WO2006010185A1 - Verfahren zum klebstoffauftrag - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for applying adhesive to the narrow side of thin, film-like workpieces, in particular of veneer strips or sheets, wherein the workpiece and at least one adhesive substantially normal to the narrow side of the workpiece emitting nozzle are guided with a small distance from each other.
  • This device generates by means of nozzle contactless continuously a thread-like cross-section of a glue rhombus, which is metered so that it does not swell when squeezing both edges. Also, it is difficult to match the instantaneous distance of the two workpiece edges in the nozzle area exactly the required bead thickness. After the order movement of the adhesive is not directly on the workpiece edges, but perpendicular to it on the support surface and only by merging the veneer edges, the adhesive is taken from the support surface by stripping, the adhesive can also be transferred to the veneer surface. It is also to be reckoned with an accumulating contamination of the support surface by the constant wetting with adhesive.
  • the adhesive is already applied frontally, ie perpendicularly, to the veneer edge to be bonded by means of a nozzle.
  • the objective is also addressed that when gluing veneers, it is important that neither before nor after pressing next to the edge to be glued on the later visible veneer surface adhesive leaks, and that at relatively high speeds, the veneers during the adhesive or glue application are moved past the nozzle device. Also guides are used in this device to achieve an exact positioning of the veneer edge during the adhesive application to the nozzle opening.
  • the distance to the nozzle opening may vary. Due to the small dimension of the glue application, usually 0.2-0.3 mm with a veneer thickness of 0.5 mm, the distance should be very small. The narrow veneer edge may even touch the nozzle opening.
  • the invention is therefore based on the object, a method for the application of adhesive of the kind described in such a way that even at high job speed and very narrow and wavy application edge a uniform, precisely positioned and precisely metered amount of adhesive is applied such that neither before nor after the pressing of adhesive overflows or swells out.
  • Execution are suitable for the precisely dosed order (dosing accuracy approx. 2%) of adhesive droplets, since they are able to transfer a particularly high impulse to the usually higher viscous adhesives and are also suitable as a drive for very fast working needle nozzles.
  • dosing frequencies of up to 1,000 Hz
  • the requirements for high adhesive application speeds can be met in practice be met.
  • With a veneer thickness of usually 0.5 mm only very small adhesive droplets of 0.1 - 0.3 mm are possible.
  • Needle nozzles also offer the advantage, especially when applying glue, that the needle seals the nozzle opening tightly and thus prevents the adhesive from hardening and leaking.
  • the high pulse in the piezoelectric drive of the droplets is advantageous to overcome the high adhesive forces or surface tension forces (adhesion forces), which occur in the microdosing of adhesives.
  • Nozzle openings come into contact, they adhere and inevitably lead to problems in that adhesive builds up at the nozzle opening and there is no clean demolition of the drops more and in extreme cases, the nozzle can clog with thermosetting adhesive.
  • guide elements in the application area are particularly important because the veneer edge in the application plane of the nozzle must be guided or centered absolutely free of play. Only then can the exact order position of the adhesive droplets advantageously be reached exactly in the middle of the edge. In addition to the exact order position, the dosage and the order frequency of the adhesive droplets can be used to precisely control the dosage. The aim is to apply as much glue to the edge as possible, so that the entire edge is wetted when pressed, but no glue will overflow.
  • nozzles can be connected in series, so that one can either work with higher application speeds or one or several even rhombuses can be achieved in parallel by many small overlapping droplets.
  • Fig. 1 shows schematically an application device of the adhesive droplets on a workpiece, shown in the side view of the planes of the order movement and in section.
  • Fig. 2 also shows schematically the applicator, but in this case the
  • contactless and metered in droplet form by means of one or more nozzles 1, adhesive droplets 2 on the strip-shaped surface, in particular the edge 4, thin, film-like workpieces are applied.
  • the workpiece 5 is moved relative to the nozzle 1 in the direction 8, wherein the adhesive droplets 2 generated by the nozzle 1 touch after impact or overlap more or less, and thus a continuous and uniform Create adhesive diamond 3. Due to the order frequency of the adhesive droplets in relation to the order speed, but also by the
  • Glue dots can be created with any spacing.
