example, in particular, platter-shaped or three-dimensionally made of wood, wood-based materials, plastic or similar elements, as are for example in furniture or in the manufacture of components, such as floor elements, usable.
  • the coatings are laminar coatings for coating at least one flat broad side of the workpiece or so-called edge strips for coating at least one narrow side of the workpiece.
  • the coating consists of a surface layer and a functional layer, wherein the functional layer for connecting the Coating with the workpiece is used.
  • the functional layer is to be activated so that it adopts its adhesive properties so that the joining process can be carried out in a targeted manner.
  • the activation of the functional layer by means of laser beams or by means of hot compressed air is known.
  • the activation by means of laser beams has its advantages in the point-wise application of the laser beam for precisely controlled activation.
  • the device for activation by means of laser beams has the disadvantage that the application shows its advantages rather only at high quantities. It is also disadvantageous that the energy applied by the laser decreases with the penetration depth of the laser radiation into the material of the functional layer.
  • the complete activation of the functional layer then takes place by means of heat conduction into the depth of the functional layer in order to achieve a uniform heating or activation of the functional layer.
  • DE 10 2011 015 898 discloses a device for generating hot compressed air, which is flowed on an edge band to heat the functional layer and thus to activate. In doing so, a significant amount of compressed air will have to be heated to high temperatures in order to heat or activate the functional layer as it passes through the device.
  • Such devices consume significant amounts of energy to heat the required high amounts of air in a heat exchanger to about 400 ° C, with a large part of the energy due to the design of the device in the heat exchanger via, for example, heat radiation or the like is dissipated parasitic. Also causes the high volume hot air flow that the environment of the device is exposed to high temperatures, which entails a considerable amount of air conditioning.
  • the hot air activation devices exhibit a high level of noise in the generation and outflow of the pressurized hot air, which is the operating personnel of the device is disadvantageous and a considerable effort for noise reduction entails.
  • hot air shows that due to the high hot air temperatures, the upper layer of the functional layer at temperature of the hot air of 400 ° C to 500 ° C is strongly liquefied and is partially replaced by the strong air flow from the functional layer. These detached parts of the functional layer are found as soiling on the surrounding components and reduce the amount of adhesive available for bonding.
  • the optimized tempering of the coating material also causes optimal adhesion of the coating material to a workpiece, reduced contamination of the material channel and / or favorable conditions for the subsequent processing steps of the workpiece and / or the coating material.
  • the invention also relates to a related method. This object is achieved with the features of claim 1.
  • An embodiment of the invention relates to a device for heating a functional layer of a coating material, such as a surface coating or an edge strip, in particular for applying the coating material to a surface of a workpiece, with a microwave source and an applicator, wherein microwave radiation generated in the microwave source can be fed to the applicator, wherein in the applicator a microwave field due to the supplied microwave radiation can be generated, wherein the applicator has at least one material channel which traverses the applicator and through which the coating material is feasible, so that the functional layer of Coating material in the microwave field within the applicator is heated, wherein in the material channel a guide device is provided with a first guide means and optionally with a second guide means, wherein the coating material is displaceably guided along the at least one guide means, wherein the at least one guide means is designed or the guide means are designed such that the coating material, and in particular the functional layer of the coating material, a predefined temperature distribution, in particular at the joint of the coating material to the workpiece, assumes
  • the coating material is relatively cold , So that the already slightly heated functional layer does not adhere to the guide means and yet the coating material between the guide means to the desired temperature he can be heated.
  • a specific temperature profile of the coating material, in particular the functional layer can be provided, so that the coating material, in particular the functional layer, has assumed an optimum temperature distribution after it leaves the device when it is applied to the workpiece.
  • the applicator can be connected directly to the microwave source.
  • a microwave channel can also be arranged between the microwave source and the applicator.
  • the first guide means and the second guide means are arranged spaced from one another in such a way that a longitudinal edge of the coating material can be received and guided by the first guide means and by the second guide means.
  • the coating material can be edged and guided at its two longitudinal edges in order to be guided through the material channel in a positionally secure manner in order to optimally to be heated, the material channel should not be polluted if possible.
  • the guide means or both guide means each having a guide body and a guide groove or have, wherein in the guide groove, a longitudinal edge of the coating material is receivable.
  • the electric field or the electric field strength of the microwave field can be selectively influenced and at the same time serves the guide body of the placement of the guide means and the holding of the guide webs.
  • a guide web is arranged on the guide body on both sides of the guide groove.
  • the coating material can be performed at a barren on both guide means between two guide webs, in particular over the length of the material channel, which allows a defined position in the material channel.
  • At least one receptacle for at least one, in particular additional, dielectric functional element is provided on the guide body, by means of which the electric field strength of the microwave field, in particular in one direction between the guide means and / or in a direction parallel to the feed direction of the coating material , is selectively adjustable or influenced, so that the coating material, in particular the functional layer of the coating material, assumes a predefined temperature distribution.
  • a plurality of receptacles may be provided, which are formed for example in the form of channels. These can be arranged next to each other, for example.
  • the electric field can be influenced in particular in the region of the longitudinal edge of the coating material, so that a desired temperature profile is achieved.
  • the guide body is designed such that the electric field strength of the microwave field, in particular in a direction between the guide means and / or in a direction parallel to the feed direction of the coating material, thereby selectively adjustable or influenced, so that the coating material, and in particular the functional layer of the coating material, assumes a predefined temperature distribution.
  • a maximum of the field strength can be achieved at a distance from the edge of the coating material, so that a maximum temperature can be achieved away from the edge and the immediate edge still remains relatively little heated in the longitudinal direction.
  • At least one of the guide webs of the guide body is designed such that the electric field strength of the microwave field, in particular in a direction between the guide means and / or in a direction parallel to the feed direction of the coating material, thereby selectively adjustable or influenced, so the coating material, and in particular the functional layer of the coating material, assumes a predefined temperature distribution.
  • the guide bar can be designed more or less high in order to achieve a defined field strength.
  • the guide web which is located on the side of the functional layer, be shorter, so that it can not be so dirty, while the guide bar on the opposite side, ie on the side facing away from the functional layer, such as in particular the decorative layer to be higher can. This is then not polluted and can thus achieve better leadership.
  • the shape and / or the dimensions of the guide body, the dielectric functional element, the receptacle and / or the guide web is or are chosen such that the electric field strength of the microwave field, in particular in one direction between The guide means and / or in a direction parallel to the feed direction of the coating material, thereby selectively adjustable or influenced, so that the coating material, and in particular the functional layer of the coating material assumes a predefined temperature distribution.
  • the guide body, the dielectric functional element, the receptacle and / or the guide bar act as a type lens for the electric field and modulate the field strength in the material channel or the.
  • Dielectric functional elements cause a local increase in the electric field strength in the immediate vicinity of the dielectric functional element, so that the electric field can be selectively influenced.
  • the material of the guide body, of the dielectric functional element and / or of the guide web is chosen such that the electric field strength of the microwave field, in particular in one direction between the guide means and / or in a direction parallel to the feed direction of the coating material, thereby can be selectively adjusted or influenced, so that the coating material, and in particular the functional layer of the coating material, assumes a predefined temperature distribution.
  • the guide body, the dielectric functional element and / or the guide bar act as a type lens for the electric field and modulate the field strength in the material channel or the dielectric functional elements cause a local increase in the electric field strength in the immediate vicinity of the dielectric functional element, so that the electric field can be selectively influenced.
  • the dielectric constant ⁇ 'of the material of the guide body, the dielectric functional element and / or the guide web is chosen such that the electric field strength of the microwave field, in particular in one direction between the Guide means and / or in a direction parallel to the feed direction of the coating material, thereby selectively adjustable or influenced, so that the coating material, and in particular the functional layer of the coating material, assumes a predefined temperature distribution.
  • the material is aluminum oxide, Al 2 O 3, Al 2 O 3, PTFE, ceramic, glass, technical glass, silicon oxide, SIO, quartz or quartz glass.
  • This has good properties of the dielectric constant ⁇ ', ie rather high values, the absorption ⁇ "being rather low.
  • the two guide webs lying opposite the guide groove are at least partially of different height, in the direction of the distance between the guide means.
  • the dielectric functional element arranged in a receptacle can be displaced in the receptacle in order to be able to adjust the electric field strength of the microwave field as a function of the distance between the guide means. As a result, depending on the material and / or dimensioning of the coating material, the electric field strength of the microwave field can be adjusted.
  • the dielectric functional element in the receptacle is displaceable and / or rotatable. Also, depending on the material and / or dimensioning of the coating material, the electric field strength of the microwave field can be adjusted.
  • the dielectric functional element in the receptacle is longitudinally displaceable, transversely displaceable and / or vertically displaceable. As a result, a suitable adaptation is easily possible. It is also advantageous if the dielectric functional element can be removed from the receptacle and / or can be accommodated in one of the receptacles.
  • the microwave energy By applying the microwave energy to the coating material uniform heating is achieved even in deeper layers, because the coating material is introduced into the applicator in the microwave field. As a result, a uniform volume heating is achieved quickly, the energy is provided very focused, which minimizes the total energy consumption. This leads to a well adjustable and metered energy application, which means that the temperature of the functional layer is very precisely and easily adjustable. Particularly advantageous in volume heating is the compliance or undershooting of the short-term permissible maximum temperature of the material of the functional layer.
  • the device can be used both in a continuous system and in a machining center for the production and processing of workpieces.
  • a plurality of applicators is provided.
  • a plurality of coating materials can be heated simultaneously, which can be applied in parallel to the same workpiece or to different workpieces.
  • a single coating material could also be heated differently at different points by means of a plurality of applicators, so that a targeted bonding can be carried out on different substrate conditions.
  • At least one applicator or all applicators has or have an applicator segment or a plurality of applicator segments.
  • the applicator can be divided into different areas or segments, in which the microwave field could be set differently. This would allow a specific adaptation of the amount of heat input to the specific needs of the bond.
  • an applicator or an applicator segment has a material channel or a plurality of matehal channels. Thereby, one or more coating materials may or may be heated simultaneously. In the case of particularly wide or areal coating materials, it is also possible to use a plurality of applicators in order to heat adjacent areas of a coating material.
  • an aperture for the microwave radiation is provided on at least one applicator and / or on at least one applicator segment.
  • a modulation device for adjusting the modulation of the microwave radiation is provided in at least one applicator and / or in at least one applicator segment.
  • the resonant frequency of the applicator can be adapted as a resonator to the resonant frequency of the microwave source, such as the magnetron.
  • the coating material to be heated which is guided through the applicator, alters the microwave field or the resonance frequency of the applicator, so that the modulation device adjusts the microwave field that builds up so that the coating material can be optimally heated.
  • the at least one applicator or a group of applicators by a microwave source or by a plurality of microwave sources with Microwave radiation is fed, in particular, each applicator or group of applicators is powered by its own microwave source. It is also advantageous if the at least one applicator segment or a group of applicator segments is supplied with microwave radiation by a microwave source or by a plurality of microwave sources, wherein in particular each applicator segment or each group of applicator segments is fed by its own microwave source.
  • a microwave source or by a plurality of microwave sources wherein in particular each applicator segment or each group of applicator segments is fed by its own microwave source.
  • a plurality of applicators or a plurality of applicator segments is fed by a microwave source, wherein an allocation device is provided for dividing the microwave radiation and / or the microwave energy into the respective applicators or applicator segments.
  • the dividing device divides the microwave radiation, in particular with regard to the power, to the respective applicators or to the respective applicator segments, so that a specific application of the microwave energy can take place.
  • At least one microwave channel is provided, in particular one microwave channel per microwave source and / or one microwave channel per applicator and / or one microwave channel per applicator segment is provided.
  • the microwave channel serves to forward the microwave radiation to the respective applicators or applicator segments involved, so that a targeted heating of the coating material can take place.
  • the microwave channel is a waveguide and / or a coaxial cable.
  • the waveguide is divided into segments and so the microwave radiation can be forwarded.
  • the power line of the microwave energy from the microwave source to the applicator can be made by means of coaxial cables. This is done with adapted transitions, also referred to as tapered coaxial transitions.
  • the material channel runs through the at least one applicator and / or through the at least one applicator segment, wherein the channel has an inlet opening and an outlet opening, which serve to admit the coating material into the material channel and to let it out again.
  • the positioning in the microwave field of the applicator or the applicator segment is defined, which provides a more defined energy input.
  • a separation can occur through the material channel, so that the coating material does not come into direct contact with the applicator, because any contamination from the components of the applicator and / or the applicator itself are only badly removable.
  • the material channel has a circumferential wall which separates the material channel from the interior of the applicator or from the interior of the applicator segment. This allows a complete separation, which protects the applicator. This also defines the path of the coating material through the applicator, which is conducive to the defined energy input. It is particularly advantageous if at the inlet opening and / or at the outlet opening, a device is arranged, which has an outlet from Microwave radiation from the inlet opening or from the outlet opening is reduced or prevented. As a result, the emerging microwave radiation can be prevented or at least reduced below the permissible limit values. It is particularly advantageous if the diaphragm is arranged between the microwave source and the applicator or the applicator segment.
  • the adjustment of the modulation of the microwave radiation in particular for the production of a stationary and / or traveling wave of the microwave radiation, can be carried out in the applicator or in the applicator segment.
  • the shape of the resonance curve of the applicator is variable.
  • the characteristic of the applicator shifts from a resonant device to a device with a running shaft, depending on the choice of the aperture.
  • the absorptive influences by the coating material on the microwave field can be compensated or compensated.
  • the diaphragm is an opening, in particular an opening in a metal wall.
  • the metal wall can shield the microwave radiation, so that only the microwave radiation passing through the opening is forwarded to the applicators or applicator segments.
  • the opening cross-section of the opening of the aperture is variably adjustable is particularly advantageous. As a result, the modulation of the microwave radiation can be adjusted as needed.
  • the diaphragm has a metal element, which is projecting into the opening.
  • the effect of the aperture can still be adjusted without adjusting the opening.
  • the metal element is adjustable so that the penetration depth of the metal element is adjustable in the opening.
  • the metal element is a metal bolt or another metal element. This or this can influence the microwave radiation particularly well.
  • the at least one material channel is arranged fixed in the applicator or in the applicator segment and the microwave field is variably adjustable in the applicator and / or in the applicator segment.
  • the microwave field can be adjusted to the material properties of the coating material or to the size ratios of the coating material.
  • the at least one material channel is displaceably adjustable in the applicator or in the applicator segment. Even so, an adaptation to the coating material to be heated can be made.
  • the material channel and / or the microwave field is adjustable such that a functional layer of the coating material can be arranged or carried out in a range of maximum electric field strength.
  • an applicator is subdivided into a plurality of applicator segments, wherein the applicator segments have substantially the same geometric dimensions.
