VORRICHTUNG ZUM INTERMITTIERENDEN AUFTRAGEN EINES FLIESSFÄHIGEN STOFFS, SOWIE VERFAHREN ZUM AUFTRAGEN EINES SOLCHEN STOFFS

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum intermittierenden Auftragen eines fließfähigen Stoffs, insbesondere fließfähigen Klebstoffs, auf mindestens ein Substrat, mit einer Auftragsdüse (10) zum Auftragen des fließfähigen Stoffs auf das Substrat, einem Behälter (4) zur Aufnahme des Stoffs, einer Pumpe (14) zum Fördern des Stoffs und einem Antrieb (13), wobei die Pumpe mit dem Behälter wirkverbunden ist und mittels des in der Drehzahl regelbaren Antriebs antreibbar ist, ferner mit einem Stellelement (22), das mit der Pumpe wirkverbunden ist und in zwei Stellungen überführbar ist, wobei das Stellelement in einer ersten Stellung den Stoff zur Auftragsdüse leitet und in einer zweiten Stellung die Zuleitung der Auftragsdüse sperrt, ferner mit einer Steuervorrichtung (12) zum Betätigen des Stellelements und zum Regeln der Drehzahl des Antriebs der Pumpe.
Bei dieser Vorrichtung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Anordnung von Antrieb und Pumpe eine Charakteristik aufweist, gemäß der die Drehzahl des Antriebs linear dem Fördervolumen der Pumpe ist, das Stellelement in einer zweiten Stellung, bei angetriebener Pumpe, den Stoff über eine Leitung (6) zum Behälter zurückleitet, das Stellelement in der ersten Stellung den Rückfluss zum Behälter sperrt sowie die Drehzahl des Antriebs in den beiden Stellungen des Stellelements unterschiedlich groß ist.
Die Erfindung schlägt ferner ein Verfahren zum Auftragen des Stoffs unter Verwendung dieser Vorrichtung vor.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum intermittierenden Auftragen eines fließfähigen Stoffes, insbesondere fließfähigen Klebstoffs, auf mindestens ein Substrat, mit einer Auftragsdüse zum Auftragen des fließfähigen Stoffs auf das Substrat, einem Behälter zur Aufnahme des fließfähigen Stoffs, einer Pumpe zum Fördern des fließfähigen Stoffs und einem Antrieb, wobei die Pumpe mit dem Behälter wirkverbunden ist und die Pumpe mittels des in der Drehzahl regelbaren Antriebs antreibbar ist, ferner mit einem Stellelement, das mit der Pumpe wirkverbunden ist und in zwei Stellungen überführbar ist, wobei das Stellelement in einer ersten Stellung den fließfähigen Stoff zur Auftragsdüse leitet und in einer zweiten Stellung die Zuleitung zur Auftragsdüse sperrt, des Weiteren mit einer Steuervorrichtung zum Betätigen des Stellelements und zum Regeln der Drehzahl des Antriebs der Pumpe.

[0002] Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Auftragen eines fließfähigen Stoffs auf ein Substrat unter Verwendung einer solchen Vorrichtung.

[0003] Vorrichtungen der eingangs genannten Art werden unterschiedlich verwendet. Als hauptsächliches Anwendungsgebiet wird das Auftragen von fließfähigen Klebstoffen mittels der Vorrichtungen angesehen. Ein weiteres wesentliches Anwendungsgebiet ist, im Gegensatz zu der Klebetechnik, die Beschichtungstechnik, somit das Auftragen von fließfähigen Stoffen zwecks Beschichtung von Substraten mittels der Vorrichtung.

[0004] Bei der Herstellung von klebegebundenen Druckerzeugnissen, wie Katalogen, Zeitschriften, Broschüren, Taschenbüchern oder ähnlichen Produkten werden Druckbogen zu losen Buchblocks zusammengetragen und anschließend in einer Klebebindevorrichtung im Wesentlichen am Rücken bearbeitet, sodann wird Klebstoff auf den Buchblockrücken und/oder auf die Innenseite des Rückens eines Umschlags aufgetragen, der mit dem Buchblock vereint und anschließend an diesen angepresst wird. Dabei sind die Buchblocks jeweils während der Bearbeitung in einer geführt umlaufenden Transportklammer der Klebebindevorrichtung mit nach unten vorstehendem Rücken eingespannt.

[0005] Bei der Buchherstellung im Klebebindeverfahren ist es bekannt, den Klebstoff mittels Auftragsdüsen aufzubringen. Bei dem Klebstoff handelt es sich dabei insbesondere um Dispersionsklebstoff, Schmelzklebstoff oder Dispersions-Schmelzklebstoff-Kombinationen. Hierbei hat sich in den letzten Jahren der Klebstoff Polyurethan, kurz PUR bezeichnet, als Schmelzklebstoff herausgestellt, der eine besonders gute Blattausreißfestigkeit aufweist sowie bei dem Buchblock bezüglich des 180°-Aufschlagverhaltens, dem sogenannten Lay-Flat-Verhalten, besonders vorteilhafte Ergebnisse erzielt. Dieser Klebstoff ist auch für schlechtere Papierqualität vorteilhaft einsetzbar, zum Beispiel für gestrichene Papiere, bei denen der Anteil der Strichbestandteile den für die Festigkeit erforderlichen Faseranteil überwiegt, und die sich auch schlechter aufrauen lassen, um die Faser für die Verklebung freizulegen.

[0006] Für die Bearbeitung von reaktiven Klebstoffen, beispielsweise mit Feuchtigkeit der Umgebung chemisch reagierende Polyurethane, werden vorzugsweise sogenannte Schlitzdüsenauftragsvorrichtungen eingesetzt. Der Klebstoff wird in aller Regel in einem dichten, mit einem trockenen Gas gefüllten Vorschmelzgerät verflüssigt und mittels einer volumetrisch fördernden Pumpe über eine Klebstoffzuführleitung einem Auftragskopf der als Schlitzdüse ausgebildeten Auftragsdüse zugeführt und von dieser auf den Buchblockrücken oder den Umschlag übertragen. Die pro Zeiteinheit zu fördernde Menge Klebstoff ist von der Fördergeschwindigkeit des Buchblocks, der Buchblockstärke und der zu erreichenden Dicke des auf den Buchblockrücken oder den Umschlag aufzutragenden Klebstofffilms abhängig. Auf Basis dieser Parameter berechnet eine Steuervorrichtung die erforderliche Drehzahl der Pumpe bzw. die durch die Pumpe zu fördernde Klebestoffmenge. Im Bereich zwischen einander folgenden Buchblocks muss die Klebstoffzufuhr zur Schlitzdüse unterbrochen werden.

[0007] Eine entsprechend dem vorstehend Beschriebenen arbeitende Vorrichtung, die die Merkmale der Vorrichtung der eingangs genannten Art bzw. des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweist, ist aus der EP 2 319 707 A1 bekannt. Diese Vorrichtung weist zwischen Steuerventil und Auftragsdüse eine mit der Steuervorrichtung verbundene Klebstoff-Rückzugseinrichtung auf, die über ein Ventil mit der Steuervorrichtung verbunden ist. Zum Auftragen des Klebstofffilms wird im Wesentlichen gleichzeitig das Steuerventil geöffnet, die Pumpe gestartet und auf die berechnete Drehzahl beschleunigt sowie durch die Klebstoff-Rückzugseinrichtung der vorher darin gespeicherte Klebestoff ausgestoßen. Durch die gemeinsame und zeitlich koordinierte Wirkung der Pumpe, des Steuerventils und der Klebstoff-Rückzugseinrichtung ist ein sauberer definierter Klebestofffilmanfang erreichbar. Während des Klebstoffauftrags dreht ein Antrieb der Förderpumpe mit konstanter Drehzahl. Zum Beenden des Klebstoffauftrags werden im Wesentlichen gleichzeitig das Steuerventil geschlossen, die Pumpe angehalten sowie durch die Klebestoff-Rückzugseinrichtung Klebstoff aufgenommen, der für den nächsten Klebestofffilm wiederum zum Ausstoßen verfügbar ist. Diese Vorrichtung ist baulich aufwendig gestaltet und erfordert einen hohen Steuerungsaufwand. Diese Nachteile sind insbesondere dadurch bedingt, dass bei der Vorrichtung die Klebstoff-Rückzugseinrichtung vorzusehen ist, die zudem angesteuert werden muss, insbesondere exakt auf die Ansteuerung des Stellelements bzw. Ventils, das mit der Pumpe wirkverbunden und in die beiden Stellungen überführbar ist, nämlich in die erste Stellung, in der der fließfähige Klebstoff zur Auftragsdüse geleitet wird und in die zweite Stellung, in der die Zuleitung zur Auftragsdüse gesperrt wird.

