Vorrichtung und Verfahren zum Auftrag von viskosen Materialien

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum intermittierenden Auftrag von viskosen Materialien mittels einer Düse auf ein Substrat.

Derartige Vorrichtungen bestehen aus einer Transporteinrichtung, die eine Relativbewegung in Auftragsrichtung zwischen dem Substrat und der Düse bewirkt und einer Einrichtung zum Steuern der Zufuhr und zum Unterbrechen der Zufuhr des viskosen Materials in eine Düsenkammer einer Düse.

Bauartbedingt befindet sich am Auftragskopf im Bereich einer Düsenkammer einer Düse eine Restmenge viskoses Material, die nach dem Unterbrechen des Materialstroms durch eine Steuereinrichtung als „tote Masse" im Auftragskopf verbleibt. Dies führt dazu, dass besonders bei Materialien mit hoher Viskosität, wie z. B. bei Haftschmelzkleber , aufgrund der Kohäsionskräfte unerwünschte Effekte, wie z.B. eine Verschleppung von Leimresten, Fädenziehen oder Nachtropfen auftreten.

Für folgende Weiterverarbeitungsprozesse ist es äußerst wichtig, dass die Abschnitte der Trägerbahn, in denen kein Material aufgetragen wird, auch sicher keine Leimreste aufweisen. Verschleppungen von Leimresten oder ähnliche Effekte können zu erheblichen Störungen führen, die im

Extremfall die Zerstörung weiterer eingesetzter Druck- und Verarbeitungssysteme zur Folge haben.

Bei der intermittierenden Beleimung wird die Zufuhr des Materials in bestimmten Abständen unterbrochen. Die Einrichtung, die viskoses Material zu der Düse befördert, kann aus Trägheitsgründen nicht im gleichen Takt geschaltet werden. Dadurch kommt es in der Zuführung des viskosen Materials zu einem Druckaufbau,, da zwar die Zuführung unterbrochen ist, die Fördereinrichtung aber weiterhin fördert. Der Druckaufbau kann durch einen Bypasskanal geregelt werden, so dass ab einem gewissen Druck das viskose Material über diesen Bypasskanal von einer Düsenkammer zum Beispiel in einen Vorratstank zurückfließt. Diese Methode lässt sich aber nicht ausreichend fein steuern, so dass besagter Effekt nicht völlig eliminiert werden kann. Dieser schwankende Druckverlauf spiegelt sich auch im Auftragsbild des viskosen Materials wieder, da bei öffnung des Ventils ein erhöhter Druck in der Düsenkammer vorhanden ist und somit mehr viskoses Material aus der Düse austritt, bis sich die Druckverhältnisse wieder angeglichen haben .

Vor allem beim Stapeln solcher beschichteten Produkte können sich dadurch erhebliche Höhenunterschiede ergeben, was zu Problemen bei weiteren Verarbeitungsschritten führt.

Weiter kann es auch während eines Materialauftrags bzw. intermittierenden Materialauftrags, bedingt durch Druckschwankungen durch eine ungleichmäßig arbeitende Druckquelle, zu Schwankungen in der Auftragsstärke des viskosen Materials kommen.

Bei einer bekannten Vorrichtung gemäß der US-A-6 105 832 wird eine in der Düse verbleibende Restmenge Kleber gleichzeitig mit dem Unterbrechen der Leimzufuhr zurückgezogen. Dies

geschieht bauartbedingt abhängig voneinander. Diese Lösung beschäftigt sich mit einer sauberen Absatzkante beim Beenden des Leimauftrags und kann das Zurückziehen des Leims nicht unabhängig vom Unterbrechen der Leimzufuhr zur Düse steuern.

Bei einer Vorrichtung gemäß der US-A-4 062 480 wird gleichzeitig mit dem Verschließen des Ventils eine bestimmte Menge Flüssigkeit in eine Kammer zurückgesaugt. Somit kann auch nur das Problem einer sauberen Absatzkante bedingt gelöst werden, da keine weitere Einflussmöglichkeit besteht, den Materialrückzug unabhängig zu steuern.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Auftrag von viskosen Materialien auf einen Träger bereitzustellen. Insbesondere soll auch beim intermittierenden Auftrag eine gleichmäßige Verteilung des viskosen Materials und exakte Kanten an Anfang und Ende eines Auftrags ermöglicht werden. Weiter soll bei einem breit über das Substrat verteilten Materialauftrag, wie zum Beispiel mittels einer Flächendüse, neben genauen An- und Absatzkanten eine hohe Genauigkeit während des Auftrags sowohl über die gesamte Auftragsbreite als auch in Transportrichtung des Substrats erreicht werden.

Diese Aufgaben werden mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.

Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, neben der bekannten Zufuhrsteuerung für das viskose Material, die die

Zufuhr steuert bzw. unterbricht, im Bereich der Düsenkammer der Düse den Druck des viskosen Materials durch eine

Veränderung des Volumens der Düsenkammer zu steuern.

Vorzugsweise wird das Volumen der Düsenkammer möglichst nahe an der Düsenöffnung angeordnet. Die Volumensteuerung der

Düsenkammer wird vorzugsweise mittels einer auslenkbaren

Membran bzw. Kolben erreicht, die von einer Druckquelle gesteuert bzw. ausgeienkt wird. Vorzugsweise erstreckt sich die Membran bzw. der Kolben über die gesamte zu steuernde Auftragsbreite.

So können unerwünschte Störeffekte vermieden werden, wie z.B. ungleichmäßiges Auftragen des viskosen Materials und

Leimverschleppung bzw. Fädenziehen. Es entsteht so ein gleichmäßiger Materialauftrag mit exakten Anfangs- und Endkanten.

Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert, es zeigen:

Fig. 1 eine schematische übersicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines

Ausführungsbeispiels eines Auftragskopfes, Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer Düse in zurückgezogenem Zustand des viskosen Materials, Fig. 4 eine schematische Seitenansicht eines

Ausführungsbeispiels einer Drucksteuereinrichtung mit

Membran und Fig. 5 ein schematisches Diagramm der Druckverläufe eines

Ausführungsbeispiels während eines intermittierendem

Auftrags

Gemäß Fig. 1 wird ein Substrat 1 mittels einer Transporteinrichtung 2 an der Düse 3 in Auftragsrichtung

(Pfeil T) vorbeigeführt. Das viskose Material 12 wird von einem Vorratstank 19 über eine Leitung 4 zum Auftragskopf 5 geführt, wo es über die Düse 3 auf das Substrat 1, z. B. intermittierend in z. B. rechteckigen Feldern 6 aufgetragen wird. Die Düse 3 ist in einer bevorzugten Ausführungsform eine

Flächenauftragsdüse, wobei diese Flächendüse einen oder mehrere voneinander unabhängige Zuflüsse hat, die viskoses Material 12 von dem Vorratstank 19 zu der Düse 3 _. befördern. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Flächenauftragsdüse im Wesentlichen über die gesamte Breite des Substrates 1. Die Flächenauftragsdüse weist eine Steuereinrichtung 14 oder mehrere unabhängige Steuereinrichtungen 14 gemäß Fig. 2 auf, wobei im Falle von mehreren Steuereinrichtungen 14 diese quer zur Transportrichtung T und über die Breite der Flächenauftragsdüse verteilt angeordnet sind.

Eine in Transportrichtung T gesehen vor der Düse angeordnete Detektoreinheit 7 erkennt die Markierungen 8 im Substrat 1 und gibt Detektorsignale an die Steuereinheit 9. Mit Kenntnis der Markierungen 8 und der Transportgeschwindigkeit des Substrates 1 steuert die Steuereinheit 9 die Steuereinrichtung 14 und/oder die Drucksteuereinheit 11 über die Leitungen 10.

Die Drucksteuereinheit 11, die in einer bevorzugten Ausführungsform am Auftragskopf 5 angeordnet ist, wird von einer Druckquelle 18 gesteuert und kann den Druck des viskosen Materials 12 im Bereich der Düsenkammer 15 verändern, was mit Hilfe von Figur 2 näher erläutert wird. Besonders bevorzugt wird die Drucksteuereinheit 11 möglichst nahe der Düsenöffnung, d.h. der öffnung der Düse 3, an der das viskose Material austritt und auf das Substrat 1 aufgetragen wird, angeordnet .

In einer weiteren Ausführungsform wird der Auftragskopf 5 und/oder die Drucksteuereinheit 11 direkt von der Detektoreinheit 7 gesteuert, oder ohne Detektoreinheit mittels voreingestellten Signalen gesteuert.