  • an individual microwave energy can be controlled in the applicator segments, which can meet the needs of the coating material, if it requires a different heating, for example over the height.
  • an applicator is subdivided into a plurality of applicator segments, wherein at least some of the applicator segments differ in height or in width. This can also be advantageous if coating materials with different heights, such as edge bands with different heights, are used.
  • the applicator or the applicators or the applicator segment or the applicator segments are exchangeable.
  • the respective preferred applicator or the applicators or the applicator segments can be used, which are preferably suitable for the coating material to be heated.
  • the material channel consists of a material which is one of the following materials or has one of the following materials: PTFE, ceramic, glass, technical glass, Al 2 O 3 , silica glass, SiO 2 , fused silica, fused quartz , Alumina, silica.
  • PTFE tetrachloride
  • the material channel is internally coated with a material which is one of the following materials or has one of the following materials: PTFE, ceramic, glass, technical glass, Al 2 O 3 , silica glass, SiO 2 , fused silica, fused Quartz, alumina, silica.
  • the applicator or the applicators or Applikatorsegment or Applikatorsegmente internally coated with a material / are, which is one of the following materials or one of the materials comprising PTFE, ceramics, glass, technical glass, Al 2 0 3l silica glass, SiO 2 , fused silica, fused quartz, alumina, silica.
  • a modulation device is arranged, which in particular adapts the resonant frequency of the filled resonator to the frequency of the magnetron.
  • the modulation device influences the microwave field in such a way that, depending on the selected coating material, it is arranged in the region of a maximum of the field strength. Furthermore, it is advantageous if a temperature measuring device is provided which allows the monitoring of the temperature of the coating material in the material channel and / or at the entrance and / or at the outlet of the material channel. Thus, the temperature of the coating material can be determined, so that the energy to be expended, the microwave field and its distribution can be adjusted according to the target temperatures.
  • a flushing device which allows an introduction or passage of a fluid, in particular a gas or air, into the material channel.
  • a fluid in particular a gas or air
  • targeted cooling of the coating material on the surface side can be carried out, while the side of the functional layer can be rinsed in order, for example, to remove gaseous media and / or microparticles from the material channel.
  • a guide device which allows guidance of the coating material in the material channel.
  • the coating material can be guided in a targeted and secure manner through the microwave field.
  • a related embodiment relates to a method for operating a device according to the invention, wherein the guide means are formed and / or arranged so that the coating material, and in particular the functional layer of the Beschchtungsmaterials, a predefined temperature distribution, in particular at the joint of the coating material to the workpiece assumes ,
  • a related embodiment relates to a method for heating a functional layer of a coating material, such as a surface coating or an edge strip, in particular for applying the coating material to a surface of a workpiece, the method comprising the steps of:
  • Coating material assumes a predefined temperature distribution.
  • Figure 1 is a view of a device according to the invention for
  • Figure 2 is a side view of an applicator
  • FIG. 3 is a top view of an applicator
  • FIG. 5 is a view of an applicator of FIG.
  • FIG. 6 shows a side view of an applicator
  • FIG. 7 shows a top view of an applicator
  • FIG. 10 shows a view of an applicator from above
  • FIG. 11 shows a side view of an applicator
  • FIG. 12 shows a side view of an applicator, a view of an applicator from above, a view of a partially disassembled material channel with guide means, a diagram showing temperature profiles of the functional layer of the coating material as a function of the height between the guide means, measured at the joint of the coating material and the workpiece, a representation with a schematic distribution a representation of the electric field strength of a microwave field in the material channel in different configurations of the guide body, a representation of the electric field strength of a microwave field in the material channel at different dielectric constant ⁇ 'of the guide body, an illustration of a guide means with a coating material in section,
  • FIG. 20 shows a guide means in side view
  • FIG. 21 shows a section of a guide means in a schematic illustration in plan view
  • Figure 22 is an illustration of a guide means in section
  • Figure 23 is an illustration of a guide means in section.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device 1 according to the invention for heating a functional layer 2 of a coating material 3.
  • heating of a functional layer is also understood as activation of a functional layer. These terms are used below as equivalent or equivalent.
  • FIG. 1 shows the functional layer on one side of the coating material, but it may as well also be arranged on the other side of the coating material.
  • the coating material is in particular an edge band, which can be applied to a workpiece on a narrow side, or in particular a rather flat coating material, which can also be applied to a rather flat broad side of a workpiece.
  • the heating or activation of the functional layer 2 serves for the application and in particular the permanent fixing of the coating material 3 on a surface of the workpiece.
  • the functional layer is activated such that it forms or causes a type of adhesive by means of which the coating material can be bonded to the surface of the workpiece.
  • the device 1 has a microwave source 4 and an applicator 5, wherein the microwave radiation is transmitted by means of a microwave channel 6 from the microwave source 4 to the applicator 5.
  • the microwave channel 6, which is preferably designed as a waveguide or as a coaxial cable, is used to supply the microwave radiation generated in the microwave source 4 to the applicator 5.
  • a microwave field is thereby generated, which is traversed by the coating material 3.
  • the applicator 5 has for this purpose at least one material channel 7, which traverses the microwave field, and through which the Be Anlagenungsmateriai is guided.
  • the microwave field is designed or controllable such that when passing through the coating material through the microwave field, the functional layer of the coating material is heated or activated.
  • the Be Mrsungsmateriai consists of at least two layers, of which one layer is the functional layer, which is heated or activated, the at least one other layer, which is hereinafter referred to as a decorative layer, depending on the application as possible or not to 40 ° C to 70 ° C is heated.
  • the functional layer and the decorative layer can each also consist of a corresponding own layer structure of several individual layers.
  • the functional layer and / or the decorative layer of the coating material may consist of at least one layer or of a plurality of layers.
  • the functional layer and the decorative layer each have a loss factor ⁇ "eff, which is regarded as the loss factor of the respective material of the functional layer and the decorative layer, where the loss factor is the imaginary part of the complex relative dielectric constant ⁇ " of the respective material.
  • the loss factor ⁇ "eff (FS) of the functional layer or the loss factor ⁇ " ⁇ "(DS) of the decorative layer for frequencies (ISM) at 915 MHz, 2.45 GHz or 5.8 GHz are indicated here.
  • the ratio R ⁇ "((FS) / ⁇ " ⁇ ⁇ (DS) at one of the specified frequencies of 915 MHz, 2.45 GHz or 5.8 GHz defines the ratio of the loss factors.
  • the coating material is specified such that R> 1, preferably R> 10 applies.
  • the applicator of the microwave source with microwave radiation of a power of 0.1 kW to about 50 kW is applied.
  • the heating of the functional layer is greater than the heating of the decorative layer, so that the decorative layer is not or possibly only slightly heated, while the functional layer is heated to process temperature.
  • each applicator can be powered by the same microwave source, or alternatively, each applicator can be powered by a separate microwave source. Also, groups of applicators or applicator segments may be powered by a microwave source or powered by a plurality of microwave sources.
  • FIG. 2 to 5 each show different views of an applicator 10 according to the invention in a first operating position.
  • FIG. 2 shows the applicator in a side view
  • FIG. 3 in a plan view from above
  • FIG. 4 in a rear view
  • FIG. 5 in a front view
  • the applicator 10 has three applicator segments 11, 12, 13, which are arranged one above the other.
  • the applicator segments 11, 12, 13 are cavities into which the microwave radiation is fed on the input side and which open into a chamber 14 in which the material channel 15 is provided which forms a channel in order to be able to guide the coating material through the chamber 14.
  • a running or a standing wave of microwave radiation is formed and can heat or activate this in the implementation of the coating material 16 depending on the loss factor.
  • the applicator segments 11, 12, 13 are arranged one above the other and stepped at the rear end, so that the connection of a microwave channel 17, 18, 19 on an upper side of the respective applicator segment 11, 12, 13 is possible.
  • the microwave channel 17, 18, 19 is preferably a waveguide and / or a coaxial cable. It may be advantageous if a waveguide is used, that the waveguide is divided into segments. Laterally of the material channel 15, this is provided on both sides with a device 20 as a throttle which attenuates the leakage of the microwave radiation or completely shields.
  • the material channel 15 is designed such that it passes through the at least one applicator 10 and / or through the at least one applicator segment 11, 12, 13, wherein the material channel 15 has an inlet opening 21 and an outlet opening 22, which serve to the coating material 16 in the material channel 15th let in and let it out again.
  • the material channel 15 has a circumferential wall 23 which separates the material channel 15 from the interior or chamber 14 of the applicator 10 or from the interior of the respective applicator segment 11, 12, 13.
  • FIGS. 2 to 5 show an applicator 10 with three applicator segments 11 to 13.
  • the microwave radiation can be distributed to the respective applicators or to the respective applicator segments, so that the heating of the coating material in the material channel can be adapted to the needs.
  • the distribution of the microwave radiation can be variable, for example, via the height of the coating material.
  • the upper and / or lower edge of the coating material may be heated to a greater or lesser extent than a middle region.
  • the figures show an applicator with a material channel leading through the applicator through which the coating material is passed.
  • the at least one applicator also a plurality of material channels, which can be arranged one behind the other and / or one above the other.
  • several strips, strips or webs of coating material can be heated at the same time. This may be advantageous in a device in which several such heated coating materials are processed simultaneously.
  • several workpieces can be coated at the same time or it can be a workpiece coated on several sides.
  • an aperture 24 is provided in each case in the applicator or in the applicator segments 11, 12, 13.
  • This aperture serves to adjust the shape of the resonance curve of the applicator or of the applicator segment. As the aperture 24 is made larger, the characteristic of the applicator or applicator segment shifts from a standing wave resonant system to a traveling wave system.
  • the diaphragm 24 preferably consists of a type of pinhole 25, which is variable in its passage cross-section and / or of a variable metal element 26, such as a metallic mandrel, which serves to selectively influence the microwave radiation.
  • Both the pinhole 25 and the metal element 26 are / are preferably designed to be adjustable in order to be able to set the characteristics of the applicator 10 or of the applicator segment 11, 12, 13 to the respective requirements.
  • the diaphragm 24 is arranged between the microwave source and the applicator or the applicator segment or in the applicator or in the applicator segment. It is preferably connected upstream of the modulation device 27.
  • the aperture 24 as a pinhole 25 in this case has an opening 28, in particular an opening 28 in a metal wall 29.
  • the opening cross section of the opening 28 of the aperture is variably adjustable.
  • the metal element acting as a diaphragm 26, which projects into the opening of the applicator segment, is preferably adjustable.
  • the degree of penetration ie the penetration depth of the metal element into the opening, can be adjustable.
  • the metal element 26 is preferably arranged downstream of the pinhole 25. Alternatively, however, it could also be the pinhole 25 upstream.
  • a metal element could be provided or it may alternatively be provided a plurality of metal elements. This or these can be arranged inside and / or outside of the applicator.
  • the metal element is a metal bolt which projects into the applicator segment.
  • a modulation device 27 for adjusting the modulation of the microwave radiation is provided in at least one applicator 10 and / or in at least one applicator segment 11, 12, 13.
  • the modulation device 27 is designed as a type of flap which influences the microwave radiation in such a way that it adapts the resonant frequency of the resonator of the applicator or applicator segment 11, 12, 13 to the resonant frequency of the magnetron, ie the microwave source.
  • the modulation device 27 is formed as a kind of flap. This modulation device 27 is set downward in FIGS. 2 and 3. In FIGS. 6 and 7, the modulation device 27 is set turned upwards.
  • the at least one material channel 15 is arranged fixedly in the applicator 10 or alternatively also in the applicator segment, the microwave field being variably adjustable in the applicator 1 and / or in the applicator segment.
  • the at least one material channel 15 in the applicator 10 or in the applicator segment may also be displaceably adjustable in order to be able to set the coating material in the microwave field. It is the material channel and / or the microwave field adjustable such that a functional layer of the coating material in a range of maximum electric field strength can be arranged or feasible in this area.
  • the coating material is guided by a drive through the material channel.
  • the drive can be attached to the applicator or assigned to this.
  • the drive can also be a drive of a device which applies the coating material to the workpiece.
  • the drive may be part of an edge banding device if the coating material is for example an edge that can be applied to the narrow side of a workpiece.
  • a pressure device can also be arranged downstream of the applicator in order to apply the coating material to the workpiece and press it there.
  • the applicator segments 11, 12, 13 are identical in height.
  • an applicator 10 can also be subdivided into a plurality of applicator segments 11, 12, 13, wherein the applicator segments 11, 12, 13 can also have different geometric dimensions or heights.
  • an applicator can be subdivided into a plurality of applicator segments, wherein at least some of the applicator segments can differ in height and / or width.
  • the energy input into the coating material can be modulated as a function of the height or width.
  • the material channel 15 is formed as a continuous gap with a circumferential wall 23.
  • the material channel 15 is made of a material which is at least one of the following materials or one of the materials: PTFE, ceramics, glass, technical glass, Al 2 0 3 , silica glass, SiO 2 , fused silica, fused quartz, alumina, silicon oxide.
  • the material channel 15 may for example be made of PTFE, such as Teflon, and be used as a PTFE block in the applicator 10.
  • the material channel 15 may be coated with a material which is one of the following materials or has one of the following materials: PTFE, ceramics, Gtas, technical glass and / or quartz glass.
  • the applicator 10 or the applicators or the applicator segment or segments 11, 12, 13 may be internally coated or filled with a material which is one of the following materials or has one of the following materials: PTFE, ceramic, glass, engineering glass, Al 2 0 3 , silica glass, SiO 2 , fused silica, fused quartz, alumina, silica.
  • Figures 6 and 9 show a guide device 30 in the material channel 15, which are formed as guide rails and are arranged below and above in the material channel 15. In this case, the guide rails pass through the material channel 15, so that the coating material is guided on its way through the material channel 15.
  • the two guide rails or in general the guide device 30 is adjustable to the height or width of the coating material, so that also different high or wide coating materials, such as tapes, are feasible through the material gap.
  • the guide device serves to guide the coating material and furthermore has the advantage that in the region in which the coating material engages in the guide device, the heating is not as high as in a central region. This will be ensures that the edge region of the coating material is not heated so much and thus the functional layer of the coating material is not so pasty or fluid in the edge region.
  • the guide device is thus not contaminated by the coating material.
  • the region is approximately 0.5 to 4 mm wide and / or deep, in which engages the coating material in the guide device.
  • the guide device can also be resiliently mounted, in particular the guide rails, in order to avoid jamming of the coating material.
  • the guiding device such as the upper and / or the lower guide rail, may be connected to a flushing device and provided with channels to be flushed with a flushing medium, such as air.
  • a flushing medium such as air.
  • the flushing medium can be applied to the coating material in the lateral direction and / or directly from above or below in order to avoid overheating in the guide rail.