[0008] Ein Klebstoffventil zum intermittierenden Auftragen von Klebstoffstreifen auf bahnenförmigem Material, beispielsweise Papierbahnen, ist aus der DE 42 11 942 A1 bekannt. Bei diesem Klebstoffventil handelt es sich um ein Umschaltventil zum Auftragen von Klebstoff. Das Ventil weist ein Ventilgehäuse mit einem Klebstoffzulauf auf, der mit einer Pumpe zum Fördern des Klebestoffs zum Ventil verbunden ist, ferner weist das Ventilgehäuse einen Klebstoffrücklauf auf, der mit einem Klebstoffvorratsbehälter verbunden ist. Der Klebstoff wird mittels der Pumpe zum Klebstoffaustritt des Ventils gefördert, wenn der Klebstoffaustritt geöffnet ist. Bei geschlossenem Klebstoffaustritt läuft die Pumpe stetig weiter, ohne dass sich nennenswerte Druckschwankungen ergeben. Aus diesem Grund ist bei geschlossenem Klebstoffaustritt eine Verbindung zwischen dem von der Pumpe beaufschlagten Klebstoffzulauf und dem Klebstoffrücklauf hergestellt.

[0009] In der DE 41 21 792 A1 ist ein Düsenauftragssystem zum Auftragen von Hotmelt-Klebstoff auf Buchblockrücken mittels einer Schlitzdüse beschrieben. Eine Pumpe, die als Zahnradpumpe ausgebildet ist, ist in einen Auftragskopf integriert. Die Pumpe fördert einen konstanten Volumenstrom Klebstoff. Nach dem Schließen eines Ventils für die Zuführung von Klebstoff zur Schlitzdüse wird der zugeführte Klebstoff über ein einstellbares Überdruckventil zirkuliert und wieder der Pumpe zugeführt. Es handelt sich um ein selbsttätig einstellendes, die während der Auftragspause weiter zulaufende Klebstoffmenge abspritzendes Überdruckventil in der Leitung, dessen Gegenkraft von Steuermitteln über die Steuerung derart regelbar ist, dass der Abspritzdruck über dem erforderlichen Auftragsdruck liegt. Hierbei wird der Auftragsdruck zuvor gemessen und der Steuerung zum Abspeichern zugeführt. Bei jedem Arbeitstakt wird der Aufragsdruck neu gemessen und für die nächste Auftragsunterbrechung abgespeichert.

[0010] Bei einer aus der Praxis bekannten Mengenregelung mit Zirkulationssystem wird in Abhängigheit von einer Auftragsstärke eines Klebstoffs, einer Buchblockstärke und einer Geschwindigkeit, mit der sich die Buchblocks bewegen, der benötigte Klebstoffvolumenstrom ermittelt. Aufgrund des benötigten Klebstoffvolumenstroms und einer bekannten Fördermenge pro Umdrehung einer Klebstoffpumpe wird die erforderliche Drehzahl der Klebstoffpumpe eingestellt und geregelt. Zur Erfassung der Prozessgeschwindigkeit ist ein Encoder vorgesehen. Der Klebstoff zirkuliert kontinuierlich im umlaufenden Klebstoffsystem. Ein Auftragskopf verfügt über ein Ventil, das als Umschaltventil ausgeführt ist. Das Umschaltventil hat die Aufgabe, wechselseitig den Klebstoff von einer Druckquelle zu einer Auftragsdüse oder in einen Rücklaufschlauch zu leiten. Steht das Ventil in der Stellung zur Auftragsdüse, fließt der Klebstoff zur Auftragsdüse. Steht das Ventil in der Stellung zum Rücklaufschlauch, fließt der Klebstoff zurück in den Tank eines Vorschmelzgerätes. In den Rücklaufschlauch vor dem Tank vom Vorschmelzgerät ist eine motorisch stufenlos verstellbare Drossel eingebaut. Die Drossel hat die Aufgabe, in etwa den gleichen Druckabfall im Rücklauf wie über die Auftragsdüse zu erzeugen, sodass sich der durch die Klebstoffpumpe erzeugte Klebstoffdruck nur unwesentlich ändert, wenn das Umschaltventil betätigt wird und zwischen Klebstoffauftrag über die Auftragsdüse und den Rücklauf über die Drossel hin und her schaltet. Dadurch wird erreicht, dass sich beim Start vom Klebstoffauftrag die Druckverhältnisse nicht ändern und der Auftrag einen exakten Beginn auf den Buchblocks ausbildet. Beim Start vom Auftrag muss nur der Klebstoff in der Auftragsdüse beschleunigt werden. Das Volumen in den Klebstoffschläuchen und das Dehnverhalten der Schläuche haben keinen Einfluss auf den Klebstoffauftrag. Es kann im Wesentlichen eine Volumenregelung für die Klebstoffpumpe zum Einsatz kommen. In der Praxis hat sich gezeigt, dass eine Mengenregelung mit Zirkulationssystem für einen präzisen Klebstoffauftrag nicht einfach zu regeln ist. Es hat sich gezeigt, dass es sehr wichtig ist, den Durchflusswiderstand der Drossel genau einzustellen. Um die Einstellung der Drossel ermitteln zu können, ist für jede Einstellung der Länge des Austrittsquerschnitts der Auftragsdüse, für jeden Klebstofftyp und für jede Produktionsgeschwindigkeit ein separater Eichvorgang für die Ermittlung der Drosselstellung erforderlich. Die Daten der Eichung werden in einer Datenmatrix abgespeichert und können bei ähnlichen Konfigurationen von Klebstoff wieder verwendet werden. Dieses System liefert sehr gute Klebstoffaufträge. Nachteilig sind die hohen Kosten des Auftragssystems, insbesondere für die normalerweise über einen Servomotor einstellbare Drossel und der große Aufwand für die Eichvorgänge.

[0011] Aus der EP 1 691 076 A1 ist eine Auftragsvorrichtung bekannt, bei der eine volumetrische Förderpumpe Verwendung findet, wobei Auftragsmaterial über eine Rücklaufleitung von einer Ausgangsöffnung der Pumpe zu einer Eingangsöffnung der Pumpe rückförderbar ist. Hierbei ist der Rücklaufleitung ein Rücklaufventil zugeordnet, das ausgebildet ist, um den Materialfluss durch die Rücklaufleitung freizugeben und zu sperren, vorzugsweise auch zu drosseln. Das Rücklaufventil ist ein im Durchflussquerschnitt variables Ventil, das seinen Durchflussquerschnitt in Abhängigkeit des Drucks des Auftragsmaterials auf der Eingangsseite ändert, insbesondere seinen Durchflussquerschnitt bei zunehmendem Druck vergrößert und bei abnehmendem Druck verringert.

[0012] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass bei geringem baulichem Aufwand und geringem Steuerungsaufwand eine exakte intermittierende Ausgabe von fließfähigem Stoff aus der Auftragsdüse gewährleistet ist. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein vorteilhaftes Verfahren unter Verwendung einer solchen Vorrichtung anzugeben.