  • Fig. 1 the guide elements 6, 7 are shown schematically in plan view.
  • the workpiece 5 is guided or centered absolutely free of play in the application plane of the nozzle 1 at the time of the impact of the adhesive droplets 2.
  • the exact application position of the adhesive droplets advantageously be achieved exactly in the middle of the application edge 4 during the application movement in the direction 8. Due to the high airspeed of the droplets 2, even with irregular workpiece edges it is ensured that it is stable Order results comes, especially when the distance of the nozzle 1 to
  • Suitable adhesives are all materials that are tried and tested in the gluing of veneers, which can be applied in the form of metered drops.
  • Reactive hot melt adhesives based on polyurethane have proven particularly suitable.
  • Microdosing in particular those with piezo drive, with which the inventive method is feasible, are offered by various manufacturers, for example by the company PICODOSTEC GmbH.
  • the novel adhesive bonding technique according to the invention has already led to a new field of application for veneer sheets of stub-glued strips:
  • the proposal to provide honeycomb core sheets with single layers of solid wood, has so far found no input into practice, since only relatively thick and therefore expensive plates glued together were.
  • veneered plywood panels were used as the top layer.
  • the invention makes it possible to make the mutual connection of the veneer strips so strong that the thickness of the cover layer is limited only by its static function downwards.
  • honeycomb core plates are economically interesting, whose cover layers are constructed only of mutually blunt glued strips of saw veneer.

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Abstract

Verfahren zum Klebstoffauftrag auf die Schmalseite dünner, folienartiger Werkstücke, insbesondere von Furnierstreifen oder -blättern, wobei das Werkstück (5) und mindestens eine den Klebstoff im Wesentlichen normal zur Schmalseite des Werkstückes abgebende Düse (1) mit geringem Abstand voneinander geführt werden und der Klebstoff von der Düse in Form von dosierten Tröpfchen (2) abgegeben wird.

Description

Verfahren zum Klebstoffauftrag
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Klebstoffauftrag auf die Schmalseite dünner, folienartiger Werkstücke, insbesondere von Furnierstreifen oder -blättern, wobei das Werkstück und mindestens eine den Klebstoff im Wesentlichen normal zur Schmalseite des Werkstückes abgebende Düse mit geringem Abstand voneinander geführt werden.
Obwohl bereits einige Erfindungen sich mit Düsenauftrag von Klebern bei Furnieren beschäftigen, so wird in der gängigen Praxis überwiegend im Fumierstapel der Kleber aufgetragen. Dabei werden mehrere Furnierblätter übereinander gelegt und meistens die Längskanten der Furniere im Stapel über Kontakt zu einer Auftragswalze, welche den Klebstoff auf die Furnierkante aufbringt, beklebt oder beleimt. Da die Auftragswalze ein Übertreten des Klebers von der Kante auf die Furnieroberfläche vor allem bei welligen Furnieren nur unzureichend verhindern kann, kommt es häufig zum Verkleben von übereinander liegenden Furnierblättern und somit durch das mechanische Trennen zu Beschädigungen im Kantenbereich und zu Beeinträchtigungen der später sichtbaren Furnierbreitseite. Auch wo bereits einzelne Streifen im Längsdurchlauf mittels Auftragswalze beleimt werden, kommt es häufig mangels genauer Dosiermöglichkeiten zum Übertreten und Herausquellen des Klebers oder zu Fehlverleimungen, wenn ein Abstand zur Auftragswalze entsteht.
Aufgrund dieser Problematik wird in bereits bekannten Vorrichtungen oder Verfahren (vgl. DE 35 10 147) versucht, vor dem Verpressen in der Zusammensetzmaschine den Kleberauftrag mittels Düse so zu gestalten, dass eine Kleberraute oder -raupe von oben, senkrecht oder horizontal in Auftragsrichtung zwischen die beiden parallel mit einem kleinen Abstand geführten Kanten der zu verleimenden Furnierblätter eingebracht wird, wobei eine Stützfläche die untere Begrenzung darstellt. Zusammen mit den beiden seitlichen Kanten bildet die Stützfläche im Querschnitt eine Rinne, welche die Leimraute ausfüllt.