  • the guide rails preferably in the lower surface and / or in the upper surface and in the lateral surfaces channels, through which the flushing medium can be passed.
  • FIGS. 10 and 11 show an applicator 10 with a material gap 15 with a flushing device 40.
  • the Spülvom 'rect 40 includes a first Spülmediuman gleich 41 and a second Spülmediuman gleich 42, wherein the first Spülmediuman gleich 41 and the second Spülmediuman gleich serve to connect a flushing medium.
  • This flushing medium such as air, is guided by the flushing medium connections 41, 42 into channels 43, which distribute and open in the material channel 15 in order to flush the material channel 15 and the coating material 16 in the material channel 15.
  • the flushing device is an optional feature that can be used with the features of the other embodiments.
  • the resonator 51 and the applicator 10 as a whole can be made smaller, since the filling changes the microwave field such that a smaller overall length is sufficient given a suitable filling 50.
  • the filling is an optional feature that can be used with the features of the other exemplary embodiments
  • a temperature measuring device 60 is provided which allows the monitoring of the temperature of the coating material 16 in the material channel 15 and / or at the entrance and / or at the outlet of the material channel 15.
  • a feedback for controlling or regulating the microwave energy and / or the resonance frequency of the applicator or the shape of the microwave field can take place.
  • a plurality of temperature sensors can be arranged, which detect the temperature of the coating material.
  • the number of temperature sensors can be 1 to 20 or more. It is particularly advantageous if a continuous measurement of the temperature of the functional layer of the coating material is made.
  • a control or a regulation of the temperature of the functional layer as a function of the output power of the microwave source, the positions of the dielectric functional elements and of the diaphragms 25 or the metal elements 26 can be made.
  • the desired value of the temperature of the functional layer can be kept constant over the length of the edge band.
  • the desired value of the temperature of the coating material can be varied, wherein the variation can be made according to a user-specific profile.
  • the heating process by means of the microwave applicator can be combined with other heating devices or heating methods, whereby these further heating devices can be used for preheating and / or for attaining or maintaining the process temperature of the functional layer.
  • the temperature profile of the coating material to be achieved in the process direction and perpendicular to the process direction can be achieved by combining the heating profiles of the individual heating devices Functional layer via mechanical contact with heated mechanical components, hot air, IR, VIS or UV lamps, LED or laser devices or Ultrasc
  • the additional heating device is arranged downstream of the microwave heating device in relation to the feed direction of the coating material.
  • the following energy sources are advantageous: hot air, IR, VIS, or UV lamps, LED or laser devices or ultrasound.
  • the applicators shown can be used individually or in groups. Also, the applicators may have individual applicator segments or groups thereof. In this case, the applicator segments of an applicator can differ in height in order to achieve optimal heating of different high coating materials, for example as tapes.
  • the number of applicators is preferably between 1 and 20 or more.
  • the number of applicator segments is preferably between 1 and 20 or more.
  • FIG. 14 shows a material channel 100 having a guide means 101 above and a bottom guide means 102. In between, a band of coating material may be passed from right to left or vice versa.
  • the upper guide means 101, the coating material above and the lower guide means 102, the coating material below so that the coating material is not guided touching the walls of the material channel and could pollute them.
  • the distance of the guide means 101, 102 in the height direction is preferably adjustable, for example by displacing the height position of the upper guide means 101 and / or the lower guide means 102 or both guide means 101, 102.
  • the height of the distance can be adjusted to the height of the coating material to be heated become. In principle, this can also be used to set the position of the passage of the coating material relative to the height of the material channel.
  • FIG. 15 shows a diagram for illustrating temperature profiles of the functional layer of the coating material as a function of the height between the guide means measured at the joint of the coating material and the workpiece.
  • a first curve 110 is shown, in which no guide means were used.
  • the temperature profile increases from the upper and lower edges of the coating material and has its maximum in the center of the coating material, viewed in the vertical direction.
  • a second curve 111 is shown in which guide means are used, each consisting of a guide body and guide webs and having a receptacle with a body of, for example, Al 2 0 3 , wherein the guide body and the guide webs made of Teflon, PTFE ,
  • the temperature gradient rises from the upper and the lower edge of the coating material and each forms a local edge-side maximum, wherein in the middle of the coating material, as viewed in the vertical direction, there is a local minimum.
  • this temperature profile was measured at the joint of the coating material on the workpiece, that is, that thermal compensation processes have already taken place in bridging the distance between the applicator output and the joint.
  • FIG. 16 shows a schematic illustration of a coating material 120 in the height direction.
  • the coating material is divided into five areas, in a central area and in four edge zones A to D.
  • the central area is the area in which the coating material is later glued to a workpiece.
  • the area of the edge zones A and D is the area in which the coating material is guided in the guide means and the edge zones B and C is a transition area.
  • the middle region should preferably have a temperature in the range from about 170 ° C. to about 200 ° C. for a functional layer based on TPU, so that the functional layer melts to the extent that it can be bonded thereto.
  • the temperature should be low, for example up to about 80 ° C, so that the areas that engage in the guide means are not melted.
  • the edge zones B and C assume a transition temperature, which may however also be higher than in the middle region, see FIG. 15.
  • FIG. 17 shows different field intensity curves as a function of the height, but shown transversely, wherein a dependency of the dimensioning of the guide body of the guide means is shown.
  • guide bodies with dimensions of 8 mm x 4 mm up to 8 mm x 8 mm.
  • the electric field strength of the microwave field at the upper and lower edge regions is significantly increased compared to a middle region.
  • the elevation increases steadily from a height of 4 mm to a height of 8 mm.
  • FIG. 18 shows different field intensity profiles as a function of the height, but shown transversely, a dependency of the value ⁇ 'of the guide body of the guide means being shown with the same dimensions.
  • FIG. 19 shows a guide means 150 with a coating material 60 in section.
  • the coating material 160 has a decorative layer and a functional layer 161.
  • the guide means 150 has a guide body 151 and two guide webs 152, 153 projecting from the guide body 151. Between the guide webs 152, 153, a guide groove 154 is formed, into which the edge of the coating material 160 engages and is guided.
  • the height of the guide webs in height direction h is equal on both sides of the inlet side.
  • the height of the guide web 152 which is arranged on the side of the functional layer 161, is reduced, see also FIG. 20. It can be seen that the height of the guide web is reduced by approximately 40% of the length or otherwise.
  • FIGS 21 to 23 show illustrations of the guide body 200, 220 and 240 with at least one receptacle 202, 222, 242 for at least one dielectric functional element 201, 221 and 241.
  • the receptacle may be formed as a polygonal, cylindrical or other channel, the open on one or both sides.
  • the respective dielectric functional element 201, 221, 241 can be placed in the respective receptacle and optionally also displaced, as indicated by the respective arrow 203, 223, 243.
  • the dielectric functional element is preferably made of a material with a high value of ⁇ ', for example, greater than 1, preferably about 3, 4, 6 or about 9 or more in each case.
  • the functional element can also be metallized, for example, end, so that it can be soldered.
  • the metallized end portions are not arranged in the applicator.
  • the feed direction of the coating material corresponds in particular to the longitudinal direction of the material channel.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Erwärmung einer Funktionsschicht (2, 161) eines Beschichtungsmaterials (3, 18, 120, 160), wie einer Oberflächenbeschichtung oder eines Kantenbandes, insbesondere zum Aufbringen des Beschichtungsmaterials (3, 16, 120, 160) auf eine Fläche eines Werkstücks, mit einer Mikrowellenquelle (4) und einem Applikator (5), wobei in der Mikrowellenquelle (4) erzeugte Mikrowellenstrahlung dem Applikator (5, 10) zuführbar ist, wobei in dem Applikator (5, 10) ein Mikrowellenfeld aufgrund der zugeführten Mikrowellenstrahlung erzeugbar ist, wobei der Applikator (5, 10) zumindest einen Materialkanal (7, 15, 100) aufweist, welcher den Applikator (5, 10) durchquert und durch welchen das Beschichtungsmaterial (3, 16, 120, 160) durchführbar ist, so dass die Funktionsschicht (2, 161) des Beschichtungsmaterials (3, 16, 120, 160) im Mikrowellenfeld innerhalb des Applikators (5, 10) erwärmbar ist, wobei in dem Materialkanal (7, 15, 100) eine Führungsvorrichtung (30, 151, 200, 220, 240) mit einem ersten Führungsmittel (101, 150) und gegebenenfalls mit einem zweiten Führungsmittel (102, 150) vorgesehen ist, wobei das Beschichtungsmaterial (3, 16, 120, 160) entlang des zumindest einen Führungsmittels (101, 102, 150) verlagerbar geführt ist, wobei das zumindest eine Führungsmittel (101, 102, 150) derart ausgebildet ist bzw. die Führungsmittel derart ausgebildet sind, so dass das Beschichtungsmaterial (3, 16, 120, 160), und insbesondere die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials, eine vordefinierte Temperaturverteilung, insbesondere an der Fügestelle des Beschichtungsmaterials an das Werkstück, annimmt.

Description

Vorrichtung zur Erwärmung einer Funktionsschicht
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung einer Funktionsschicht eines Beschichtungsmaterials, wie einer Oberflächenbeschichtung oder eines Kantenbandes, insbesondere zum Aufbringen des Beschichtungsmaterials auf eine Fläche eines Werkstücks. Stand der Technik im Stand der Technik ist es bekannt, auf Werkstücke Beschichtungen aufzubringen. Dabei sind die Werkstücke beispielsweise insbesondere platterrförmige oder dreidimensional aus Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoff oder Ähnlichem hergestellte Elemente, wie sie beispielsweise im Möbelbau oder bei der Herstellung von Bauelementen, wie beispielsweise Fußbodenelementen, verwendbar sind.
Die Beschichtungen sind dabei flächige Beschichtungen zur Beschichtung von zumindest einer flächigen Breitseite des Werkstücks oder so genannte Kantenbänder zur Beschichtung von zumindest einer Schmalseite des Werkstücks.
Dabei ist es bekannt, dass die Beschichtung aus einer Oberflächenschicht und einer Funktionsschicht besteht, wobei die Funktionsschicht zum Verbinden der BeSchichtung mit dem Werkstück dient. Dazu ist die Funktionsschicht zu aktivieren, damit sie ihre klebenden Eigenschaften annimmt, so dass der Fügeprozess gezielt vorgenommen werden kann. Im Stand der Technik ist die Aktivierung der Funktionsschicht mittels Laserstrahlen oder mittels heißer Druckluft bekannt. Die Aktivierung mittels Laserstrahlen hat ihre Vorteile in der punktgehauen Applizierung des Laserstrahls zur punktgenau gesteuerten Aktivierung. Die Vorrichtung zur Aktivierung mittels Laserstrahlen hat jedoch den Nachteil, dass die Anwendung ihre Vorteile eher erst bei hohen Stückzahlen zeigt. Auch ist es nachteilig, dass die durch den Laser applizierte Energie mit der Eindringtiefe der Laserstrahlung In das Material der Funktionsschicht abnimmt. Die vollständige Aktivierung der Funktionsschicht erfolgt dann mittels Wärmeleitung in die Tiefe der Funktionsschicht, um eine gleichmäßige Erwärmung oder Aktivierung der Funktionsschicht zu erreichen.
Auch ist die Aktivierung über heiße Druckluft im Stand der Technik bekannt. Die DE 10 2011 015 898 offenbart eine Vorrichtung zur Erzeugung heißer Druckluft, welche auf ein Kantenband geströmt wird, um die Funktionsschicht zu erwärmen und damit zu aktivieren. Dabei wird eine erhebliche Menge Druckluft auf hohe Temperaturen zu erwärmen sein, um die Funktionsschicht im Durchlauf durch die Vorrichtung zu erwärmen oder zu aktivieren. Solche Vorrichtungen verbrauchen erhebliche Energiemengen, um die benötigten hohen Luftmengen in einem Wärmeübertrager auf über 400°C zu erwärmen, wobei ein großer Teil der Energie aufgrund der Gestaltung der Vorrichtung im Wärmeübertrager über beispielsweise Wärmestrahlung oder Ähnliches parasitär abgeführt wird. Auch bewirkt der hochvolumige heiße Luftstrom, dass die Umgebung der Vorrichtung hohen Temperaturen ausgesetzt ist, was einen erheblichen Aufwand an Klimatisierung nach sich zieht. Auch zeigen die Vorrichtungen zur Aktivierung mittels Heißluft einen hohen Geräuschpegel bei der Erzeugung und Ausströmung der unter Druck stehenden Heißluft, was für das Bedienpersonal der Vorrichtung nachteilig ist und einen erheblichen Aufwand für die Geräuschdämmung nach sich zieht. Bei der Nutzung von Heißluft zeigt sich, dass aufgrund der hohen Heißlufttemperaturen die obere Schicht der Funktionsschicht bei Temperatur der Heißluft von 400°C bis 500°C stark verflüssigt wird und durch die starke Luftströmung teilweise von der Funktionsschicht abgelöst wird. Diese abgelösten Teile der Funktionsschicht finden sich als Verschmutzungen auf den umliegenden Bauteilen wieder und reduzieren die zur Verklebung verfügbare Klebermenge. Auch Ist es nachteilig, dass die durch die Heißluft applizierte Energie nur auf die Oberfläche wirkt und dann mittels Wänmeleitung in die Tiefe der Funktionsschicht weitergeleitet werden muss, um eine durchgängige Erwärmung der Funktionsschicht auf eine Temperatur von im Wesentlichen der Prozesstemperatur oder mehr zu erreichen. Dabei entsteht ein starker Temperaturgradient zwischen der Oberfläche der Funktionsschicht und der Rückseite der Funktionsschicht die an die Dekorschicht des Beschichtungsmaterials grenzt.