[0013] Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist, ferner durch ein Verfahren, das die Merkmale des Patentanspruchs 12 aufweist.

[0014] Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Anordnung von Antrieb und Pumpe eine Charakteristik auf, gemäß der die Drehzahl des Antriebs linear dem Fördervolumen der Pumpe ist. Die Vorrichtung ist derart gestaltet, dass das Stellelement in einer zweiten Stellung, bei angetriebener Pumpe, den fließfähigen Stoff über eine Leitung zum Behälter zurückleitet. In der ersten Stellung sperrt das Stellelement den Rückfluss zum Behälter. Die Drehzahl des Antriebs ist in den beiden Stellungen des Stellelements, somit in der ersten und der zweiten Stellung, unterschiedlich groß.

[0015] Die Vorrichtung weist somit eine Zuführleitung zum schaltbaren Stellelement und vom schaltbaren Stellelement eine Rücklaufleitung zum Behälter auf. Der fließfähige Stoff kann somit zirkulieren, vom Behälter über die Pumpe zum Stellelement und bei in zweiter Stellung befindlichem Stellelement von dort zurück zum Behälter. In der ersten Stellung des Stellelements wird der fließfähige Stoff zur Auftragsdüse geleitet und es ist die Rücklaufleitung zum Behälter gesperrt, damit in diesem Fall keine Zirkulation erfolgt. Da die Drehzahl des Antriebs linear dem Fördervolumen der Pumpe ist, ist die Drehzahl des Antriebes unmittelbar ein Maß für das Fördervolumen. Durch unterschiedlich große Wahl der Drehzahl des Antriebs in den beiden Stellungen des Stellelements - erster und zweiter Stellung - kann ein unterschiedliches Fördervolumen bei der jeweiligen Stellung des Stellelements gefördert werden. Definierte Drehzahlen in den beiden unterschiedlichen Stellungen des Stellelements ermöglichen es damit, Druckverhältnisse in der Vorrichtung zu schaffen, dahingehend, dass der Druck des fließfähigen Stoffs, der unmittelbar an dem Stellelement ansteht, im Wesentlichen gleich groß ist, unabhängig davon, ob sich das Stellelement in der einen oder in der anderen Position befindet, somit unabhängig davon, ob der fließfähige Stoff durch die Auftragsdüse ausgegeben wird oder aber bei in zweiter Stellung befindlichem Stellelement der fließfähige Stoff nicht zur Auftragsdüse gelangt, sondern über die Leitung zum Behälter zurückgefördert wird. Da keine relevanten unterschiedlichen Drücke am Stellelement anliegen, unabhängig in welcher Stellung sich das Stellelement befindet, sind beim Überführen des Stellelements von der zweiten Stellung in die erste Stellung, somit in die Stellung, in der der fließfähige Stoff zur Auftragsdüse gefördert wird, keine prozessrelevanten Druckveränderungen im Bereich des Stellelements zu verzeichnen. Damit ist eine einfache und kostengünstige Vorrichtung darstellbar. Der Einfluss der Zuführleitung des fließfähigen Stoffs und der Rückführleitung des fließfähigen Stoffs auf die Dosierung des fließfähigen Stoffs und die Gleichmäßigkeit des Auftrags von fließfähigem Stoff ist hierdurch minimiert. Der Druck des fließfähigen Stoffs vor dem Stellelement ist während des Auftragens des fließfähigen Stoffs und während der Zeit zwischen zwei Aufträgen des fließfähigen Stoffs im Wesentlichen konstant.

[0016] Die Drehzahl des Antriebs ist vorzugsweise proportional dem Fördervolumen der Pumpe.

[0017] Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die Drehzahlen des Antriebs in den beiden Stellungen des Stellelements derart sind, dass der Druck des fließfähigen Stoffs unmittelbar stromaufwärts des Stellelements während des Ausgebens aus der Auftragsdüse und während der Rückleitung des fließfähigen Stoffs zurück zum Behälter im Wesentlichen gleich groß ist. Unter "im Wesentlichen" wird hierbei verstanden, dass der Druck des fließfähigen Stoffs während des Ausgebens maximal 10 Prozent nach oben oder unten bezüglich des Drucks während der Rückleitung des fließfähigen Stoffs zurück zum Behälter sein sollte, vorzugsweise maximal 5 Prozent.

[0018] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stellelement ein Umschaltventil aufweist, das in die beiden Stellungen umschaltbar ist. Die Funktion der Umschaltung in die beiden Stellungen wird somit mittels eines einzigen Umschaltventils verwirklicht.

[0019] Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Stellelement zwei Ventile aufweist, wobei ein erstes Ventil in einer ersten Stellung den fließfähigen Stoff zur Auftragsdüse leitet und in einer zweiten Stellung die Zuleitung zur Auftragsdüse sperrt, sowie das zweite Ventil in einer ersten Stellung den Rückfluss zum Behälter sperrt und in einer zweiten Stellung den Rückfluss zum Behälter freigibt. Bei dieser Gestaltung sind somit zwei unabhängige Ventile vorgesehen.

[0020] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Austrittsquerschnitt der Auftragsdüse, insbesondere einer als Schlitzdüse ausgebildeten Auftragsdüse, veränderbar ist, insbesondere bei konstanter Breite des Austrittsquerschnitts dessen Länge veränderbar ist. Die Verwendung einer Schlitzdüse ist insbesondere dann vorgesehen, wenn mittels der Vorrichtung klebegebundene Druckerzeugnisse hergestellt werden sollen und der Klebstoff auf intermittierend geförderte Druckereierzeugnisse im Bereich von Buchblockrücken und/oder Innenseiten der Rücken von Umschlägen aufgetragen werden sollen. Sind Druckereierzeugnisse unterschiedlicher Stärke herzustellen, ist entsprechend dieser Stärke die Schlitzdüsenlänge anzupassen. Unter dem Aspekt des Förderns der Druckereierzeugnisse in einer geradlinigen Bewegung, entspricht die Länge des Schlitzdüsenquerschnitts der Breite des Klebstoffauftrags auf das jeweilige Druckereierzeugnis und es ergibt sich die Länge des Auftrags aufgrund der Öffnungsdauer der Schlitzdüse während des Förderns des Druckereierzeugnisses entlang der Schlitzdüse.

[0021] Vorzugsweise ist in einen Rückflussabschnitt des Stellelements oder in die Leitung, durch die der fließfähige Stoff zum Behälter zugeleitet wird, eine Drossel integriert. Diese Drossel ist grundsätzlich nicht erforderlich. Der Vorteil einer Drossel ist darin zu sehen, dass eine Strömung der Drossel darstellbar ist, die bezüglich der Charakteristik der Auftragsdüse, insbesondere der veränderlichen Charakteristik der Schlitzdüse abgleichbar ist. Hierdurch ergeben sich nur wenig unterschiedliche Verhältnisse bei der Vorrichtung für die beiden Schaltstellungen des Stellelements.

[0022] In aller Regel wird die Drossel ein separates Bauteil sein. Es ist aber durchaus denkbar, dass die Drossel durch einen Leitungsabschnitt verwirklicht wird, der aufgrund seiner Länge eine Drosselung bewirkt. Die Drossel kann andererseits auch das Stellelement selbst sein, das aufgrund seiner Gestaltung in der zweiten Stellung des Stellelements, somit bei Zurückleiten des fließfähigen Stoffs die Drosselung bewirkt.