Diese Vorrichtung erzeugt mittels Düse berührungslos einen kontinuierlich aufgebrachten fadenartigen Querschnitt einer Leimraute, welche derart dosiert wird, dass diese beim Zusammendrücken beider Kanten nicht herausquillt. Auch ist es schwierig dem momentanen Abstand der beiden Werkstückkanten im Düsenbereich genau der erforderlichen Raupendicke zu entsprechen. Nachdem die Auftragsbewegung des Klebers nicht direkt auf die Werkstückkanten, sondern senkrecht dazu auf die Stützfläche erfolgt und erst durch das Zusammenführen der Furnierkanten die Kleberraute von der Stützfläche durch Abstreifen übernommen wird, kann auch hier der Kleber auf die Furnieroberfläche übertreten. Auch ist mit einer aufbauenden Verschmutzung der Stützfläche durch die ständige Benetzung mit Kleber zu rechnen.
Bei bekannten Einrichtungen der eingangs definierten Art (vgl. WO 02068163) wird bereits der Kleber mittels Düse frontal, also senkrecht auf die zu verklebende Furnierkante aufgebracht. Mittels sehr geringer Abstände, wobei man auch nicht ausschließt, dass sich die Furnierkante mit der Düsenöffnung verbindet, versucht man die Anforderung an die hohe Auftrags- und Dosiergenauigkeit zu erreichen.
In diesem Zusammenhang wird auch die Zielsetzung angesprochen, dass beim Verkleben von Furnieren es wichtig ist, dass weder vor noch nach dem Verpressen neben der zu verklebenden Kante auf die später sichtbare Furnieroberfläche Kleber austritt, und dass mit verhältnismäßig großen Geschwindigkeiten die Furniere während dem Kleber- oder Leimauftrag an der Düsenvorrichtung vorbeibewegt werden. Auch werden bei dieser Vorrichtung Führungen verwendet, um eine exakte Positionierung der Furnierkante während des Klebstoffauftrages zur Düsenöffnung zu erreichen.
Aufgrund dieser Vorrichtung wird zwar die Position der in der Länge nach vorbei geführten Furnierblätter in der Ebene der Auftragsbewegung mittels ober- und unterhalb der Düsenöffnung befindlichen Führungseinrichtungen genau positioniert, jedoch kann der Abstand zur Düsenöffnung variieren. Wegen der geringen Dimension des Leimauftrages, gewöhnlich 0,2 - 0,3 mm bei einer Furnierstärke von 0,5 mm, sollte der Abstand sehr klein sein. Die schmale Furnierkante kann die Düsenöffnung sogar berühren.
Es ist daher keine konkrete Zuordnung eines Auftragsergebnisses möglich, zumal zwischen einem berührungslosen Auftrag und einem Kontaktauftrag die Anforderungen stark variieren. Es ist auch nicht nachvollziehbar, weshalb alleine durch einen geringen Abstand das Problem des Übertretens des Klebers auf die Breitseite verhindert werden kann, zumal es beim Berühren (Verengung) der Düsenöffnung zu einem Kleberstau kommen kann. Deshalb kann auch nicht von einem konstanten Kleberauftrag mit gleichmäßiger Kleberraute ausgegangen werden.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Auftrag von Klebstoff der eingangs geschilderten Art derart weiterzuentwickeln, dass selbst bei hoher Auftragsgeschwindigkeit und sehr schmaler und welliger Auftragskante eine gleichmäßige, exakt positionierte und genau dosierte Klebermenge derart aufgetragen wird, dass weder vor noch nach dem Verpressen Kleber übertritt oder herausquillt.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Klebstoff von der Düse in Form von dosierten Tröpfchen abgegeben wird.