Die ältere Anmeldung der Anmelderin offenbart eine Vorrichtung zur
Erwärmung einer Funktionsschicht eines Beschichtungsmaterials zum
Aufbringen des Beschichtungsmaterials auf eine Fläche eines Werkstücks, mit einer Mikrowellenquelle, einem Applikator und einem Mikrowellenkanal zur Zuführung der in der Mikrowellenquelle erzeugten Mikrowellenstrahlung zu dem Applikator, wobei In dem Applikator ein Mikrowellenfeld aufgrund der zugeführten Mikrowellenstrahlung erzeugbar ist, wobei der Applikator zumindest einen Materialkanal aufweist, welcher den Applikator durchquert und durch welchen das Beschichtungsmaterial durchführbar ist, so dass die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials im Mikrowellenfeld innerhalb des Applikators erwärmt wird. Dabei wird das Kantenband durch den
Materialkanal geführt. Bei einem eher nicht geeigneten Temperaturprofil besteht die Gefahr der Verschmutzung des Materialkanals und darüber hinaus besteht die Gefahr, dass das Beschichtungsmaterial bzw. die Funktionsschicht vollständig oder in Teilbereichen nicht ausreichend erwärmt ist oder zu stark erwärmt ist, so dass die Haftung am Werkstück nicht ausreichend ist oder das Material der Funktionsschicht degradiert. Darstelluno der Erfindung. Aufgabe. Lösung. Vorteile
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Erwärmung einer Funktionsschicht eines Beschichtungsmaterials, wie insbesondere einer Oberflächenbeschichtung oder eines Kantenbandes, insbesondere zum Aufbringen des Beschichtungsmaterials auf eine Fläche eines Werkstücks, zu schaffen, die einfach und kompakt ausgebildet ist und dennoch hinsichtlich der Temperierung des Beschichtungsmaterials optimiert ist. Die optimierte Temperierung des Beschichtungsmaterials bewirkt auch eine optimale Haftung des Beschichtungsmaterials an einem Werkstück, eine verminderte Verschmutzung des Materialkanals und/oder günstige Bedingungen für die nachfolgenden Bearbeitungsschritte des Werkstücks und/oder des Beschichtungsmaterials. Auch betrifft die Erfindung ein diesbezügliches Verfahren. Diese Aufgabe mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung einer Funktionsschicht eines Beschichtungsmaterials, wie einer Oberflächenbeschichtung oder eines Kantenbandes, insbesondere zum Aufbringen des Beschichtungsmaterials auf eine Fläche eines Werkstücks, mit einer Mikrowellenquelle und einem Applikator, wobei in der Mikrowellenquelle erzeugte Mikrowellenstrahlung dem Applikator zuführbar ist, wobei in dem Applikator ein Mikrowellenfeld aufgrund der zugeführten Mikrowellenstrahlung erzeugbar ist, wobei der Applikator zumindest einen Materialkanal aufweist, welcher den Applikator durchquert und durch welchen das Beschichtungsmaterial durchführbar ist, so dass die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials im Mikrowellenfeld innerhalb des Applikators erwärmbar ist, wobei in dem Materialkanal eine Führungsvorrichtung mit einem ersten Führungsmittel und gegebenenfalls mit einem zweiten Führungsmittel vorgesehen ist, wobei das Beschichtungsmaterial entlang des zumindest einen Führungsmittels verlagerbar geführt ist, wobei das zumindest eine Führungsmittel derart ausgebildet ist bzw. die Führungsmittel derart ausgebildet sind, so dass das Beschichtungsmaterial, und Insbesondere die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials, eine vordefinierte Temperaturverteilung, insbesondere an der Fügestelle des Beschichtungsmaterials an das Werkstück, annimmt.. Dadurch kann erreicht werden, dass Im Bereich der Führungsmittel das Beschichtungsmaterial relativ kalt ist, so dass die bereits geringfügig erwärmte Funktionsschicht nicht an dem Führungsmittel haften bleibt und dennoch das Beschichtungsmaterial zwischen den Führungsmitteln auf die gewünschte Temperatur erwärmt werden kann. Dabei kann auch ein gezieltes Temperaturprofil des Beschichtungsmaterials, insbesondere der Funktionsschicht, vorgesehen werden, so dass das Beschichtungsmaterial, insbesondere die Funktionsschicht, nach dem Auslaufen aus der Vorrichtung beim Applizieren auf das Werkstück eine optimale Temperaturverteilung angenommen hat.
Vorteilhaft kann der Applikator direkt mit der Mikrowellenquelle verbunden sein. Alternativ kann zwischen der Mikrowellenquelle und dem Applikator auch ein Mikrowellenkanal angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das erste Führungsmittel und das zweite Führungsmittel derart beabstandet zueinander angeordnet sind, so dass eine Längskante des Beschichtungsmaterials von dem ersten Führungsmittel und von dem zweiten Führungsmittel aufnehmbar und führbar ist. So kann das Beschichtungsmaterial an seinen beiden Längskanten eingefasst und geführt werden, um lagesicher durch den Materialkanal geführt zu werden, um optimal erwärmt zu werden, wobei der Materiakanal möglichst nicht verschmutzt werden soll.
So ist es besonders vorteilhaft, wenn zumindest eines der Führungsmittel oder beide Führungsmittel jeweils einen Führungskörper und eine Führungsnut aufweist bzw. aufweisen, wobei in die Führungsnut eine Längskante des Beschichtungsmaterials aufnehmbar ist. Durch den Führungskörper kann das elektrische Feld bzw. die elektrische Feldstärke des Mikrowellenfeldes gezielt beeinflusst werden und gleichzeitig dient der Führungskörper der Platzierung des Führungsmittels und dem Halten der Führungsstege.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn an dem Führungskörper beiderseits der Führungsnut ein Führungssteg angeordnet ist. So kann das Beschichtungsmaterial an einem öder an beiden Führungsmitteln zwischen zwei Führungsstegen geführt werden, insbesondere über die Länge des Materialkanals, was eine definierte Lage im Materialkanal erlaubt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn an dem Führungskörper zumindest eine Aufnahme für zumindest ein, insbesondere zusätzliches, dielektrisches Funktionselement vorgesehen ist, mittels welchem die elektrische Feldstärke des Mikrowellenfeldes, insbesondere in einer Richtung zwischen den Führungsmitteln und/oder in einer Richtung parallel zur Vorschubrichtung des Beschichtungsmaterials, gezielt einstellbar oder beeinflussbar ist, so dass das Beschichtungsmaterial, insbesondere die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials, eine vordefinierte Temperaturverteilung annimmt. Auch können mehrere Aufnahmen vorgesehen sein, die beispielsweise in Form von Kanälen ausgebildet sind. Diese können beispielsweise nebeneinander angeordnet sein. So kann durch Positionieren zumindest eines dielektrischen Funktionselements das elektrische Feld insbesondere im Bereich der Längskante des Beschichtungsmaterials geziert beeinflusst werden, damit ein gewünschtes Temperaturprofil erzielt wird. Auch ist es vorteilhaft, wenn der Führungskörper derart ausgebildet ist, dass die elektrische Feldstärke des Mikrowellenfeldes, insbesondere in einer Richtung zwischen den Führungsmitteln und/oder in einer Richtung parallel zur Vorschubrichtung des Beschichtungsmaterials, dadurch gezielt einstellbar oder beeinflussbar ist, so dass das Beschichtungsmaterial, und insbesondere die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials, eine vordefinierte Temperaturverteilung annimmt. So kann beabstandet von der Kante des Beschichtungsmaterials ein Maximum der Feldstärke erreicht werden, so dass abseits der Kante eine maximale Temperatur erzielbar ist und die unmittelbare Kante in Längsrichtung noch relativ wenig erwärmt bleibt.
Auch ist es zweckmäßig, wenn zumindest einer der Führungsstege des Führungskörpers derart ausgebildet ist, dass die elektrische Feldstärke des Mikrowellenfeldes, insbesondere in einer Richtung zwischen den Führungsmitteln und/oder in einer Richtung parallel zur Vorschubrichtung des Beschichtungsmaterials, dadurch gezielt einstellbar oder beeinflussbar ist, so dass das Beschichtungsmaterial, und insbesondere die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials, eine vordefinierte Temperaturverteilung annimmt. So kann der Führungssteg mehr oder weniger hoch ausgebildet sein, um eine definierte Feldstärke zu erreichen. So kann der Führungssteg, welcher auf der Seite der Funktionsschicht liegt, kürzer ausgebildet sein, damit er nicht so stark verschmutzt werden kann, während der Führungssteg auf der gegenüberliegenden Seite, also auf der der Funktionsschicht abgewandten Seite, wie insbesondere der Dekorschicht, höher ausgebildet sein kann. Dieser wird dann nicht beschmutzt und kann dadurch eine bessere Führung erreichen.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Formgebung und/oder die Dimensionen des Führungskörpers, des dielektrischen Funktionselements, der Aufnahme und/oder des Führungsstegs derart gewählt ist bzw. sind, dass die elektrische Feldstärke des Mikrowellenfeldes, insbesondere in einer Richtung zwischen den Führungsmitteln und/oder in einer Richtung parallel zur Vorschubrichtung des Beschichtungsmaterials, dadurch gezielt einstellbar oder beeinflussbar ist, so dass das Beschichtungsmaterial, und insbesondere die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials, eine vordefinierte Temperaturverteilung annimmt. Dadurch kann der Führungskörper, das dielektrische Funktionselement, die Aufnahme und/oder der Führungssteg als Art Linse für das elektrische Feld wirken und die Feldstärke im Materialkanal modulieren bzw. die. dielektrischen Funktionselemente bewirken eine lokale Erhöhung der elektrischen Feldstarke in der unmittelbaren Umgebung des dielektrischen Funktionselements, so dass das elektrische Feld gezielt beeinflusst werden kann.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Material des Führungskörpers, des dielektrischen Funktionselements und/oder des Führungsstegs derart gewählt ist, dass die elektrische Feldstärke des Mikrowellenfeldes, insbesondere in einer Richtung zwischen den Führungsmitteln und/oder in einer Richtung parallel zur Vorschubrichtung des Beschichtungsmaterials, dadurch gezielt einstellbar oder beeinflussbar ist, so dass das Beschichtungsmaterial, und insbesondere die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials, eine vordefinierte Temperaturverteilung annimmt. Dadurch kann der Führungskörper, das dielektrische Funktionselement und/oder der Führungssteg als Art Linse für das elektrische Feld wirken und die Feldstärke im Materialkanal modulieren bzw. die dielektrischen Funktionselemente bewirken eine lokale Erhöhung der elektrischen Feldstärke In der unmittelbaren Umgebung des dielektrischen Funktionselements, so dass das elektrische Feld gezielt beeinflusst werden kann.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Dielektrizitätskonstante ε' des Materials des Führungskörpers, des dielektrischen Funktionselements und/oder des Führungsstegs derart gewählt ist, dass die elektrische Feldstärke des Mikrowellenfeldes, insbesondere in einer Richtung zwischen den Führungsmitteln und/oder in einer Richtung parallel zur Vorschubrichtung des Beschichtungsmaterials, dadurch gezielt einstellbar oder beeinflussbar ist, so dass das Beschichtungsmaterial, und insbesondere die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials, eine vordefinierte Temperaturverteilung annimmt.
So ist es auch vorteilhaft, wenn das Material Aluminiumoxid, AI203, AI02, PTFE, Keramik, Glas, Technisches Glas, Siliziumoxid, SIO, Quarz oder Quarzglas ist. Dieses weist gute Eigenschaften der Dielektrizitätskonstante ε', also eher hohe Werte, auf, wobei die Absorption ε" eher sehr gering ist.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die beiden sich an der Führungsnut gegenüberliegenden Führungsstege zumindest bereichsweise unterschiedlich hoch sind, in Richtung des Abstands zwischen den Führungsmitteln. Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn das in einer Aufnahme angeordnete dielektrische Funktionselement in der Aufnahme verlagerbar ist, um die elektrische Feldstärke des Mikrowellenfeldes als Funktion des Abstandes zwischen den Führungsmitteln gezielt verstellen zu können. Dadurch kann je nach Material und/oder Dimensionierung des Beschichtungsmaterials die elektrische Feldstärke des Mikrowellendfeldes angepasst werden.
Auch ist es vorteilhaft, wenn das dielektrische Funktionselement in der Aufnahme verschiebbar und/oder verdrehbar ist. Auch derart kann je nach Material und/oder Dimensionierung des Beschichtungsmaterials die elektrische Feldstärke des Mikrowellendfeldes angepasst werden.
So ist es auch vorteilhaft, wenn das dielektrische Funktionselement in der Aufnahme längsverschiebbar, querverschiebbar und/oder höhenverschiebbar ist. Dadurch ist eine geeignete Anpassung einfach möglich. Auch ist es vorteilhaft, wenn das dielektrische Funktionselement aus der Aufnahme entnehmbar ist und/oder in eine der Aufnahmen aufnehmbar ist.
Durch die Applikation der Mikrowellenenergie auf das Beschichtungsmaterial wird eine gleichmäßige Erwärmung auch in tieferen Schichten erreicht, weil das Beschichtungsmaterial in dem Applikator in das Mikrowellenfeld eingeführt wird. Dadurch wird schnell eine gleichmäßige Volumenerwärmung erreicht, wobei die Energie sehr fokussiert zur Verfügung gestellt wird, was den Energieverbrauch insgesamt minimiert. Dies führt zu einer gut einstellbaren und dosierbaren Energieapplikation, was dazu führt, dass die Temperatur der Funktionsschicht sehr genau und einfach einstellbar ist. Besonders vorteilhaft bei der Volumenerwärmung ist die Einhaltung bzw. Unterschreitung der kurzeitig zulässigen Maximaltemperatur des Materials der Funktionsschicht. Die Vorrichtung ist dabei sowohl in einer Durchlaufanlage als auch in einem Bearbeitungszentrum zur Herstellung und Bearbeitung von Werkstücken einsetzbar.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Mehrzahl von Applikatoren vorgesehen ist. Dadurch können bei Bedarf mehrere Beschichtungsmaterialien gleichzeitig erwärmt werden, die parallel auf das gleiche Werkstück oder auf unterschiedliche Werkstücke aufbringbar sind. Alternativ könnte mittels mehrerer Applikatoren ein einziges Beschichtungsmaterial auch an unterschiedlichen Stellen unterschiedlich erwärmt werden, so dass eine gezielte Verklebung auf unterschiedlichen Untergrund Verhältnissen erfolgen kann.
Auch ist es vorteilhaft, wenn zumindest ein Applikator oder alle Applikatoren ein Appiikatorsegment oder eine Mehrzahl von Applikatorsegmenten aufweist bzw. aufweisen. Dadurch kann der Applikator in unterschiedliche Bereiche bzw. Segmente unterteilt werden, in welche das Mikrowellenfeld unterschiedlich eingestellt werden könnte. Dies würde eine spezifische Anpassung der eingetragenen Wärmemenge an die spezifischen Bedürfnisse der Verklebung erlauben. Ebenso ist es vorteilhaft, wenn ein Applikator oder ein Applikatorsegment einen Materialkanal oder eine Mehrzahl von Matehaikanälen aufweist. Dadurch kann oder können ein Beschichtungsmaterial oder mehrere Beschichtungsmaterialien gleichzeitig erwärmt werden. Bei besonders breiten bzw. flächigen Beschichtungsmaterialien können auch mehrere Applikatoren eingesetzt werden, um nebeneinander angeordnete Bereiche eines Beschichtungsmaterials zu erwärmen.