[0023] Die Drossel kann einstellbar oder nicht einstellbar sein. Insbesondere ist die Drossel nicht einstellbar. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Strömungswiderstand der Drossel, insbesondere einer fest eingebauten Drossel, ungefähr dem Strömungswiderstand der Auftragsdüse bei einer mittleren Einstellung der Länge des Austrittsquerschnitts der Auftragsdüse, somit bei einer mittleren Einstellung der Auftragsbreite des fließfähigen Stoffs, insbesondere des fließfähigen Klebstoffs, auf das jeweilige Druckereierzeugnis und einer mittleren Produktionsgeschwindigkeit des Buchblocks entspricht. Über eine Veränderung der Drehzahl des Antriebs der Pumpe und somit der linearen Veränderung des geförderten Volumenstroms wird in etwa ein gleichgroßer Druckabfall im Rücklauf und über die fixe Drossel erzeugt wie über die Auftragsdüse, sodass sich der durch die Pumpe erzeugte Druck des fließfähigen Stoffs nur unwesentlich ändert, wenn das Stellelement betätigt wird. Somit wird mit dem Umschalten des Stellelements gleichzeitig auch die Drehzahl des Antriebs der Pumpe verändert. Hierdurch wird erreicht, dass sich beim Start des Auftrags des fließfähigen Stoffs die Druckverhältnisse nicht ändern und der Auftrag einen exakten Beginn aufweist. Das Volumen in Schläuchen für den fließfähigen Stoff und ein Dehnverhalten der Schläuche haben keinen merklichen Einfluss auf das Auftragsverhalten. Es kann im Wesentlichen eine Volumenregelung für die Pumpe zum Einsatz kommen.

[0024] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass stromaufwärts des Stellelements, insbesondere benachbart des Durchgangs des fließfähigen Stoffs durch das Stellelement zur Auftragsdüse, ein Drucksensor zum Ermitteln des Drucks des fließfähigen Stoffs angeordnet ist, wobei mittels des Drucksensors der Druck des fließfähigen Stoffs ermittelbar und an die Steuervorrichtung übermittelbar ist. Ein derartiger Drucksensor ermöglicht es, die Vorrichtung zu eichen. Hierbei kann der Drucksensor ausschließlich temporär zu Abgleichzwecken und/oder zu Kalibrierzwecken eingebaut sein. Andererseits kann der Drucksensor dauerhaft Bestandteil der Vorrichtung sein. Allerdings baut die Vorrichtung dann aufwendiger und ist teurer.

[0025] Bei der Vorrichtung kann stromabwärts der Pumpe eine Einrichtung zur Begrenzung des Drucks des fließfähigen Stoffs vorhanden sein. Vorzugsweise wird vom Drucksensor ein Maximaldruck, insbesondere ein einstellbarer Maximaldruck überwacht. Es sind Steuermittel vorgesehen, die bei Überschreitung des Maximaldrucks die Pumpe ausschalten und das Stellelement in dessen Rücklaufstellung schalten. Hierdurch kann eine Überlastung der Vorrichtung, die zu deren Beschädigung führen würde, wirksam ausgeschlossen werden.

[0026] Gemäß einem Verfahren zum Auftragen eines fließfähigen Stoffs auf ein Substrat unter Verwendung der beschriebenen Vorrichtung, ggf. unter Berücksichtigung der beschriebenen Weiterbildung der Vorrichtung, ist vorgesehen, dass das Verhältnis zwischen dem Volumenstrom des fließfähigen Stoffs während des Auftrags des fließfähigen Stoffs zu dem Volumenstrom des fließfähigen Stoffs während der Rückleitung zum Behälter durch einen Abgleichvorgang bestimmt wird.

[0027] Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn das beschriebene Verhältnis durch einen Abgleichvorgang bestimmt wird. Insbesondere ist der Abgleichvorgang nur von der eingestellten Länge des Austrittsquerschnitts der Auftragsdüse abhängig. Insbesondere wird für den Abgleichvorgang eine Geschwindigkeit eines relativ zur Auftragsdüse geförderten Substrats und/oder die Stärke des auf das Substrat aufzubringenden fließfähigen Stoffs und/oder die Viskosität des fließfähigen Stoffs und/oder das Strömungsverhalten des fließfähigen Stoffs in einem mittleren Anwendungsbereich gewählt. Hiermit kann bei relativ geringem Aufwand, somit relativ einfach, das Abgleichen erfolgen.

[0028] Alternativ wird es als bevorzugt angesehen, wenn der Abgleichvorgang softwaregesteuert und automatisch abläuft. Insbesondere wird zuerst der gesamte Verstellbereich der Auftragsdüse abgefahren und bei ausgewählten Längen des Austrittsquerschnitts der Auftragsdüse ein am Drucksensor anstehender Druck und die Drehzahl des Antriebs ermittelt. Dann wir das Stellelement auf Zirkulation umgeschaltet und es werden für die gleichen ausgewählten Längen bei gleichen gewählten Bedingungen die jeweiligen Drehzahlen des Antriebs ermittelt, bei denen jeweils der Druck am Drucksensor gleich groß ist wie während des Stoffauftrags mittels der Auftragsdüse. Es werden die Vielzahl ermittelter Verhältnisse zwischen dem Volumenstrom während des Auftrags des fließfähigen Stoffs und der Zirkulation abgespeichert und von der Steuervorrichtung beim späteren Betrieb der Vorrichtung verwendet.

[0029] Gemäß einer weiteren Alternative wird beim Abgleichvorgang beim Betrieb mit konstanter Fördergeschwindigkeit des Substrats die prozentuale Abweichung vom Druck zwischen Auftragsstart und Auftragsende des fließfähigen Stoffs auf das Substrat gemessen und über mehrere Auftragszyklen gemittelt, sowie das Drehzahlverhältnis der Pumpe zwischen Auftrag des fließfähigen Stoffs und Zirkulation des fließfähigen Stoffs automatisch schrittweise verändert, bis die gemessene Druckabweichung während des Auftrags des fließfähigen Stoffs minimal wird.

[0030] Ein wesentlicher Vorteil der beschriebenen Vorrichtung bzw. des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass kein Aufbau eines dynamischen Drucks zu Beginn des Auftrags des fließfähigen Stoffs, insbesondere zu Beginn des Klebstoffauftrags erfolgt. Infolge des Zirkulationssystems sind Ablagerungen des fließfähigen Stoffs in der Zuführleitung und der Rückführleitung kaum vorhanden, da der fließfähige Stoff nicht dort verharrt, solange der Stoff im fließfähigem Zustand gehalten wird. Die Länge des Austrittsquerschnitts der Auftragsdüse, somit die Auftragsbreite des fließfähigen Stoffs auf das Substrat bzw. auf diese Substrate kann während derjenigen Zeit verstellt werden, die während der Produktion zwischen zwei nachfolgenden Aufträgen fließfähigen Stoffs verbleibt. Nach der Verstellung ist in aller Regel kein Einfahren der Auftragsdüse erforderlich, sodass die Qualität des Auftrags beim ersten Substrat, insbesondere beim ersten Buch, nach der Verstellung bereits genügend ist. Dadurch ist die Vorrichtung bestens geeignet für digital hergestellte Erzeugnisse, insbesondere digital hergestellte Druckereierzeugnisse, die in Kleinstauflagen hergestellt werden. Ein Abgleichvorgang kann schnell und einfach durchgeführt werden. Unter bestimmten Bedingungen muss der Anwender gar keinen Abgleichvorgang durchführen.

[0031] Die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung beschriebene volumetrische Förderung des fließfähigen Stoffs findet bei konstanten Betriebsbedingungen der Vorrichtung Anwendung, somit insbesondere bei gleichbleibender Dicke, konstanter Temperatur des fließfähigen Stoffs, konstanter Viskosität des fließfähige Stoffes. In aller Regel werden zwei Übersetzungsverhältnisse beim Antrieb gewählt. Eine Übersetzung wird gewählt für den Auftrag des fließfähigen Stoffs. Die andere Übersetzung wird gewählt für die Zirkulation des fließfähigen Stoffs. - Bei unsteten Betriebsbedingungen, beispielsweise beim Starten des Auftrags, einer Veränderung der Auftragsbreite, einer Veränderung der Geschwindigkeit der Substrate kann es vorteilhaft sein, anstelle der volumetrischen Förderung vorübergehend eine Druckregelung anzuwenden. Durch eine Druckregelung kann ein unsteter Vorgang sehr schnell ausgeglichen werden. Nach Erreichen der gewollten Betriebsbedingungen, insbesondere des gewünschten Drucks vor der Düse, kann wieder auf die volumetrische Regelung der Pumpe umgeschaltet werden. Eine temporäre Druckregelung verringert die Zeitdauer von unsteten Vorgängen und Betriebszuständen, sodass die Qualität des aufgetragenen Stoffs möglichst wenig und möglichst kurz vom Sollwert abweicht.