Mittels (nicht dargestellten) Heizelementen im Bereich des

Vorratstankes 19 und gegebenenfalls des Auftragskopfes 5 wird der Kotrαeltkieber bzw. Haftschmelzkleber so weit erwärmt, dass er verarbeitet werden kann.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Auftragskopfes 5, wobei die Ansicht so geschnitten wurde, dass die Funktion der Drucksteυereinrichtung 11 veranschaulicht wird. Das viskose Material 12 wird über eine Rohrleitung oder einen Schlauch 13 dem Auftragskopf 5 zugeführt, wo eine Steuereinrichtung 14, z. B. in Form eines steuerbaren Ventils, zum Steuern der Zufuhr und zum Unterbrechen der Zufuhr des viskosen Materials 12 angeordnet ist. Die in Flussrichtung des viskosen Materials gesehen nach der Steuereinrichtung 14 angeordnete Drucksteuereinrichtung 11 regelt den Druck des viskosen Materials 12 im Bereich der Düsenkammer 15 einer Düse 3. In einer bevorzugten Ausführungsform wird dies mit einer auslenkbaren Membran 16 erreicht, die einen Teil der Wand der Düsenkammer 15 bildet. Mittels eines Fluids 17, das vorzugsweise ein nicht komprimierbares Fluid ist, wird die Membran 16 je nach Bedarf in eine der beiden Richtungen ausgelenkt. So kann durch änderung des Kammervolumens der Druck des viskosen Materials 12 positiv oder negativ beaufschlagt werden, wodurch eine Feinsteuerung des Materialauftrags auf das Substrat 1 vorgenommen wird. Vorzugsweise ist die Drucksteuereinrichtung 11 nahe der Austrittsöffnung der Düse angeordnet, da so weniger viskoses Material bei der Steuerung bewegt werden muss. Dies ist einerseits bezüglich der benötigten Steuerkraft der Membran und anderseits für die Geschwindigkeit und somit auch für die Genauigkeit der Regelung vorteilhaft.

In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Membran im Wesentlichen über die ganze Breite der Flächenauftragsdüse .

Die Membran wird durch einen oder mehrere Anschlüsse, in denen das Fluid zur Auslenkung der Membran zugeführt bzw. abgesaugt wird, gesteuert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird in der Drucksteuereinrichtung 11 anstelle der Membran 16 ein Kolben benutzt, der die gewünschte Volumenveränderung im Bereich der Düsenkammer 15 vornimmt.

Ist die Steuereinrichtung oder das Ventil 14 geschlossen, erhöht sich der Druck des viskosen Materials 12, das an der öffnung 13 zugeführt wird, da es kontinuierlich zum Auftragskopf 5 gefördert wird. Dies hat zur Folge, dass ohne eine Drucksteuereinrichtung 11 in der Phase unmittelbar nach dem öffnen der Steuereinrichtung 14 eine überhöhte Menge viskosen Materials 12 aus der Düse 3 auf das Substrat 1 aufgetragen wird. Dies wird erfindungsgemäß mittels der Drucksteuereinrichtung 11 verhindert, indem im Bereich der Düsenkammer 15 viskoses Material 12 zurückgezogen wird.

Während des Auftrags von viskosem Material 12 auf das Substrat 1 werden mit der Drucksteuereinrichtung 11 Druckschwankungen in der Zufuhr des viskosen Materials 12 abgefangen, indem z.B. erfindungsgemäß eine Membran 16 so ausgelenkt wird, dass Abweichungen vom gewünschten Materialdruck ausgeglichen werden .

Beim Beenden des Auftrags von viskosem Material 12 auf das Substrat 1 wird die Steuereinrichtung 14 bzw. das Ventil geschlossen und gleichzeitig oder zeitlich versetzt der im Bereich der Düsenkammer 15 verbleibende Rest von viskosem Material 12 so weit zurückgezogen, dass ein Abstand zwischen viskosem Material 12 und Substrat 1 entsteht. Dadurch wird erreicht, dass trotz der Kohäsionskräfte des viskosen Materials 12 die Absatzkante exakt ausgebildet wird.

In einer bevorzugten Ausführungs form sind pro Steuereinrichtung 14 mindestens zwei Drucksteuereinrichtungen 11 vorhanden, vorzugsweise bezogen auf die Transportrichtung T in Querrichtung nebeneinander angeordnet sind.

Fig. 3 zeigt schematisch den Bereich der öffnung einer Düse 3, wobei der Auftrag von viskosem Material 12 auf ein Substrat 1 beendet v,"jrde . Das viskose Material 12 wurde von der Drucksteuereinrichtung 11 zurückgezogen, um einen Abstand zwischen viskosem Material 12 und Substrat 1 herzustellen.

Fig. 4 zeigt eine Membran 16, wobei sich unterhalb der Membran 16 viskoses Material 12 und darüber ein Fluid 17 befinden. Die Membran 16 ist im nach oben gewölbten Zustand dargestellt, wie er z . B. bei beendetem Auftrag des viskosen Materials 12 sein kann, da viskoses Material 12 aus dem Bereich der öffnung einer Düse 3 zurückgezogen wird, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Die Auslenkung der Membran 16 wird durch Steuerung des Drucks des Fluids 17 erreicht. Dies hat bei geschlossener Steuereinrichtung 14 zur Folge, dass ein Abstand zwischen viskosem Material und Substrat 1 entsteht (Fig. 3).