Auch ist es zweckmäßig, wenn an zumindest einem Applikator und/oder an zumindest einem Applikatorsegment eine Blende für die Mikrowellenstrahlung vorgesehen ist. Dadurch kann die einzusetzende Mikrowellenenergie bzw. das Mikrowellenfeld auf den individuellen Bedarf eingestellt werden.
Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn in zumindest einem Applikator und/oder in zumindest einem Applikatorsegment eine Modulationsvorrichtung zur Einstellung der Modulation der Mikrowellenstrahlung vorgesehen ist. Dadurch kann die Resonanzfrequenz des Applikators als Resonator an die Resonanzfrequenz der Mikrowellenquelle, wie des Magnetrons, angepasst werden. Dabei verändert das zu erwärmende Beschichtungsmaterial, welches durch den Applikator geführt wird, das Mikrowellenfeld bzw. die Resonanzfrequenz des Applikators, so dass die Modulationsvorrichtung das sich aufbauende Mikrowellenfeld so einstellt, dass das Beschichtungsmaterial optimal erwärmt werden kann.
Erfindungsgemäß ist es bei einem Ausführungsbeispiel zweckmäßig, wenn der zumindest eine Applikator oder eine Gruppe von Applikatoren durch eine Mikrowellenquelle oder durch eine Mehrzahl von Mikrowellenquellen mit Mikrowellenstrahlung gespeist wird, wobei insbesondere jeder Applikator oder jede Gruppe von Applikatoren von einer eigenen Mikrowellenquelle gespeist wird. Auch ist es vorteilhaft, wenn das zumindest eine Applikatorsegment oder eine Gruppe von Applikatorsegmenten durch eine Mikrowellenquelle oder durch eine Mehrzahl von Mikrowellenquellen mit Mikrowellenstrahlung gespeist wird, wobei insbesondere jedes Applikatorsegment oder jede Gruppe von Applikatorsegmenten durch eine eigene Mikrowellenquelle gespeist wird. So können unterschiedliche Bedingungen spezifisch erzeugt werden, was den jeweiligen Bedürfnissen des jeweiligen Beschichtungsmaterials gerecht wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Mehrzahl von Applikatoren oder eine Mehrzahl von Applikatorsegmenten von einer Mikrowellenquelle gespeist wird, wobei zur Aufteilung der Mikrowellenstrahlung und/oder der Mikrowellenenergie auf die jeweiligen Applikatoren oder Applikatorsegmente eine Aufteilvorrichtung vorgesehen ist. Die Aufteilvorrichtung teilt die Mikrowellenstrahlung insbesondere hinsichtlich der Leistung auf die jeweiligen Applikatoren oder auf die jeweiligen Applikatorsegmente auf, so dass eine spezifische Applikation der Mikrowellenenergie erfolgen kann.
Auch ist es vorteilhaft, dass zumindest ein Mikrowellenkanal vorgesehen Ist, insbesondere ein Mikrowellenkanal je Mikrowellenquelle und/oder ein Mikrowellenkanal je Applikator und/oder je ein Mikrowellenkanal je Applikatorsegment vorgesehen ist. Der Mikrowellenkanal dient der Weiterleitung der Mikrowellenstrahlung auf die jeweiligen beteiligten Applikatoren oder Applikatorsegmente, so dass eine gezielte Erwärmung des Beschichtungsmaterials erfolgen kann. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Mikrowellenkanal ein Hohlleiter und/oder ein Koaxialkabel ist. Sind mehrere Applikatorsegmente oder Applikatoren vorgesehen, kann es vorteilhaft sein, wenn der Hohlleiter in Segmente unterteilt Ist und so die Mikrowellenstrahlung weitergeleitet werden kann. Auch kann die Energieleitung der Mikrowellenenergie von der Mikrowellenquelle zum Applikator mittels Koaxialkabeln vorgenommen werden. Dies wird mit angepassten Übergängen durchgeführt, die auch als "tapered coaxial transitions" bezeichnet sind. Dies hat den Vorteil, dass der Applikator einfach demontiert werden kann, so dass Wartungsarbeiten am Applikator vereinfacht werden können. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Materialkanal durch den zumindest einen Applikator und/oder durch das zumindest eine Applikatorsegment verläuft, wobei der Kanal eine Einlassöffhung und eine Auslassöffnung aufweist, welche dazu dienen, das Beschichtungsmaterial in den Materialkanal einzulassen und es wieder auszulassen. Durch den Materialkanal wird die Positionierung im Mikrowellenfeld des Applikators bzw. des Applikatorsegments definiert, was einen definierteren Energieeintrag erbringt. Auch kann durch den Materialkanal eine Trennung erfolgen, so dass das Beschichtungsmaterial nicht unmittelbar mit dem Applikator in Berührung gelangt, weil eventuelle Verschmutzungen von den Komponenten des Applikators und/oder dem Applikator selbst nur schlecht entfernbar sind.
Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken ist es auch vorteilhaft, wenn der Materialkanal eine umlaufende Wand aufweist, welche den Materialkanal von dem Innenraum des Applikators oder von dem Innenraum des Applikatorsegments trennt. Dadurch kann eine vollständige Trennung vorgenommen werden, was den Applikator schützt. Auch wird dadurch der Weg des Beschichtungsmaterials durch den Applikator definiert, was dem definierten Energieeintrag förderlich ist. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn an der Einlassöffnung und/oder an der Auslassöffnung eine Vorrichtung angeordnet ist, welche einen Austritt von Mikrowellenstrahlung aus der Eintrittsöffnung bzw. aus der Austrittsöffnung reduziert oder verhindert. Dadurch kann die austretende Mikrowellenstrahlung verhindert oder zumindest unter die zulässigen Grenzwerte reduziert werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Blende zwischen der Mikrowellenquelle und dem Applikator oder dem Applikatorsegment angeordnet ist. Dadurch kann die Einstellung der Modulation der Mikrowellenstrahlung, insbesondere zur Erzeugung einer stehenden und/oder laufenden Welle der Mikrowellenstrahlung in dem Applikator oder in dem Applikatorsegment vorgenommen werden. Dadurch wird die Form der Resonanzkurve des Applikators veränderbar. Dabei verschiebt sich die Charakteristik des Applikators von einer resonanten Vorrichtung zu einer Vorrichtung mit einer laufenden Welle, je nach Wahl der Blende. Dadurch können die absorptiven Einflüsse durch das Beschichtungsmaterial auf das Mikrowellenfeld ausgeglichen oder kompensiert werden.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Blende eine Öffnung, insbesondere eine Öffnung in einer Metallwandung ist So kann die Metallwandung die Mikrowellenstrahlung abschirmen, so dass nur die durch die Öffnung durchtretende Mikrowellenstrahlung an die Applikatoren bzw. Applikatorsegmente weitergeleitet wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Öffnungsquerschnitt der Öffnung der Blende veränderlich einstellbar ist. Dadurch kann je nach Bedarf die Modulation der Mikrowellenstrahlung verstellt werden.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Blende ein Metallelement aufweist, welches in die Öffnung ragend einstellbar ist. So kann der Effekt der Blende weiterhin eingestellt werden, ohne die Öffnung zu verstellen. Dabei ist es besonders vorteilhaft für die Wirkung als Blende, wenn das Metalielement derart einstellbar ist, dass die Eindringtiefe des Metallelements in die Öffnung einstellbar ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Metallelement ein Metallbolzen oder ein anderweitiges Metallelement ist. Dieser bzw. dieses kann die Mikrowellenstrahlung besonders gut beeinflussen.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der zumindest eine Materialkanal in dem Applikator oder in dem Applikatorsegment feststehend angeordnet ist und das Mikrowellenfeld veränderlich in dem Applikator und/oder in dem Applikatorsegment einstellbar ist. So kann das Mikrowellenfeld an die Materialeigenschaften des Beschichtungsmaterials oder an die Größenverhältnisse des Beschichtungsmaterials eingestellt werden.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der zumindest eine Materialkanal in dem Applikator oder in dem Applikatorsegment verlagerbar einstellbar ist. Auch so kann eine Anpassung an das zu erwärmende Beschichtungsmaterial vorgenommen werden.
Vorteilhaft ist es, wenn der Materialkanal und/oder das Mikrowellenfeld derart einstellbar ist, dass eine Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials in einem Bereich maximaler elektrischer Feldstärke anordenbar oder durchführbar ist.
Auch ist es vorteilhaft, wenn sich ein Applikator in mehrere Applikatorsegmente unterteilt, wobei die Applikatorsegmente im Wesentlichen gleiche geometrische Abmessungen aufweisen. So kann eine individuelle Mikrowellenenergie in den Applikatorsegmenten angesteuert werden, was den Bedürfnissen an das Beschichtungsmaterial gerecht werden kann, wenn diese eine unterschiedliche Erwärmung, beispielsweise über die Höhe, benötigt. Auch ist es vorteilhaft, wenn sich ein Applikator in mehrere Applikatorsegmente unterteilt, wobei sich zumindest einzelne der Applikatorsegmente in der Höhe oder in der Breite unterscheiden. Auch dies kann vorteilhaft sein, wenn Beschichtungsmaterialien mit unterschiedlicher Höhe, wie Kantenbänder mit unterschiedlicher Höhe, verwendet werden.
Gemäß einem erfindungsgemäßen Gedanken ist es vorteilhaft, wenn der Applikator oder die Applikatoren oder das Applikatorsegment oder die Applikatorsegmente austauschbar sind. Dadurch kann der jeweilige bevorzugte Applikator bzw. die Applikatoren oder die Applikatorsegmente eingesetzt werden, die für das zu erwärmende Beschichtungsmaterial bevorzugt geeignet sind.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Materialkanal aus einem Material besteht, welches eines der folgenden Materialen ist oder eines der Materialien aufweist: : PTFE, Keramik, Glas, Technisches Glas, AI2O3, Kieselglas, SiO2, Fused Silica, Fused Quarz, Aluminiumoxid, Siliziumoxid. Dadurch kann eine Passivierung der Oberfläche erreicht werden. Auch ist es vorteilhaft, wenn der Materialkanal innen mit einem Material beschichtet ist, welches eines der folgenden Materialen ist oder eines der Materialien aufweist: PTFE, Keramik, Glas, Technisches Glas, Al203, Kieselglas, SiO2, Fused Silica, Fused Quarz, Aluminiumoxid, Siliziumoxid. Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der Applikator oder die Applikatoren oder das Applikatorsegment oder die Applikatorsegmente innen mit einem Material beschichtet ist/sind, welches eines der folgenden Materialen ist oder eines der Materialien aufweist: PTFE, Keramik, Glas, Technisches Glas, Al203l Kieselglas, SiO2, Fused Silica, Fused Quarz, Aluminiumoxid, Siliziumoxid. Gemäß einem weiteren Gedanken ist es vorteilhaft, wenn in dem Applikator und/oder in einem der Applikatorsegmente oder in mehreren der Applikatorsegmente oder in allen Applikatorsegmenten eine Modulationsvorrichtung angeordnet ist, welche insbesondere die Resonanzfrequenz des gefüllten Resonators an die Frequenz des Magnetrons anpasst. Die Modulationsvorrichtung beeinflusst das Mikrowellenfeld derart, dass in Abhängigkeit des gewählten Beschichtungsmaterials dieses im Bereich eines Maximums der Feldstärke angeordnet wird. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eine Temperaturmessvorrichtung vorgesehen ist, welche die Überwachung der Temperatur des Beschichtungsmaterials im Materialkanal und/oder am Eingang und/oder am Ausgang des Materialkanals ermöglicht. So kann die Temperatur des Beschichtungsmaterials bestimmt werden, so dass die aufzuwendende Energie, das Mikrowellenfeld und dessen Verteilung entsprechend an die Solltemperaturen angepasst werden kann.
Auch ist es vorteilhaft, wenn eine Spülvorrichtung vorgesehen ist, welche ein Einleiten oder Durchleiten eines Fluids, wie insbesondere eines Gases oder Luft, in den Materialkanal ermöglicht. Dadurch kann eine gezielte Kühlung des Beschichtungsmaterials auf der Oberflächenseite vorgenommen werden, während die Seite der Funktionsschicht gespült werden kann, um beispielsweise gasförmige Medien und/oder Mikropartikel aus dem Materialkanal zu entfernen.
Auch ist es insbesondere vorteilhaft, wenn eine Führungsvorrichtung vorgesehen ist, welche eine Führung des Beschichtungsmaterials im Materialkanal ermöglicht. Dadurch kann das Beschichtungsmaterial gezielt und sicher durch das Mikrowellenfeld geführt werden. Die Aufgabe zu dem Verfahren wird mit den Merkmalen von Anspruch 17 gelöst.
Ein diesbezügliches Ausführungsbeispiel betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Führungsmittel derart ausgebildet und/oder angeordnet werden, so dass das Beschichtungsmaterial, und insbesondere die Funktionsschicht des Beschlchtungsmaterials, eine vordefinierte Temperaturverteilung, insbesondere an der Fügestelle des Beschichtungsmaterials an das Werkstück, annimmt.
Die Aufgabe zu dem Verfahren wird auch mit den Merkmalen von Anspruch 18 gelöst.
Ein diesbezügliches Ausführungsbeispiel betrifft ein Verfahren zur Erwärmung einer Funktionsschicht eines Beschichtungsmaterials, wie einer Oberflächenbeschichtung oder eines Kantenbandes, insbesondere zum Aufbringen des Beschichtungsmaterials auf eine Fläche eines Werkstücks, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Erzeugen einer Mikrowellenstrahlung,
- Bilden eines Mikrowellenfeldes aus der erzeugten Mikrowellenstrahlung, und
Durchführen des Beschichtungsmaterials durch das Mikrowellenfeld mittels einer Führungsvorrichtung, so dass die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials Im Mikrowellenfeld erwärmt wird, wobei die Führungsvorrichtung derart ausgebildet ist, so dass das
Beschichtungsmaterial eine vordefinierte Temperaturverteilung annimmt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibung und durch die Unteransprüche beschrieben. Kurze Beschreibung der Figuren der Zeichnung
Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage zumindest eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Erwärmung einer Funktionsschicht, Figur 2 eine seitliche Ansicht eines Applikators,
Figur 3 eine Ansicht eines Applikators von oben,
Figur 4 eine Ansicht eines Applikators von hinten,
Figur 5 eine Ansicht eines Applikators von vom,
Figur 6 eine seitliche Ansicht eines Applikators, Figur 7 eine Ansicht eines Applikators von oben,
Figur 8 eine Ansicht eines Applikators von hinten,
Figur 9 eine Ansicht eines Applikators von vorn,
Figur 10 eine Ansicht eines Applikators von oben,
Figur 11 eine seitliche Ansicht eines Applikators, Figur 12 eine seitliche Ansicht eines Applikators, eine Ansicht eines Applikators von oben, eine Ansicht eines teilweise demontierten Materialkanals mit Führungsmitteln, ein Diagramm zur Darstellung von Temperaturverläufen der Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials als Funktion der Höhe zwischen den Führungsmitteln, gemessen an der Fügestelle des Beschichtungsmaterials und des Werkstückes, eine Darstellung mit einer schematischen Aufteilung des Beschichtungsmaterialbands in Höhenrichtung, eine Darstellung der elektrischen Feldstärke eines Mikrowellenfelds im Materialkanal bei unterschiedlichen Gestaltungen des Führungskörpers, eine Darstellung der elektrischen Feldstärke eines Mikrowellenfelds im Materialkanal bei unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante ε' des Führungskörpers, eine Darstellung eines Führungsmittels mit einem Beschichtungsmaterial im Schnitt,
Figur 20 ein Führungsmittel in Seitenansicht,
Figur 21 ein Abschnitt eines Führungsmittels in einer schematischen Darstellung in Draufsicht,
Figur 22 eine Darstellung eines Führungsmittels im Schnitt, und Figur 23 eine Darstellung eines Führungsmittels im Schnitt.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Erwärmung einer Funktionsschicht 2 eines Beschichtungsmaterials 3. Dabei wird der Begriff Erwärmung einer Funktionsschicht auch als Aktivierung eine Funktionsschicht verstanden. Diese Begriffe werden im Weiteren als gleichwertig bzw. gleichbedeutend verwendet. Die Figur 1 zeigt die Funktionsschicht auf einer Seite des Beschichtungsmaterials, sie kann jedoch ebenso auch auf der anderen Seite des Beschichtungsmaterials angeordnet sein.