[0032] Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung der Figuren und den Figuren selbst dargestellt, wobei bemerkt wird, dass alle Einzelmerkmale und alle Kombinationen von Einzelmerkmalen erfindungswesentlich sind.

[0033] In den Figuren ist die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in schematischer Darstellung veranschaulicht, ohne hierauf beschränkt zu sein.

[0034] Es zeigt:

Fig. 1

eine Vorrichtung zum intermittierenden Auftragen eines fließfähigen Stoffs, bei dem es sich um Klebstoff handelt, auf ein Substrat, bei dem es sich um einen Buchrücken handelt,

Fig. 2

die Vorrichtung in bezüglich Teilbereichen detaillierterer Darstellung,

Fig. 3

die Vorrichtung in einem Teilbereich, in dem die bezüglich deren Austrittsquerschnitt in der Länge verstellbare Auftragsdüse angeordnet ist,

Fig. 4

einen Buchrücken mit aufgetragenem Klebstoff,

Fig. 5

ein Klebstoffflussdiagramm für ein erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 6

ein Klebstoffflussdiagramm für ein geringfügig abgewandeltes, zweites Ausführungsbeispiel.

Figurenbeschreibung

[0035] Fig. 1 veranschaulicht die Einbausituation einer Vorrichtung 1 zum intermittierenden Auftragen eines fließfähigen Klebstoffs auf Substrate, vorliegend auf Buchrücken 2 von Buchblocks 3. Bei dem Klebstoff handelt es sich beispielsweise um Polyurethan. Dieser Schmelzklebstoff weist die besonders gute Blattausreißfestigkeit auf, ferner bei Buchblocks 3 ein optimales Lay-Flat-Verhalten.

[0036] Unter Bezugnahme auf die Darstellung der Fig. 1 und 2 ist bezüglich der Vorrichtung 1 ein Vorschmelzgerät 4, eine Zuführleitung 5 für den erhitzten Klebstoff, eine Rückführleitung 6 für den erhitzten Klebstoff und eine Auftragsstation 7 für den erhitzten Klebstoff gezeigt. Die Buchblocks 3 sind in Transportklammern 8 eingespannt und werden durch ein Zugmittel 9 in einer Bewegungsrichtung, die der veranschaulichten Koordinate X eines orthogonalen Systems entspricht, über die Auftragsstation 7, konkret eine Auftragsdüse 10 der Auftragsstation 7, bewegt. Es sind die weiteren Koordinaten Y und Z veranschaulicht. Ein in der Draufsicht, entgegen der Koordinate z gesehen, rechteckiger Austrittsquerschnitt 11 der Auftragsdüse 10 weist eine verstellbare Längserstreckung in Y-Richtung, eine konstante Breitenerstreckung in X-Richtung auf. Die variable Längserstreckung des Austrittsquerschnitts ist auf die jeweilige Breite des Buchblocks 3, wobei sich diese Breite in Y-Richtung erstreckt, abgestimmt und es ergibt sich die Auftragslänge des Klebstoffs auf dem Buchrücken 2 des Buchblocks 3 aufgrund der Förderbewegung des jeweiligen Buchblocks 3 in X-Richtung bei geöffneter Auftragsdüse 10. In Abhängigkeit von der Fördergeschwindigkeit des Buchrückens 2 relativ zur geöffneten Auftragsdüse 10 und dem Massendurchsatz des Klebstoffs durch den Austrittsquerschnitt 11 der Auftragsdüse 10 ergibt sich eine definierte Auftragsstärke in Z-Richtung auf den Buchrücken 2 (siehe insbesondere die Darstellung der Fig. 4).

[0037] Auf die Buchrücken 2 wird der Klebestoff mithilfe einer Steuervorrichtung 12, eines elektrischen Antriebs 13 und einer mittels des Antriebs 13 antreibbaren Pumpe 14 zum Fördern des fließfähigen Klebstoffs gleichmäßig aufgetragen. Der Antrieb 13 ist in seiner Drehzahl regelbar. Bei der Pumpe 14 handelt es sich um eine Zahnradpumpe.

[0038] Die jeweilige Transportklammer 8 weist eine vordere als Platte ausgebildete Backe 15 und eine hintere, gleichfalls als Platte ausgebildete Backe 16 auf. Die Backen 15, 16 der jeweiligen Transportklammer 8 werden synchron in X-Richtung bewegt. Die jeweilige hintere Backe 16 ist in Y-Richtung nicht beweglich. Nur die vordere Backe 15 ist in Y-Richtung und entgegengesetzt beweglich, sodass das Abstandsmaß der beiden Backen 15, 16 zwecks Klemmen des Buchblocks 3 zwischen den Backen 15, 16 verändert werden kann. Die jeweilige hintere Backe 16 bildet auf der der vorderen Backe 15 zugewandten Seite eine durch die Koordinaten X und Z aufgespannte Ebene, die im Wesentlichen, bis auf geringfügige Abweichungen auf der gleichen Ebene liegt wie eine Anschlagebene 17 eines festen Anschlags 18 der Auftragsstation 7. Dieser Anschlag 18 bildet eine Führung der Buchblocks 3 an einem Auftragskopf 19 der Auftragsstation 7.

[0039] Mit der Steuervorrichtung 12 sind ein Sensor 20 zum Erfassen der Transportgeschwindigkeit des Buchblocks 3 in X-Richtung, ein Sensor 21 zum Erfassen des Beginns und des Endes des jeweiligen Buchblocks 3, bezogen auf die X-Richtung, sowie ein als Ventil ausgebildetes Stellelement 22 für die Zuführung des fließfähigen Klebstoffs zum Auftragskopf 19 und bei Bedarf ein Drucksensor 23 über eine Verbindungsleitung 24 wirkverbunden. Der fließfähige Klebstoff wird vom Vorschmelzgerät 4 über die Zuführleitung 5 volumetrisch von der Pumpe 14, die mittels des Antriebs 13 angetrieben wird, und über die Steuervorrichtung 12 kontrolliert wird, zuführt. Über die Rücklaufleitung 6 wird der von der Pumpe 14 geförderte Klebstoff während der Zeitdauer, während der kein Klebstoffauftrag erfolgt, zum Vorschmelzgerät 4 zurückgeführt.

[0040] Fig. 3 veranschaulicht Einzelheiten des Auftragskopfs 19 mit einem Verstellmechanismus 25 zum Verstellen des Austrittsquerschnitts 11 der Auftragsdüse 10, indem eine Abdeckung 26, die den Austrittsquerschnitt 11 mehr oder weniger abdeckt, mittels des Verstellmechanismus 25 in Y-Richtung und entgegengesetzt verfahrbar ist. Der jeweilige Buchblock 3 wird linear in X-Richtung über die als Schlitzdüse ausgebildete Auftragsdüse 10 bewegt. Dabei wird der fließfähige Klebstoff über den Austrittsquerschnitt 11 auf den Buchrücken 2 übertragen. Die bewegliche Abdeckung 26 wird von einer Linearführung 27 möglichst spielfrei geführt und über den Verstellmechanismus 25, der von einem Antrieb 28 der Abdeckung 26 angetrieben wird, betätigt und jeweils so verstellt, dass die Länge Y des Austrittsquerschnitts 11 im Wesentlichen der Buchblockstärke entspricht.