Fig. 5 zeigt den Zusammenhang vom Druckverlauf in einer Düsenkammer 15 mit den Schaltzyklen einer Steuereinrichtung 14 und der Auslenkung einer Drucksteuereinrichtung 11 während eines intermittierendem Auftrags. Fig. 5(a) zeigt dabei die

Schaltzyklen einer Steuereinrichtung 14, die Diagramme in Fig.

5 (b) und 5 (c) den Druckverlauf vor der Steuereinrichtung 14 bzw. den Druckverlauf in der Düsenkammer 15 und Fig. 5 (d) zeigt eine Möglichkeit des Verlaufes der Auslenkung der

Drucksteuereinrichtung 11. Die Dauer der einzelnen

Zeitabschnitte sind zur besseren Darstellung verzerrt dargestellt und nur als beispielhaft anzusehen. In den Zeitabschnitten 1 und 2 bzw. 5 und 6 ist die Steuereinrichtung

14 geöffnet, d.h. es wird viskoses Material 12 auf ein

Substrat 1 aufgetragen. In den Zeitabschnitten 3,4,7 und 8 ist die Zufuhr von viskosem Material 12 zur Düse 3 unterbrochen. Der Auftrag von viskosem Material 12 auf ein Substrat 1 ist in Fig. 5(e) dargestellt.

Im Zeitabschnitt 1 ist die Steuereinrichtung 14 erst kurze Zeit geöffnet, und der während der Unterbrechung der Zufuhr gestiegene Druck des viskosen Materials 12 vor der Steuereinrichtung 14 gleicht sich aus. Um den Druck in der Düsenkammer 15 dabei konstant zu halten, wird die Drucksteuereinheit 11 so ausgelenkt, dass das Volumen der Düsenkammer 15 vergrößert wird. So wird vermieden, dass mehr als die gewünschte Menge an viskosem Material 12 auf das Substrat 1 aufgetragen wird.

Der Zeitabschnitt 2 stellt den Abschnitt während des Materialauftrags dar. Die Steuereinrichtung 14 ist dabei geöffnet; der Materialdruck ist dabei konstant, aber beabsichtigt unter dem gewünschten Auftragsdruck. Damit kann sich die Drucksteuereinheit 11 durch Verkleinerung des Volumens der Düsenkammer 15 wieder in eine neutrale Ausgangsposition bewegen, wobei der Druck des viskosen Materials 12 wieder erhöht wird. Während des Auftrags können auch Druckschwankungen der Druckquelle 18 mit der Drucksteuereinheit 11 ausgeglichen werden.

Die Zeitabschnitte 3 und 4 zeigen den Zustand während einer durch die Steuereinrichtung 14 unterbrochenen Zufuhr von viskosem Material 12 zur Düse 3. Der Materialdruck vor der Steuereinrichtung 14 steigt langsam an. Im ersten Moment nach der Unterbrechung sinkt der Materialdruck in der Düsenkammer 15, da die Drucksteuereinrichtung 11 das Volumen der Düsenkammer 15 vergrößert, um viskoses Material 12 aus dem öffnungsbereich der Düse 3 zurückzuziehen. Dadurch werden

Effekte wie z.B. eine Verschleppung des viskosen Materials 12 vermieden. Anschließend wird das Volumen der Düsenkammer 15 durch die Drucksteuereinrichtung 11 konstant gehalten.

Die Zeitabschnitte 5 bis 8 stellen eine Wiederholung der Zeitabschnitte 1 bis 4 dar, womit der intermittierende Materialauftrag gezeigt werden soll.

Die Auslenkung der Drucksteuereinrichtung 11 kann sowohl um den Ruhezustand verschoben werden, als auch einen anderen Verlauf aufzeigen. Der Verlauf der Auslenkung der Drucksteuereinrichtung 11 im Zeitabschnitt 2 bzw. 6 kann auch nicht linear, vor allem beim Auftrag von komprimierbaren Materialien, verlaufen.

Ein Zurückbewegen der Membran 16 in eine neutrale oder gewünschte Position wird in einer weiteren Ausführungsform dadurch erreicht, dass im Anfangsmoment des Materialauftrags die Steuervorrichtung 14 geschlossen bleibt und das viskose Material 12 durch die Verkleinerung des Volumens der Düsenkammer 15 durch die Membran 16 von der Düse auf dem Substrat 1 aufgetragen wird. Zeitversetzt wird dann zum weiteren Auftrag die Steuervorrichtung 14 geöffnet. So kann am Ende des Auftrags das Volumen der Düsenkammer 15 wieder vergrößert werden, um viskoses Material 12 wie oben beschrieben zurück zu ziehen.