Dabei ist das Beschichtungsmaterial insbesondere ein Kantenband, welches auf ein Werkstück an einer Schmalseite aufbringbar ist oder insbesondere ein eher flächiges Beschichtungsmaterial, welches auch auf eine eher flächige Breitseite eines Werkstücks aufbringbar ist.
Die Erwärmung oder Aktivierung der Funktionsschicht 2 dient dem Aufbringen und insbesondere dem dauerhaften Befestigen des Beschichtungsmaterials 3 auf einer Fläche des Werkstücks. Dabei wird die Funktionsschicht derart aktiviert, dass sie eine Art Kleber bildet oder bewirkt, mittels welchem das Beschichtungsmaterial auf der Fläche des Werkstücks verklebbar ist. Die Vorrichtung 1 weist eine Mikrowellenquelle 4 und einen Applikator 5 auf, wobei die Mikrowellenstrahlung mittels eines Mikrowellenkanals 6 von der Mikrowellenquelle 4 zum Applikator 5 übertragen wird. Der Mikrowellenkanal 6, welcher bevorzugt als Hohlleiter oder als Koaxialkabel ausgebildet ist, dient der Zuführung der in der Mikrowellenquelle 4 erzeugten Mikrowellenstrahlung zu dem Applikator 5. In dem Applikator 5 wird dadurch ein Mikrowellenfeld erzeugt, welches von dem Beschichtungsmaterial 3 durchlaufen wird. Der Applikator 5 weist dazu zumindest einen Materialkanal 7 auf, welcher das Mikrowellenfeld quert, und durch welchen das Beschichtungsmateriai geführt wird. Das Mikrowellenfeld ist dabei derart ausgebildet oder ansteuerbar, dass beim Durchlaufen des Beschichtungsmaterials durch das Mikrowellenfeld die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials erwärmt oder aktiviert wird.
Das Beschichtungsmateriai besteht dabei zumindest aus zwei Schichten, wovon eine Schicht die Funktionsschicht ist, welche erwärmt bzw. aktiviert wird, wobei die zumindest eine andere Schicht, welche im Nachfolgenden als Dekorschicht bezeichnet wird, je nach Anwendungsfall möglichst nicht oder auf 40°C bis 70°C erwärmt wird. Die Funktionsschicht und die Dekorschicht können jeweils auch aus einem entsprechenden eigenen Schichtaufbau aus mehreren einzelnen Schichten bestehen. So können die Funktionsschicht und/oder die Dekorschicht des Beschichtungsmaterials aus zumindest einer Schicht oder aus einer Mehrzahl von Schichten bestehen.
Die Funktionsschicht und die Dekorschicht weisen jeweils einen Verlustfaktor ε"eff auf, welcher als Verlustfaktor des jeweiligen Materials der Funktionsschicht und der Dekorschicht betrachtet wird. Dabei ist der Verlustfaktor der Imaginärteil der komplexen relativen Dielektrizitätskonstante ε" des jeweiligen Materials.
Dabei wird der Verlustfaktor ε"eff (FS) der Funktionsschicht oder der Verlustfaktor ε"β« (DS) der Dekorschicht für Frequenzen (ISM) bei 915 MHz, 2,45 GHz oder 5,8 GHz angegeben. Das Verhältnis R = ε"^ (FS) / ε"θΑ (DS) bei einer der angegebenen Frequenzen von 915 MHz, 2,45 GHz oder 5,8 GHz definiert das Verhältnis der Verlustfaktoren. Dabei ist das Beschichtungsmaterial derart spezifiziert, dass R > 1 , vorzugsweise R > 10 gilt. Dies bewirkt, dass sich die Funktionsschicht FS wesentlich stärker erwärmt als die Dekorschicht DS des Beschichtungsmaterials, so dass es zu einer selektiven Erwärmung des Beschichtungsmaterials kommt, insbesondere bei einer Anwendung von Mikrowellenapplikatoren bei den ISM-Frequenzen von 915 MHz oder 2,45 GHz oder 5,8 GHz.
Insbesondere bei einer Einstellung des Applikators als Applikator mit einer laufenden Welle ist R > 1 und £"eff (FS) > 1. Bei einem resonanten Applikator ist R > 1 und ε"β* (FS) < 50.
Dabei ist der Applikator von der Mikrowellenquelle mit Mikrowellenstrahlung einer Leistung von 0,1 kW bis etwa 50 kW beaufschlagt. Daraus resultiert je nach Verlustfaktor des jeweiligen Materials eine Erwärmung des jeweiligen Materials der Funktionsschicht bzw. der Dekorschicht. Die Erwärmung der Funktionsschicht ist dabei größer als die Erwärmung der Dekorschicht, so dass die Dekorschicht nicht oder gegebenenfalls nur geringfügig erwärmt wird, während die Funktionsschicht auf Prozesstemperatur erwärmt wird. Werden mehrere Applikatoren verwendet, so kann jeder Applikator von der gleichen Mikrowellenquelle gespeist werden oder alternativ kann jeder Applikator von einer separaten Mikrowellenquelle gespeist werden. Auch können Gruppen von Applikatoren oder von Applikatorsegmenten von einer Mikrowellenquelle gespeist werden oder von einer Mehrzahl von Mikrowellenquellen gespeist werden. Die Figuren 2 bis 5 zeigen jeweils verschiedene Ansichten eines erfindungsgemäßen Applikators 10 in einer ersten Betriebsstellung. Die Figur 2 zeigt den Applikator in einer Seitenansicht, die Figur 3 in einer Draufsicht von oben, die Figur 4 in einer hinteren Ansicht und die Figur 5 in einer vorderen Ansicht
Der Applikator 10 weist drei Applikatorsegmente 11, 12, 13 auf, die übereinander angeordnet sind. Die Applikatorsegmente 11 , 12, 13 sind Hohlräume, in welche eingangsseitig die Mikrowellenstrahlung eingespeist wird und die in eine Kammer 14 münden, in welcher der Materialkanal 15 vorgesehen ist, welcher einen Kanal bildet, um das Beschichtungsmaterial durch die Kammer 14 führen zu können. In der Kammer 14 bildet sich eine laufende oder eine stehende Welle der Mikrowellenstrahlung aus und kann bei der Durchführung des Beschichtungsmaterials 16 dieses je nach Verlustfaktor erwärmen oder aktivieren.
Die Applikatorsegmente 11 , 12, 13 sind dabei übereinander angeordnet und am hinteren Ende abgestuft ausgebildet, so dass der Anschluss eines Mikrowellenkanals 17, 18, 19 auf einer Oberseite des jeweiligen Applikatorsegments 11, 12, 13 möglich ist. Der Mikrowellenkanal 17, 18, 19 ist dabei bevorzugt ein Hohlleiter und/oder ein Koaxialkabel. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn ein Hohlleiter verwendet wird, dass der Hohlleiter in Segmente unterteilt ist. Seitlich des Materialkanals 15 ist dieser beidseitig mit einer Vorrichtung 20 als Drossel versehen, welche das Austreten der Mikrowellenstrahlung abschwächt oder gänzlich abschirmt. Der Materialkanal 15 ist dabei derart ausgebildet, dass er durch den zumindest einen Applikator 10 und/oder durch das zumindest eine Applikatorsegment 11, 12, 13 verläuft, wobei der Materialkanal 15 eine Einlassöffnung 21 und eine Auslassöffnung 22 aufweist, welche dazu dienen, das Beschichtungsmaterial 16 in den Materialkanal 15 einzulassen und es wieder auszulassen. Der Materialkanal 15 weist dazu eine umlaufende Wand 23 auf, welche den Materialkanal 15 von dem Innenraum bzw. Kammer 14 des Applikators 10 oder von dem Innenraum des jeweilige Applikatorsegments 11, 12, 13 trennt.
Die Figuren 2 bis 5 zeigen einen Applikator 10 mit drei Applikatorsegmenten 11 bis 13. Alternativ können auch mehrere Applikatoren oder ein oder mehrere Applikatoren vorgesehen sein mit einem oder mehreren Applikatorsegmenten. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn zumindest ein Applikator 10 oder alle Applikatoren ein Applikatorsegment 11, 12, 13 oder eine Mehrzahl von Applikatorsegmenten 11 , 12, 13 aufweisen. So kann die Mikrowellenstrahlung auf die jeweiligen Applikatoren oder auf die jeweiligen Applikatorsegmente verteilt werden, so dass die Erwärmung des Beschichtungsmaterials im Materialkanal an die Bedürfnisse angepasst werden kann.
Dabei kann die Verteilung der Mikrowellenstrahlung beispielsweise über die Höhe des Beschichtungsmaterials veränderlich sein. Beispielsweise kann der obere und/oder der untere Rand des Beschichtungsmaterials stärker oder weniger stark erwärmt werden als ein mittlerer Bereich.
Die Figuren zeigen einen Applikator mit einem Materialkanal, der durch den Applikator führt, durch welchen das Beschichtungsmaterial durchgeführt wird. Erfindungsgemäß kann durch den zumindest einen Applikator auch eine Mehrzahl von Materialkanälen geführt sein, die hintereinander und/oder übereinander angeordnet sein können. Dadurch können gleichzeitig mehrere Bänder, Streifen oder Bahnen von Beschichtungsmaterial erwärmt werden. Dies mag bei einer Vorrichtung vorteilhaft sein, bei der gleichzeitig mehrere solcher erwärmter Beschichtungsmaterialien verarbeitet werden. So können gleichzeitig mehrere Werkstücke beschichtet werden oder es kann ein Werkstück an mehreren Seiten beschichtet werden. In Figur 2 oder 3 ist weiterhin zu erkennen, dass im Applikator bzw. in den Applikatorsegmenten 11 , 12, 13 jeweils eine Blende 24 vorgesehen ist. Diese Blende dient dazu, die Form der Resonanzkurve des Applikators bzw. des Applikatorsegments einzustellen. Wenn die Blende 24 größer gestellt wird, verschiebt sich die Charakteristik des Applikators bzw. des Applikatorsegments von einem resonanten System mit stehender Welle zu einem System mit laufender Welle. Die Blende 24 besteht dabei bevorzugt aus einer Art Lochblende 25, welche in ihrem Durchlassquerschnitt veränderlich ist und/oder aus einem veränderlichen Metallelement 26, wie beispielsweise einem metallischen Dorn, welcher der gezielten Beeinflussung der Mikrowellenstrahlung dient.
Sowohl die Lochblende 25 als auch das Metallelement 26 ist/sind dabei bevorzugt verstellbar ausgebildet, um die Charakteristik des Applikators 10 oder des Applikatorsegments 11, 12, 13 auf die jeweiligen Anforderungen einstellen zu können.
Die Blende 24 ist, wie es die Figur 2 zeigt, zwischen der Mikrowellenquelle und dem Applikator oder dem Applikatorsegment oder in dem Applikator oder in dem Applikatorsegment angeordnet. Sie ist bevorzugt der Modulationsvorrichtung 27 vorgeschaltet.
Die Blende 24 als Lochblende 25 weist dabei eine Öffnung 28 auf, insbesondere eine Öffnung 28 in einer Metallwandung 29. Dabei ist bevorzugt der Öffnungsquerschnitt der Öffnung 28 der Blende veränderlich einstellbar.
Auch das als Blende wirkende Metallelement 26, welches in die Öffnung des Applikatorsegments ragt, ist bevorzugt einstellbar. Dabei kann der Grad des Hineinragens, also die Eindringtiefe des Metallelements in die Öffnung, einstellbar sein. Das Metallelement 26 ist bevorzugt der Lochblende 25 nachgeordnet. Alternativ könnte es jedoch auch der Lochblende 25 vorgeschaltet sein. Dabei könnte ein Metallelement vorgesehen sein oder es können alternativ auch mehrere Metallelemente vorgesehen sein. Das bzw. diese können innerhalb und/oder außerhalb des Applikators angeordnet sein.
Erfindungsgemäß ist das Metallelement ein Metallbolzen, der in das Applikatorsegment hineinragt. Weiterhin ist in den Figuren 2 und 3 zu erkennen, dass in zumindest einem Applikator 10 und/oder in zumindest einem Applikatorsegment 11, 12, 13 eine Modulationsvorrichtung 27 zur Einstellung der Modulation der Mikrowellenstrahlung vorgesehen ist. Die Modulationsvorrichtung 27 ist dabei als Art Klappe ausgebildet, welche die Mikrowellenstrahlung derart beeinflusst, dass sie die Resonanzfrequenz des Resonators des Applikators bzw. des Applikatorsegments 11, 12, 13 an die Resonanzfrequenz des Magnetrons, also der Mikrowellenquelle, anpasst.
In den Figuren 2 und 3 ist die Modulationsvorrichtung 27 als Art Klappe ausgebildet. Diese Modulationsvorrichtung 27 ist in den Figuren 2 und 3 nach unten eingestellt. In den Figuren 6 und 7 ist die Modulationsvorrichtung 27 nach oben geklappt eingestellt.
In den Figuren 2 und 3 ist der zumindest eine Materialkanal 15 in dem Applikator 10 oder alternativ auch in dem Applikatorsegment feststehend angeordnet, wobei das Mikrowellenfeld veränderlich in dem Applikator^ und/oder in dem Applikatorsegment einstellbar ist.