[0041] Fig. 4 zeigt eine Prinzipdarstellung von einem Buchblock 3 und dessen wichtigste Abmessungen, ferner einen Klebstoffauftrag 29. Am Buchrücken 2 wird der Klebstoff aufgetragen. Die Auftragsstärke 30 vom Klebstoff kann in einem Bereich von 0.05 bis 4 mm eingestellt werden. Vorzugsweise liegt die Auftragsstärke im Bereich von 0.3 bis 0.6 mm für PUR. Der Abstand vom Auftragsanfang 31 zur Vorderseite 32 des Buchblocks 3 und der Abstand vom Auftragsende 33 zur Rückseite 34 des Buchblocks 3 kann zwischen -5 bis 100 mm eingestellt werden. Vorzugsweise liegen diese Werte zwischen 0 und 15 mm. Die Auftragsbreite, somit das Maß in Y-Richtung, entspricht im Wesentlichen der Buchblockstärke und liegt im Bereich von 1 bis 80 mm. Die maximal zu erwartende Produktionsgeschwindigkeit des Buchblocks 3 kann zwischen 1 000 pro Stunde und etwa 6 000 pro Stunde eingestellt werden. Das beschriebene System der Volumenregelung kann aber auch für deutlich höhere Produktionsgeschwindigkeiten eingesetzt werden. Dann wird die Änderung der Auftragsbreite durch Verstellung der Abdeckung 26 zwischen zwei nachfolgenden Buchblocks eingeschränkt.

[0042] Der Antrieb 13 und die Pumpe 14 sind unterhalb des Vorschmelzgeräts 4 angeordnet. Der Antrieb 13 ist über eine Kupplung mit der Pumpe 14 verbunden.

[0043] Fig. 5 stellt den prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung 1 in Verbindung mit einer Klebebindemaschine dar. Die Transportklammern 8 der Klebebindemaschine sind am Zugmittel 9 befestigt und werden in Richtung X mit einer definierten Geschwindigkeit bewegt. In der Regel bleibt diese Geschwindigkeit während der Produktion konstant. Die Buchblocks 3 werden in die Transportklammern 8 eingespannt und mit den Transportklammern 8 mitbewegt. Die Geschwindigkeit der Buchblocks 3 wird durch den Sensor 20 erfasst und an die Steuervorrichtung 12 zur Verarbeitung weitergeleitet. Die der Vorderseite 32 zugeordnete Buchvorderkante und die der Rückseite 34 zugeordnete Buchhinterkante werden durch den Sensor 21 detektiert und an die Steuervorrichtung 12 zur Verarbeitung weitergeleitet. Die Klebebindemaschine übermittelt die Signale für die Buchblockstärke in geeigneter Weise an die Steuervorrichtung 12, sodass diese die zu verarbeitenden Buchblockstärken eindeutig den zu verarbeitenden Buchblocks zuordnen kann. Entscheidend ist dabei, dass die Steuervorrichtung 12 über die Daten der Geschwindigkeit und der Buchblockstärke verfügt und den zeitlichen Beginn und das zeitliche Ende von jedem Klebstoffauftrag ermitteln kann. Wie die dazu erforderlichen Daten in die Steuerungsvorrichtung 12 gelangen, kann auch anders ausgeführt sein, wie dargestellt oder beschrieben.

[0044] Der Klebstoff wird im Vorschmelzgerät 4 geschmolzen und in fließfähiger Form bereitgehalten. Die Pumpe 14 fördert den im Vorschmelzgerät 4 bereitgehaltenen Klebstoff über die Zuführleitung 5 und das Stellelement 22 bzw. Ventil entweder zur Auftragsdüse 10, während des Auftragens von Klebstoff auf die Buchrücken 2, oder über die Rückführleitung 6 zurück zum Vorschmelzgerät 4. Der Klebstoffdruck wird vom optionalen Drucksensor 23 unmittelbar vor dem Stellelement 22 erfasst und an die Steuervorrichtung 12 übermittelt. Der Drucksensor 23 ist für eine zufriedenstellende Funktion des Systems nicht zwingend erforderlich und kann aus Kostengründen weggelassen werden oder nur temporär eingebaut werden.

[0045] Die Abdeckung 26 der Auftragsdüse 10 für die Verstellung der Auftragsbreite von Klebstoff wird über den Verstellmechanismus 25 und den Antrieb 28 betätigt, verstellt und eingestellt. Das Signal und die Ansteuerung vom Antrieb 28 können entweder von der Steuervorrichtung der Klebebindemaschine oder von der Steuervorrichtung 12 der Vorrichtung 1 zur Verfügung gestellt werden bzw. erfolgen. Das Stellelement 22 für die Zuführung des Klebstoffs zur Auftragsdüse 10 wird von der Steuervorrichtung 12 derart betätigt, dass der Beginn von jedem Klebstoffauftrag und das Ende von jedem Klebstoffauftrag genau den vorher bestimmten Werten entsprechen. Das Stellelement 22 ist als Umschaltventil ausgebildet. In einer ersten Stellung des Stellelements 22 ist ein Durchfluss von der Zuführleitung 5 zur Auftragsdüse 10 frei und die Rückführleitung 6 gesperrt. In einer zweiten Stellung des Stellelements 22 ist die Zuführung des Klebstoffs zur Auftragsdüse 10 unterbrochen und die Zuführleitung 5 über eine in das Stellelement 22 integrierte Drossel 35 mit der Rückführleitung 6 verbunden. Anstelle, dass diese Drossel in das Stellelement 22 integriert ist, kann diese Drossel bzw. ein Drosselelement auch als separates Bauteil in die Rückführleitung 6 eingebaut sein.

[0046] Der Antrieb 13 der Pumpe 14 wird mithilfe aller vorstehend beschriebenen Signale von der Steuervorrichtung 12 auf eine Weise angesteuert, dass der Klebstoffauftrag auf die Buchblocks 3 einen klar definierten Anfang, ein klar definiertes Ende und eine gleichmäßige Verteilung über die Auftragslänge aufweist. Dies erfolgt durch eine im Wesentlichen volumetrische Förderung des Klebstoffs mittels der Pumpe 14. Der theoretische Volumenstrom von Klebstoff während des Auftrags wird aus der Geschwindigkeit der bewegten Buchblocks 3, aus der Auftragsbreite und aus der Auftragsstärke des Klebstoffs auf den Buchblock 3 ermittelt. Die Auftragsstärke muss als Parameter der Steuervorrichtung 12 zugeführt werden. Dies erfolgt in der Regel über ein Eingabeterminal, das vom Benutzer der Vorrichtung 1 bedient wird. Im Sinne einer digitalen Buchproduktion kann der Vorgabewert für die Auftragsstärke auch von der Klebebindemaschine oder von einer übergeordneten Steuerung der Steuervorrichtung 12 zugeführt werden. Ebenso ist es denkbar, das Signal für die Buchblockstärke von einer übergeordneten Steuerung der Steuervorrichtung 12 zuzuführen. Während der Klebestoffauftrag auf die Buchblocks 3 unterbrochen ist und das Stellelement 22 auf Rückförderung von Klebstoff zum Vorschmelzgerät 4 umgeschaltet ist, fördert die Pumpe 14 in der Regel einen zum Klebstoffvolumenstrom vom Klebauftrag unterschiedlichen Klebstoffvolumenstrom. Dieser Volumenstrom vom Klebstoff während der Rückförderung in das Vorschmelzgerät 5, also während der Zirkulation von Klebstoff, ist so groß, dass der Klebstoffdruck vor dem Stellelement 22 möglichst gleichgroß ist, wie während des Klebstoffauftrags über die Auftragsdüse 10 auf die Buchrücken 2.

[0047] Das Verhältnis zwischen dem Klebstoffvolumenstrom während des Klebstoffauftrags und dem Klebstoffvolumenstrom während der Zirkulation respektive der Rückförderung von Klebstoff ist in erster Linie von der eingestellten Länge des Austrittsquerschnitts 11 der Auftragsdüse und somit von der Auftragsbreite des Klebstoffs auf dem jeweiligen Buchblock 3 abhängig. Der Strömungswiderstand durch die Auftragsdüse 10 ist abhängig von der eingestellten Länge des Austrittsquerschnitts 11 der Auftragsdüse 10. In zweiter Linie ist das Verhältnis zwischen dem Klebstoffvolumen während des Klebstoffauftrags zum Klebstoffvolumen während der Zirkulation von der Geschwindigkeit der Buchblocks 3, der Auftragsstärke 30 und von der Viskosität und vom Strömungsverhalten des verwendeten Klebstoffs abhängig. Die Viskosität des Klebstoffs ist des Weiteren von der Temperatur des Klebstoffs und vom Alter respektive der Alterung des Klebstoffs abhängig.

[0048] Um das Verhältnis zwischen dem Klebstoffvolumenstrom während des Klebstoffauftrags zum Klebstoffvolumenstrom während der Zirkulation zu ermitteln, werden folgende Möglichkeiten vorgeschlagen:
Das Verhältnis kann ohne die Messung von Drücken empirisch ermittelt werden. Dabei wird das Verhältnis so lange verändert, bis die Qualität von aufgetragenem Klebstoff ein Optimum erreicht. Dieser Vorgang wird für eine Reihe von unterschiedlichen Einstellparametern wiederholt. Die Gesamtheit der ermittelten Verhältnisse der Volumenströme wird in die Steuereinheit integriert. Auf diese Art ist es denkbar, dass Klebstoffauftragsvorrichtungen gebaut und ausgeliefert werden können, ohne dass jegliche Abgleich- oder Kalibrierprozeduren durchlaufen werden müssen. Wenn sich die aktuellen Parameter von den Parametern, die während der empirischen Ermittlung der Verhältnisse der Volumenströme vorhanden waren, unterscheiden, muss mit etwas verminderter Qualität des Klebstoffauftrags gerechnet werden.

[0049] Eine weitere Möglichkeit, die Volumenstromverhältnisse zu bestimmen, kann über einen sogenannten Werksabgleich erfolgen. Dabei wird für jede individuelle Klebstoffauftragsvorrichtung ein Abgleich- oder Kalibriervorgang durchgeführt. Der Vorteil einer solchen Lösung besteht darin, dass der Abgleich genau auf die effektiv verwendeten Komponenten, die Schläuche, Vorschmelzgerät, Auftragsdüse und auch auf die Fertigungs- und Montagetoleranzen der effektiv eingesetzten Teile zugeschnitten ist. Es soll dann auch möglichst der später eingesetzte Klebstoff möglichst bei den später verwendeten Temperatureinstellungen verwendet werden. Es ist denkbar, ausschließlich für diesen Werksabgleich den Drucksensor einzubauen. Der Abgleichvorgang kann dann softwaregesteuert automatisch ablaufen. Dabei wird zuerst der gesamte Verstellbereich der Auftragsdüse abgefahren und bei ausgewählten Auftragsbreiten für eine mittlere Geschwindigkeit der Buchblocks und einer mittleren Auftragsstärke des Klebstoffs, der am Drucksensor anstehende Klebstoffdruck ermittelt. In einem zweiten Schritt wird das Stellelement auf Zirkulation umgeschaltet und für die gleichen ausgewählten Auftragsbreiten diejenigen Drehzahlen der Pumpe bzw. des Antriebs ermittelt, bei denen der Klebstoffdruck am Drucksensor jeweils gleichgroß ist, wie während des Klebstoffauftrags mittels Auftragsdüse. Die daraus ermittelten Verhältnisse zwischen dem Klebstoffvolumenstrom während des Klebstoffauftrags und dem Klebstoffvolumenstrom während der Zirkulation werden abgespeichert und von der Steuervorrichtung beim späteren Betrieb der Vorrichtung verwendet.

[0050] Eine mögliche weitere Variante besteht darin, dass der vorher beschriebene sogenannte Werksabgleich nicht nur im Werk, sondern auch beim Kunden vor jedem Wechsel von wichtigen Betriebsparametern, wie Klebstofftyp, Geschwindigkeitseinstellung, Temperatureinstellung und Veränderung der Auftragsstärke neu durchgeführt wird. Dazu ist der Drucksensor im Auftragskopf fest verbaut.

[0051] Eine weitere wichtige Variante zum Abgleich stellt ein automatischer Abgleich der Verhältnisse zwischen dem Klebstoffvolumenstrom während des Klebstoffauftrags und dem Klebstoffvolumenstrom während der Zirkulation dar. Dabei dienen zum Beispiel über den Werksabgleich ermittelte Werte als Grundlage oder als Startwert. Während des laufenden Betriebs wird laufend kontrolliert, ob der anliegende Klebstoffdruck während des Klebstoffauftrags und der anliegende Klebstoffdruck während der Zirkulation gleich oder innerhalb einer einstellbaren Toleranz liegen. Diese Toleranz beträgt maximal ±10 Prozent, vorzugsweise maximal ± 5 Prozent. Falls der Unterschied der beiden Drücke außerhalb der eingestellten Toleranz liegt, wird das entsprechende Verhältnis der Klebstoffvolumenströme schrittweise solange angepasst, bis der Unterschied der beiden Drücke innerhalb der vorgegebenen Toleranz liegt.

[0052] Es kann beim Abgleichvorgang durchaus auch beim Betrieb mit konstanter Fördergeschwindigkeit des Substrats die prozentuale Abweichung des Drucks zwischen Auftragsstart und Auftragsende des fließfähigen Stoffs auf das Substrat gemessen und über mehrere Auftragszyklen gemittelt werden, sowie das Drehzahlverhältnis der Pumpe zwischen Auftrag des fließfähigen Stoffs und Zirkulation des fließfähigen Stoffs automatisch schrittweise verändert werden, bis die gemessene Druckabweichung während des Auftrags des fließfähigen Stoffs minimal wird.

[0053] Für die Ermittlung der Verhältnisse der Klebstoffvolumenströme für den Klebstoffauftrag und der Klebstoffvolumenströme für die Zirkulation können Kombinationen der vorstehend beschriebenen Verfahren zur Anwendung kommen.

[0054] Mit dem Drucksensor 23 kann durchaus auch ein einstellbarer Maximaldruck überwacht werden. Bei einer Überschreitung des Maximaldrucks schaltet der Antrieb 13 der Pumpe 14 aus und es geht das Stellelement 22 in Stellung Rücklauf.

[0055] Fig. 6 zeigt eine geringfügig gegenüber der Anordnung nach Fig. 5 abgewandelte Anordnung. So ist das Stellelement 22, im Unterschied zu der Ausführungsform nach Fig. 5 mit dem Umschaltventil, derart ausgebildet, dass es zwei Ventile 36, 37 aufweist. Hierbei finden zwei Standardventile Verwendung. Das Ventil 36 leitet in einer ersten Stellung den fließfähigen Klebstoff zur Auftragsdüse 10 und sperrt in einer zweiten Stellung die Zuleitung zur Auftragsdüse 10. Das Ventil 36 sperrt in der ersten Stellung den Rückfluss zum Vorschmelzgerät 4 und gibt in der zweiten Stellung den Rückfluss zum Vorschmelzgerät 4 frei. Das Drosselelement 35 ist unmittelbar hinter dem Ventil 37 der Rückführleitung 6 zugeordnet. Der mechanische und steuerungstechnische Aufwand ist für die Variante mit zwei Ventilen 36, 37 höher als für die Variante mit dem Umschaltventil.