Alternativ dazu kann der zumindest eine Materialkanal 15 in dem Applikator 10 oder in dem Applikatorsegment auch verlagerbar einstellbar sein, um das Beschichtungsmaterial in dem Mikrowellenfeld einstellen zu können. Dabei ist der Materialkanal und/oder das Mikrowellenfeld derart einstellbar, dass eine Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials in einem Bereich maximaler elektrischer Feldstärke anordenbar oder in diesem Bereich durchführbar ist. Das Beschichtungsmaterial wird dabei mittels eines Antriebs durch den Materialkanal geführt. Dabei kann der Antrieb an dem Applikator angebracht oder diesem zugeordnet sein. Alternativ kann der Antrieb auch ein Antrieb einer Vorrichtung sein, die das Beschichtungsmaterial auf das Werkstück aufbringt. So kann der Antrieb Teil einer Kantenverleimvorrichtung sein, wenn das Beschichtungsmaterial beispielsweise eine Kante ist, die auf die Schmalseite eines Werkstücks aufgebracht werden kann. Dabei kann dem Applikator auch eine Andruckvorrichtung nachgeordnet werden, um das Beschichtungsmaterial auf das Werkstück zu applizieren und dort anzupressen.
In den Figuren 2 und 3 sind die Applikatorsegmente 11, 12, 13 in der Höhe gleich ausgebildet. Alternativ kann ein Applikator 10 auch in mehrere Applikatorsegmente 11, 12, 13 unterteilt sein, wobei die Applikatorsegmente 11 , 12, 13 auch unterschiedliche geometrische Abmessungen bzw. Höhen aufweisen können. Dabei kann ein Applikator in mehrere Applikatorsegmente unterteilt sein, wobei sich zumindest einzelne der Applikatorsegmente in der Höhe und/oder in der Breite unterscheiden können. Dadurch kann der Energieeintrag in das Beschichtungsmaterial als Funktion der Höhe bzw. Breite moduliert werden.
Zur Modulation der Erwärmung bzw. der Aktivierung des Beschichtungsmaterials kann es auch vorteilhaft sein, wenn der Applikator oder die Applikatoren oder das Applikatorsegment oder die Applikatorsegmente austauschbar sind. So können die Applikatoren oder die Applikatorsegmente in verschiedenen Höhen oder Breiten eingesetzt werden, um an das Beschichtungsmaterial angepasst zu sein. Der Materialkanal 15 ist als durchgehender Spalt mit einer umlaufenden Wand 23 ausgebildet. Dabei Ist der Materialkanal 15 aus einem Material hergestellt, welches zumindest eines der folgenden Materialen ist oder eines der Materialien aufweist: PTFE, Keramik, Glas, Technisches Glas, Al203, Kieselglas, SiO2, Fused Silica, Fused Quarz, Aluminiumoxid, Siliziumoxid. Dabei kann der Materialkanal 15 beispielsweise aus PTFE, wie Teflon, hergestellt sein und als PTFE-Block in den Applikator 10 eingesetzt sein.
Auch kann der Materialkanal 15 ihnen mit einem Material beschichtet sein, welches eines der folgenden Materialen ist oder eines der Materialien aufweist: PTFE, Keramik, Gtas, Technisches Glas und/oder Quarzglas.
Auch kann der Applikator 10 oder die Applikatoren oder das Applikatorsegment oder die Applikatorsegmente 11 , 12, 13 innen mit einem Material beschichtet oder ausgefüllt sein, welches eines der folgenden Materialen ist oder eines der Materialien aufweist: PTFE, Keramik, Glas, Technisches Glas, Al203, Kieselglas, SiO2, Fused Silica, Fused Quarz, Aluminiumoxid, Siliziumoxid. Die Figuren 6 und 9 zeigen eine Führungsvorrichtung 30 im Materialkanal 15, welche als Führungsschienen ausgebildet sind und unten und oben in dem Materialkanal 15 angeordnet sind. Dabei durchqueren die Führungsschienen den Materialkanal 15, so dass das Beschichtungsmaterial auf seinem Weg durch den Materialkanal 15 geführt ist. Die beiden Führungsschienen oder im Allgemeinen die Führungsvorrichtung 30 ist auf die Höhe bzw. Breite des Beschichtungsmaterials einstellbar, so dass auch unterschiedlich hohe oder breite Beschichtungsmaterialien, wie beispielsweise Bänder, durch den Materialspalt führbar sind. Die Führungsvorrichtung dient der Führung des Beschichtungsmaterials und hat weiterhin den Vorteil, dass in dem Bereich, in welchem das Beschichtungsmaterial in die Führungsvorrichtung eingreift, die Erwärmung nicht so hoch ist als in einem mittleren Bereich. Damit wird erreicht, dass der Randbereich des Beschichtungsmaterials nicht so stark erwärmt wird und damit die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials im Randbereich nicht so pastös oder fluid wird. Die Führungsvorrichtung wird somit von dem Beschichtungsmaterial nicht verschmutzt. Dabei ist der Bereich etwa 0,5 bis 4 mm breit und/oder tief, in welchem das Beschichtungsmaterial in die Führungsvorrichtung eingreift.
Die Führungsvorrichtung kann dabei auch federnd gelagert sein, wie insbesondere die Führungsschienen, um ein Verklemmen des Beschichtungsmaterials zu vermeiden.
Auch kann die Führungsvorrichtung, wie die obere und/oder die untere Führungsschiene, an eine Spülvorrichtung angeschlossen und mit Kanälen versehen sein, um mit einem Spülmedium, wie Luft, gespült zu werden. So kann auf das Beschichtungsmaterial In seitlicher Richtung und/oder direkt von oben oder unten das Spülmedium beaufschlagt werden, um eine Überhitzung in der Führungsschiene zu vermeiden. Hierzu weisen die Führungsschienen bevorzugt in der unteren Fläche und/oder in der oberen Fläche sowie in den seitlichen Flächen Kanäle auf, durch welche das Spülmedium geleitet werden kann.
Die Figuren 10 und 11 zeigen einen Applikator 10 mit einem Materialspalt 15 mit einer Spülvorrichtung 40. Die Spülvom'chtung 40 umfasst einen ersten Spülmediumanschluss 41 und einen zweiten Spülmediumanschluss 42, wobei der erste Spülmediumanschluss 41 und der zweite Spülmediumanschluss dazu dienen, ein Spülmedium anzuschließen. Dieses Spülmedium, wie beispielsweise Luft, wird von den Spülmediumanschlüssen 41, 42 in Kanäle 43 geleitet, die sich verteilen und im Materialkanal 15 münden, um den Materialkanal 15 und das Beschichtungsmaterial 16 im Materialkanal 15 zu spülen. Die Spülvorrichtung ist ein optionales Merkmal, das mit den Merkmalen der anderen Ausführungsbeispiele nutzbar ist. Die Figuren 12 und 13 zeigen einen Endbereich des Applikators 10, bei welchem eine Füllung 50 vorgesehen ist, um die dielektrischen Eigenschaften des Resonators 51 zu beeinflussen. Dadurch kann der Resonator 51 und der Applikator 10 im Ganzen kleiner ausgeführt werden, da die Füllung das Mikrowellenfeld derart ändert, dass eine kleinere Baulänge bei geeigneter Füllung 50 ausreichend ist. Die Füllung ist ein optionales Merkmal, das mit den Merkmalen der anderen Ausfuhrungsbeispiele nutzbar ist
Besonders bevorzugt ist eine Temperaturmessvorrichtung 60 vorgesehen, welche die Überwachung der Temperatur des Beschichtungsmaterials 16 im Materialkanal 15 und/oder am Eingang und/oder am Ausgang des Materialkanals 15 ermöglicht. Dadurch kann eine Rückkopplung zur Steuerung oder Regelung der Mikrowellenenergie und/oder der Resonanzfrequenz des Applikators oder der Gestalt des Mikrowellenfelds erfolgen. Dazu kann eine Mehrzahl von Temperatursensoren angeordnet sein, welche die Temperatur des Beschichtungsmaterials detektieren. Die Anzahl der Temperatursensoren kann dabei 1 bis 20 oder mehr sein. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn eine kontinuierliche Messung der Temperatur der Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials vorgenommen wird.
Damit kann beispielsweise eine Steuerung oder eine Regelung der Temperatur der Funktionsschicht als Funktion der Ausgangsleistung der Mikrowellenquelle, der Positionen der dielektrischen Funktionselemente und von den Blenden 25 bzw. den Metallelementen 26 vorgenommen werden.
Dabei kann beispielsweise der Sollwert der Temperatur der Funktionsschicht über die Länge des Kantenbandes konstant gehalten werden. Alternativ ist es zweckmäßig, wenn der Sollwert der Temperatur des Beschichtungsmaterials variiert werden kann, wobei die Variation entsprechend eines anwenderspezifischen Profils vorgenommen werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient der (Erwärmung oder Aktivierung eines Beschichtungsmaterials. Dabei kann der Erwärmungsprozess mittels des Mikrowellenapplikators mit anderen Heizvorrichtungen oder Heizmethoden kombiniert werden. Dabei können diese weiteren Heizvorrichtungen zur Vorwärmung und/oder zur Erreichung bzw. zum Halten der Prozesstemperatur der Funktionsschicht eingesetzt werden. Dabei kann das zu erreichende Temperaturprofil des Beschichtungsmaterials in Prozessrichtung und senkrecht zur Prozessrichtung durch die Kombination der Heizprofile der einzelnen Heizvorrichtungen erzielt werden. Zur Vorwärmung wird die Heizvorrichtung bezogen auf die Vorschubrichtung des Beschichtungsmaterials vor der Mikrowellenheizvorrichtung angeordnet Dazu sind folgende Heizvorrichtungen geeignet: Die direkte Erwärmung der Funktionsschicht über mechanischen Kontakt mit geheizten mechanischen Bauteilen, Heißluft, IR-, VIS-, oder UV-Lampen, LED- oder Laservorrichtungen oder Ultraschall. Zum Erreichen bzw. zum Halten der Prozesstemperatur der Funktionsschicht wird die zusätzliche Heizvorrichtung bezogen auf die Vorschubrichtung des Beschichtungsmaterials nach der Mikrowellenheizvorrichtung angeordnet. Hierzu sind folgende Energiequellen vorteilhaft: Heißluft, IR-, VIS-, oder UV-Lampen, LED- oder Laservorrichtungen oder Ultraschall.
Die gezeigten Applikatoren können einzeln oder in Gruppen verwendet werden. Auch können die Applikatoren einzelne Applikatorsegmente oder Gruppen davon aufweisen. Dabei können sich die Applikatorsegmente eines Applikators in der Höhe unterscheiden, um eine optimale Erwärmung von verschieden hohen Beschichtungsmaterialien, beispielsweise als Bänder, erreichen zu können. Die Anzahl der Applikatoren liegt vorzugsweise zwischen 1 und 20 oder mehr. Die Anzahl der Applikatorsegmente liegt vorzugsweise zwischen 1 und 20 oder mehr. Die Figur 14 zeigt einen Materialkanal 100 mit einem obigen Führungsmittel 101 und mit einem unteren Führungsmittel 102. Dazwischen kann von rechte nach links oder umgekehrt ein Band eines Beschichtungsmaterials durchgeführt werden. Dabei führt das obere Führungsmittel 101 das Beschichtungsmaterial oben und das untere Führungsmittel 102 das Beschichtungsmaterial unten, so dass das Beschichtungsmaterial nicht an den Wänden des Materialkanals berührend vorbei geführt wird und diese verschmutzen könnten. Der Abstand der Führungsmittel 101 , 102 in Höhenrichtung ist vorzugsweise einstellbar, beispielsweise durch Verlagern der Höhenposition des oberen Führungsmittels 101 und/oder des unteren Führungsmittels 102 oder beider Führungsmittel 101 , 102. So kann die Höhe des Abstands an die Höhe des zu erwärmenden Beschichtungsmaterials angepasst werden. Grundsätzlich kann dadurch auch die Position der Durchführung des Beschichtungsmaterials relativ zur Höhe des Materialkanals eingestellt werden.
Die Figur 15 zeigt ein Diagramm zur Darstellung von Temperaturverläufen der Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials als Funktion der Höhe zwischen den Führungsmitteln gemessen an der Fügestelle des Beschichtungsmaterials und des Werkstückes. Dabei ist eine erste Kurve 110 dargestellt, bei welcher keine Führungsmittel verwendet wurden. Der Temperaturverlauf steigt von dem oberen und vom unteren Rand des Beschichtungsmaterials an und hat in der Mitte des Beschichtungsmaterials, in Höhenrichtung betrachtet, sein Maximum.
Dabei ist auch eine zweite Kurve 111 dargestellt, bei welcher Führungsmittel verwendet sind, die jeweils aus einem Führungskörper und aus Führungsstegen bestehen und der eine Aufnahme mit einem Körper aus beispielsweise Al203 aufweist, wobei der Führungskörper und die Führungsstege aus Teflon, PTFE bestehen. Der Temperaturverlauf steigt von dem oberen und vom unteren Rand des Beschichtungsmaterials an und bildet jeweils ein lokales randseitiges Maximum, wobei in der Mitte des Beschichtungsmaterials, in Höhenrichtung betrachtet, ein lokales Minimum vorliegt.
Dabei wurde dieses Temperaturprofil an der Fügestelle des Beschichtungsmaterials an dem Werkstück gemessen, das heißt, dass thermische Ausgleichsprozesse bei der Überbrückung der Distanz zwischen Applikatorausgang und Fügestelle bereits stattgefunden haben.
Die Figur 16 zeigt eine schematische Darstellung eines Beschichtungsmaterials 120 in Höhenrichtung. Dabei wird das Beschichtungsmaterial in fünf Bereiche aufgeteilt, in einen Mittelbereich und in vier Randzonen A bis D. Dabei ist der Mittelbereich der Bereich, in welchem das Beschichtungsmaterial später mit einem Werkstück verklebbar ist. Der Bereich der Randzonen A und D ist der Bereich, in welchem das Beschichtungsmaterial in den Führungsmitteln geführt ist und die Randzonen B und C Ist ein Übergangsbereich. Der Mittelbereich soll dabei beispielhaft für eine TPU basierende Funktionsschicht möglichst eine Temperatur im Bereich von etwa 170° C bis etwa 200° C aufweisen, so dass die Funktionsschicht soweit aufschmilzt, dass sie damit verklebbar ist. In den beiden Randschichten A und D sollte die Temperatur gering sein, beispielsweise bis etwa 80° C, so dass die Bereiche, die in die Führungsmittel eingreifen nicht aufgeschmolzen sind. Die Randzonen B und C nehmen eine Übergangstemperatur an, die aber auch höher sein kann, als im Mittelbereich, siehe Figur 15.
Die Figur 17 zeigt unterschiedliche Feldstärkenverläufe als Funktion der Höhe, allerdings quer dargestellt, wobei eine Abhängigkeit der Dimensionierung des Führungskörpers des Führungsmittels gezeigt ist. Man erkennt Führungskörper mit Dimensionen von 8 mm x 4 mm bis zu 8 mm x 8 mm. Dabei ist die elektrische Feldstärke des Mikrowellenfelds an den oberen und unteren Randbereichen deutlich erhöht gegenüber einem mittleren Bereich. Die Überhöhung nimmt dabei von einer Höhe von 4 mm bis zu einer Höhe von 8 mm stetig zu.
Die Figur 18 zeigt unterschiedliche Feldstärkenverläufe als Funktion der Höhe, allerdings quer dargestellt, wobei eine Abhängigkeit des Werts ε' des Führungskörpers des Führungsmittels bei gleichen Abmessungen gezeigt ist.
Man erkennt Führungskörper mit ε' von 1, 2, 4. 6 und 9. Dabei ist die elektrische Feldstärke des Mikrowellenfelds bei kleinem ε' = 1 im mittleren Bereich maximal und nimmt kontinuierlich zum Rand hin ab. Bei ε' - 2 wird das Maximum breiter und der Abfall zum Rand hin steiler. Es deutet sich bereits ein lokales Minimum am Rand an. Bei ε' = 4 liegen steile Maxima am jeweiligen Rand mit einem deutlich ausgeprägten lokalen Minimum im mittleren Bereich vor. Dieser Effekt verstärkt sich hin zu ε' = 6 und zu ε' = 9.
Die Figur 19 zeigt ein Führungsmittel 150 mit einem Beschichtungsmaterial 60 im Schnitt. Das Beschichtungsmaterial 160 weist eine Dekorschicht und eine Funktionsschicht 161 auf. Das Führungsmittel 150 weist einen Führungskörper 151 und zwei von dem Führungskörper 151 abragende Führungsstege 152, 153 auf. Zwischen den Führungsstegen 152, 153 ist eine Führungsnut 154 ausgebildet, in welche der Rand des Beschichtungsmaterials 160 eingreift und geführt wird. Die Höhe der Führungsstege in Höhenrichtung h ist auf beiden Seiten einlaufseitig gleich. Auslaufseitig reduziert sich die Höhe des Führungsstegs 152, der auf der Seite der Funktionsschicht 161 angeordnet ist, siehe auch Figur 20. Es ist zu erkennen, dass die Höhe des Führungsstegs bei etwa 40% der Länge oder anderweitig reduziert ist. Alternativ kann die Höhe des Führungsstegs 152 auch auf voller Länge reduziert sein. Die Figuren 21 bis 23 zeigen Darstellungen des Führungskörpers 200, 220 und 240 mit zumindest einer Aufnahme 202, 222, 242 für zumindest ein dielektrisches Funktionselement 201 , 221 bzw. 241. Dabei kann die Aufnahme als eckiger, zylindrischer oder sonstiger Kanal gebildet sein, der einseitig oder beidseitig offen ist. Das jeweilige dielektrische Funktionselement 201, 221, 241 ist dabei in der jeweiligen Aufnahme platzierbar und gegebenenfalls auch verlagerbar, wie es durch den jeweiligen Pfeil 203, 223, 243 angedeutet ist.
Das dielektrische Funktionselement ist dabei bevorzugt aus einem Material mit hohem Wert von ε', beispielsweise größer als 1, vorzugsweise etwa 3, 4, 6 oder etwa 9 oder jeweils auch mehr.
Dabei kann das Funktionselement auch beispielsweise endseitig metallisiert sein, damit es verlötbar ist. Dabei sind die metallisierten Endbereiche allerdings nicht im Applikator angeordnet.
Der Vorschubrichtung des Beschichtungsmaterials entspricht dabei insbesondere die Längsrichtung des Materialkanals.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung
2 Funktionsschicht
3 Beschichtungsmaterial
4 Mikrowellenquelle
5 Applikator
6 Mikrowellenkanal
7 Materialkanal
10 Applikator
11 Applikatorsegment
12 Applikatorsegment
13 Applikatorsegment
14 Kammer
15 Materialkanal
16 Beschichtungsmaterial
17 Mikrowellenkanal
18 Mikrowellenkanal
19 Mikrowellenkanal
20 Vorrichtung
21 Einlassöffnung
22 Auslassöffnung
23 Wand
24 Blende
25 Lochblende
26 Metallelement
27 Modulationsvorrichtung
28 Öffnung
29 Metallwandung
30 Führungsvorrichtung
40 Spülvorrichtung 41 erster Spülmediumanschluss
42 zweiter Spülmediumanschluss
43 Kanäle
50 Füllung
51 Resonator
60 Temperaturmessvorrichtung
100 Materialkanal
101 obiges Führungsmittel
102 unteres Führungsmittel
110 erste Kurve
111 zweite Kurve
120 Beschichtungsmaterial
150 Führungsmittel
151 Führungskörper
152 Führungssteg
153 Führungssteg
154 Führungsnut
160 Beschichtungsmaterial
161 Funktionsschicht
200 Führungskörper
201 dielektrisches Funktionselement
202 Aufnahme
203 Pfeil
220 Führungskörper
221 dielektrisches Funktionselement
222 Aufnahme
223 Pfeil
240 Führungskörper
241 dielektrisches Funktionselement 0 242 Aufnahme
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243 Pfeil

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zur Erwärmung einer Funktionsschicht (2, 161) eines Beschichtungsmaterials (3, 16, 120, 160), wie einer Oberflächenbeschichtung oder eines Kantenbandes, insbesondere zum Aufbringen des Beschichtungsmaterials (3, 16, 120, 160) auf eine Fläche eines Werkstücks, mit einer Mikrowellenquelle (4) und einem Applikator (5), wobei in der Mikrowellenquelle (4) erzeugte Mikrowellenstrahlung dem Applikator (5, 10) zuführbar ist, wobei in dem Applikator (5, 10) ein Mikrowellenfeld aufgrund der zugeführten Mikrowellenstrahlung erzeugbar ist, wobei der Applikator (5, 10) zumindest einen Materialkanal (7, 15, 100) aufweist, welcher den Applikator (5, 10) durchquert und durch welchen das Beschichtungsmaterial (3, 16, 120, 160) durchführbar ist, so dass die Funktionsschicht (2, 161) des Beschichtungsmaterials (3, 16, 120, 160) im Mikrowellenfeld innerhalb des Applikators (5, 10) erwärmbar ist, wobei in dem Materialkanal (7, 15, 100) eine Führungsvorrichtung (30, 151 , 200, 220, 240) mit einem ersten Führungsmittel (101 , 150) und gegebenenfalls mit einem zweiten Führungsmittel (102, 150) vorgesehen ist, wobei das Beschichtungsmaterial (3, 16, 120, 160) entlang des zumindest einen Führungsmittels (101, 102, 150) verlagerbar geführt ist, wobei das zumindest eine Führungsmittel (101, 102, 150) derart ausgebildet Ist bzw. die Führungsmittel derart ausgebildet sind, so dass das Beschichtungsmaterial (3, 16, 120, 160), und insbesondere die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials, eine vordefinierte Temperaturverteilung, insbesondere an der Fügestelle des Beschichtungsmaterials an das Werkstück, annimmt.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Führungsmittel (101, 150) und das zweite Führungsmittel (102, 150) derart beabstandet zueinander angeordnet sind, so dass eine Längskante des Beschichtungsmaterials (3, 16, 120, 160) von dem ersten Führungsmittel (101, 150) und von dem zweiten Führungsmittel (102, 150) aufnehmbar und führbar ist.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Führungsmittel (101 , 102, 150) oder beide Führungsmittel (101 , 102, 150) jeweils einen Führungskörper (151 , 200, 220, 240) und eine Führungsnut (154) aufweist bzw. aufweisen, wobei in die Führungsnut (154) eine Längskante des Beschichtungsmaterials
(3, 16, 120, 160) aufnehmbar ist.
4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Führungskörper (151 , 200, 220, 240) beiderseits der Führungsnut (154) ein Führungssteg (152, 153) angeordnet ist.
5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Führungskörper (151, 200, 220, 240) zumindest eine Aufnahme (202) für zumindest ein, insbesondere zusätzliches, dielektrisches Funktionselement (201) vorgesehen ist, mittels welchem die elektrische
Feldstärke des Mikrowellenfeldes, insbesondere in einer Richtung zwischen den Führungsmitteln (101, 102, 150) und/oder in einer Richtung parallel zur Vorschubrichtung des Beschichtungsmaterials, gezielt einstellbar oder beeinflussbar ist, so dass das Beschichtungsmaterial (3, 16, 120, 160), insbesondere die
Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials, eine vordefinierte Temperaturverteilung annimmt.
6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskörper (151 , 200, 220, 240) derart ausgebildet ist, dass die elektrische Feldstärke des Mikrowellenfeldes, insbesondere in einer Richtung zwischen den Führungsmitteln und/oder in einer Richtung parallel zur Vorschubrichtung des Beschichtungsmaterials, dadurch gezielt einstellbar oder beeinflussbar ist, so dass das Beschichtungsmaterial (3, 16, 120, 160), und insbesondere die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials, eine vordefinierte
Temperaturverteilung annimmt.
7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Führungsstege (152, 153) des Führungskörpers (151, 200, 220, 240) derart ausgebildet ist, dass die elektrische Feldstärke des Mikrowellenfeldes, insbesondere in einer Richtung zwischen den Führungsmitteln und/oder in einer Richtung parallel zur Vorschubrichtung des Beschichtungsmaterials, dadurch gezielt einstellbar oder beeinflussbar ist, so dass das Beschichtungsmaterial (3, 16, 120, 160), und insbesondere die
Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials, eine vordefinierte Temperaturverteilung annimmt.
8. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgebung und/oder die Dimensionen des Führungskörpers (151, 200, 220, 240), des dielektrischen Funktionselements (201 , 221 , 241), der Aufnahme (202, 222, 242) und/oder des Führungsstegs (152, 153) derart gewählt ist bzw. sind, dass die elektrische Feldstärke des Mikrowellenfeldes, insbesondere in einer Richtung zwischen den Führungsmitteln und/oder in einer Richtung parallel zur Vorschubrichtung des Beschichtungsmaterials, dadurch gezielt einstellbar oder beeinflussbar ist, so dass das Beschichtungsmaterial (3, 16, 120, 160), und insbesondere die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials, eine vordefinierte Temperaturverteilung annimmt.
9. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Führungskörpers (151 , 200, 220, 240), des dielektrischen Funktionselements (201, 221, 241) und/oder des Führungsstegs (152, 153) derart gewählt ist, dass die elektrische Feldstärke des Mikrowellenfeldes, insbesondere in einer
Richtung zwischen den Führungsmitteln und/oder in einer Richtung parallel zur Vorschubrichtung des Beschichtungsmaterials, dadurch gezielt einstellbar oder beeinflussbar ist, so dass das Beschichtungsmaterial (3, 16, 120, 160), und insbesondere die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials, eine vordefinierte
Temperaturverteilung annimmt.
10. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dielektrizitätskonstante ε' des Materials des Führungskörpers (151 , 200, 220, 240), des dielektrischen
Funktionselements (201, 221, 241) und/oder des Führungsstegs (152, 153) derart gewählt ist, dass die elektrische Feldstärke des Mikrowellenfeldes, insbesondere in einer Richtung zwischen den Führungsmitteln und/oder in einer Richtung parallel zur Vorschubrichtung des Beschichtungsmaterials, dadurch gezielt einstellbar oder beeinflussbar ist, so dass das Beschichtungsmaterial (3, 16, 120, 160), und insbesondere die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials, eine vordefinierte Temperaturverteilung annimmt.
11. Vorrichtung (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Material Aluminiumoxid, AI203, AI02, PTFE, Keramik, Glas, Technisches Glas, Siliziumoxid, SIO, Quarz oder Quarzglas ist.
12. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die beiden sich an der Führungsnut (154) gegenüberliegenden Führungsstege (152, 153) zumindest bereichsweise unterschiedlich hoch sind in Richtung des Abstands zwischen den Führungsmitteln (101, 102, 150).
13. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das in einer Aufnahme (202, 222, 242) angeordnete dielektrische Funktionselement (201, 221, 241) in der Aufnahme (202, 222, 242) veriagerbar ist, um die elektrische Feldstarke des Mikrowellenfeldes, insbesondere in einer Richtung zwischen den Führungsmitteln und/oder in einer Richtung parallel zur Vorschubrichtung des Beschichtungsmaterials, gezielt verstellen zu können, so dass das Beschichtungsmaterial (3, 16, 120, 160), und insbesondere die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials, eine vordefinierte Temperaturverteilung annimmt.
14. Vorrichtung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Funktionselement (201, 221, 241) in der Aufnahme (202, 222, 242) verschiebbar und/oder verdrehbar ist.
15. Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Funktionselement (201, 221 , 241) in der Aufnahme (202, 222, 242) längsverschiebbar, querverschiebbar und/oder höhenverschiebbar ist.
16. Vorrichtung (1) nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Funktionselement (201, 221, 241) aus der Aufnahme (202, 222, 242) entnehmbar ist und/oder in eine der Aufnahmen (202, 222, 242) aufnehmbar ist.
17. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsmittel (101, 102, 150) derart ausgebildet und/oder angeordnet werden, so dass das Beschichtungsmaterial (3, 16, 120, 160), und insbesondere die Funktionsschicht des Beschlchtungsmaterials, eine vordefinierte Temperaturverteilung, insbesondere an der Fügestelle des Beschichtungsmaterials an das Werkstück, annimmt.
18. Verfahren zur Erwärmung einer Funktionsschicht (2, 161) eines Beschichtungsmaterials (3, 16, 120, 160), insbesondere nach Anspruch 17, wie einer Oberflächenbeschichtung oder eines Kantenbandes, insbesondere zum Aufbringen des Beschichtungsmaterials (3, 16, 120, 160) auf eine Fläche eines Werkstücks, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- Erzeugen einer Mikrowellenstrahlung,
- Bilden eines Mikrowellenfeldes aus der erzeugten Mikrowellenstrahlung, und
- Durchführen des Beschichtungsmaterials (3, 16, 120, 160) durch das Mikrowellenfeld mittels einer Führungsvorrichtung (30), so dass die Funktionsschicht (2, 161) des Beschichtungsmaterials (3, 16, 120, 160) im Mikrowellenfeld erwärmt wird, wobei die Führungsvorrichtung (30) derart ausgebildet ist, so dass das Beschichtungsmaterial (3, 16, 120, 160) eine vordefinierte Temperaturverteilung annimmt.
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