Bezugszeichenliste

[0056] 

1

Vorrichtung

2

Buchrücken

3

Buchblock

4

Vorschmelzgerät

5

Zuführleitung

6

Rückführleitung

7

Auftragsstation

8

Transportklammer

9

Zugmittel

10

Auftragsdüse

11

Austrittsquerschnitt

12

Steuervorrichtung

13

Antrieb

14

Pumpe

15

Backe

16

Backe

17

Anschlagebene

18

Anschlag

19

Auftragskopf

20

Sensor

21

Sensor

22

Stellelement

23

Drucksensor

24

Verbindungsleitung

25

Verstellmechanismus

26

Abdeckung

27

Linearführung

28

Antriebsaggregat

29

Klebstoffauftrag

30

Auftragsstärke

31

Auftragsanfang

32

Vorderseite

33

Auftragsende

34

Rückseite

35

Drossel

36

Ventil

37

Ventil

X

Koordinate

Y

Koordinate

Z

Koordinate

Ansprüche

1. Vorrichtung (1) zum intermittierenden Auftragen eines fließfähigen Stoffs, insbesondere fließfähigen Klebstoffs, auf mindestens ein Substrat, aufweisend folgende Merkmale:

- eine Auftragsdüse (10) zum Auftragen des fließfähigen Stoffs auf das Substrat,

- einen Behälter (4) zur Aufnahme des fließfähigen Stoffs,

- eine Pumpe (14) zum Fördern des fließfähigen Stoffs und einen Antrieb (13), wobei die Pumpe (14) mit dem Behälter (4) wirkverbunden ist und die Pumpe (14) mittels des in der Drehzahl regelbaren Antriebs (13) antreibbar ist,

- ein Stellelement (22), das mit der Pumpe (14) wirkverbunden ist und in zwei Stellungen überführbar ist, wobei das Stellelement (22) in einer ersten Stellung den fließfähigen Stoff zur Auftragsdüse (10) leitet und in einer zweiten Stellung die Zuleitung zur Auftragsdüse (10) sperrt,

- eine Steuervorrichtung (12) zum Betätigen des Stellelements (22) und zum Regeln der Drehzahl des Antriebs (13) der Pumpe (14),

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- die Anordnung von Antrieb (13) und Pumpe (14) weist eine Charakteristik auf, gemäß der die Drehzahl des Antriebs (13) linear dem Fördervolumen der Pumpe (14) ist,

- das Stellelement (22) leitet in einer zweiten Stellung, bei angetriebener Pumpe (14), den fließfähigen Stoff über eine Leitung (6) zum Behälter (4) zurück,

- das Stellelement (22) sperrt in der ersten Stellung den Rückfluss zum Behälter (4),

- die Drehzahl des Antriebs (13) ist in den beiden Stellungen des Stellelements (22) unterschiedlich groß.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlen des Antriebs (13) in den beiden Stellungen des Stellelements (22) derart sind, dass der Druck des fließfähigen Stoffs unmittelbar stromaufwärts des Stellelements (22) während des Ausgebens aus der Auftragsdüse (10) und während der Rückleitung des fließfähigen Stoffs zurück zum Behälter (4) im Wesentlichen gleichgroß ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (22) ein Umschaltventil aufweist, das in die beiden Stellungen umschaltbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (22) zwei Ventile (36, 37) aufweist, wobei ein erstes Ventil (36) in einer ersten Stellung den fließfähigen Stoff zur Auftragsdüse (10) leitet und in einer zweiten Stellung die Zuleitung zur Auftragsdüse (10) sperrt, sowie das zweite Ventil (37) in einer ersten Stellung den Rückfluss zum Behälter (4) sperrt und in einer zweiten Stellung den Rückfluss zum Behälter (4) freigibt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Austrittsquerschnitt (11) der Auftragsdüse (10), insbesondere einer als Schlitzdüse ausgebildeten Auftragsdüse (10), veränderbar ist, insbesondere bei konstanter Breite des Austrittsquerschnitts (11), dessen Länge veränderbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einen Rückflussabschnitt des Stellelements (22) oder in die Leitung (6), durch die der fließfähige Stoff zum Behälter (4) zurückgeleitet wird, eine Drossel (35) integriert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (35) nicht einstellbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand der Drossel (35) im Wesentlichen dem Strömungswiderstand der Auftragsdüse (10) bei einer mittleren Einstellung der Länge des Austrittsquerschnitts der Auftragsdüse (10) entspricht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des Stellelements (22), insbesondere benachbart dem Durchgang des fließfähigen Stoffs durch das Stellelement (22) zur Auftragsdüse (10), ein Drucksensor (23) zum Ermitteln des Drucks des fließfähigen Stoffs angeordnet ist, wobei mittels des Drucksensors (23) der Druck des fließfähigen Stoffs ermittelbar und an die Steuervorrichtung (12) übermittelbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (23) ausschließlich temporär zu Abgleichzwecken und/oder zu Kalibrierzwecken eingebaut ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Pumpe (14) eine Einrichtung zur Begrenzung des Drucks des fließfähigen Stoffs vorhanden ist, vorzugsweise vom Drucksensor (23) ein Maximaldruck, insbesondere einstellbarer Maximaldruck, überwacht wird, wobei Steuermittel vorgesehen sind, die bei Überschreitung des Maximaldrucks den Antrieb (13) der Pumpe (14) ausschalten und das Stellelement (22) in dessen Rücklaufstellung schalten.

12. Verfahren zum Auftragen eines fließfähigen Stoffs auf ein Substrat unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem Volumenstrom des fließfähigen Stoffs während des Auftrags des fließfähigen Stoffs zu dem Volumenstrom des fließfähigen Stoffs während der Rückleitung zum Behälter (4) durch einen Abgleichvorgang bestimmt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgleichvorgang nur von der eingestellten Länge des Austrittsquerschnitts (11) der Auftragsdüse (10) abhängig ist, insbesondere für den Abgleichvorgang eine Geschwindigkeit des relativ zur Auftragsdüse (10) geförderten Substrats und/oder die Stärke des auf das Substrat aufzubringenden fließfähigen Stoffs und/oder die Viskosität des fließfähigen Stoffs und/oder das Strömungsverhalten des fließfähigen Stoffs in einem mittleren Anwendungsbereich gewählt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgleichvorgang softwaregesteuert und automatisch abläuft, insbesondere zuerst der gesamte Verstellbereich der Auftragsdüse (10) abgefahren wird und bei ausgewählten Längen des Austrittsquerschnitts (11) der Auftragsdüse (10) ein am Drucksensor (23) anstehender Druck und die Drehzahl des Antriebs (13) ermittelt werden, danach das Stellelement (22) auf Zirkulation umgeschaltet wird und für die gleichen ausgewählten Längen bei gleichen gewählten Bedingungen die jeweiligen Drehzahlen des Antriebs (13) ermittelt werden, bei denen jeweils der Druck am Drucksensor (23) gleichgroß ist wie während des Stoffauftrags mittels der Auftragsdüse (10), wobei die Vielzahl ermittelter Verhältnisse zwischen dem Volumenstrom während des Auftragens des fließfähigen Stoffs und der Zirkulation abgespeichert und von der Steuervorrichtung (12) beim späteren Betrieb der Vorrichtung (1) verwendet werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abgleichvorgang beim Betrieb mit konstanter Fördergeschwindigkeit des Substrats die prozentuale Abweichung vom Druck vom fließfähigen Stoff stromaufwärts vom Stellelement (22) zwischen Auftragsstart und Auftragsende des fließfähigen Stoffs auf das Substrat gemessen und über mehrere Auftragszyklen gemittelt wird, sowie das Drehzahlverhältnis der Pumpe zwischen Auftrag des fließfähigen Stoffs und Zirkulation des fließfähigen Stoffs automatisch schrittweise verändert wird, bis die gemessene Druckabweichung während des Auftrags des fließfähigen Stoffs minimal wird.

Zeichnung