Wenn hier von dosierten Klebstofftröpfchen gesprochen wird, so ist zu erwähnen, dass sich bereits der Physiker Lord Rayleigh 1878 in „On the instability of jets" mit dem Zerfall von Flüssigkeitsstrahlen und der Tropfenbildung insofern beschäftigt hat, als dass ein Flüssigkeitsstrahl die Neigung besitzt, in zufällige Einzeltröpfchen zu zerfallen. Jedoch erst 1948 wurden von Siemens Elema, Schweden eine Vorrichtung zum Patent US 2,566,443 angemeldet, welche mittels Düse einen haarfeinen Strahl erzeugt. Um definierte Tröpfchen zu erhalten, wird der austretende Strahl von hochfrequenten Druckwellen überlagert.
Neben diesem, auch als Continious-Jet bekannten, System hat sich in den Jahren 1970 und 1971 durch mehrere Patentanmeldungen die Auftragstechnik insbesondere im Tintendruckverfahren hin zum Drop-on-Demand System weiterentwickelt, wobei hier auf Abruf, einzelne, genau dosierte Tröpfchen erzeugt werden können. Heute bieten sich eine große Anzahl von unterschiedlichen Systemen zum berührungslosen Auftrag von Flüssigkeitströpfchen mit Volumina im Mikroliterbereich mittels Düse an.
Bereits die ersten dieser Drop-on-Demand System arbeiteten mit piezoelektrischen Aktoren. Gerade Düsen mit piezoelektrischen Aktoren evtl. in einer temperierbaren
Ausführung eignen sich für den genau dosierten Auftrag (Dosiergenauigkeit ca. 2 %) von Klebstofftröpfchen, da sie in der Lage sind, einen besonders hohen Impuls auf die meist höherviskosen Klebstoffe zu übertragen und auch als Antrieb für sehr schnell arbeitende Nadeldüsen geeignet sind. Mit Dosierfrequenzen bis 1.000 Hz kann den Anforderungen an die hohen Kleberauftragsgeschwindigkeiten in der Praxis entsprochen werden. Bei einer Furnierstärke von gewöhnlich 0,5 mm sind nur sehr kleine Klebertröpfchen von 0,1 - 0,3 mm möglich. Um jedoch eine durchgehende und ausreichende Kleberraute zu erzeugen, ist eine große Anzahl von Tröpfchen erforderlich, welche bei hohen Auftragsgeschwindigkeiten in sehr kurzer Zeit aufgebracht werden müssen. Nadeldüsen bieten auch den Vorteil, speziell beim Auftrag von Kleber, dass die Nadel die Düsenöffnung dicht abschließt und damit das Aushärten und Auslaufen des Klebers verhindern kann.
Auch ist der hohe Impuls beim piezoelektrischen Antrieb der Tröpfchen vorteilhaft, um die hohen Haftkräfte oder auch Oberflächenspannkräfte (Adhäsionskräfte), welche bei der Mikrodosierung von Klebern auftreten, zu überwinden. Immer wenn Kleber mit
Oberflächen wie z.B. Düsenöffnungen in Berührung kommen, haften sie an und führen unweigerlich zu Problemen, indem sich Kleber an der Düsenöffnung aufbaut und es zu keinem sauberen Abriss der Tropfen mehr kommt und im Extremfall auch die Düse durch aushärtenden Kleber verstopfen kann.
Je geringer die Tröpfchengröße ist, desto größer sind die Haftkräfte. Mit neu entwickelten sehr starken, piezoelektrischen Aktoren lassen sich sehr hohe Beschleunigungskräfte erzeugen, welche diese große Haftkraft von Klebern überwinden und sehr kleine Tröpfchengrößen ermöglichen.
Die größere Adhäsionskraft von kleiner dosierten Klebertröpfchen ist auch beim Auftreten auf die zu verklebende Oberfläche von Bedeutung. Sie können nicht zerplatzen, weil dafür die notwendige Energie zum Bilden einer neuen Oberfläche zu klein ist. Daher ist dieses Verfahren ideal, um ohne zu zerstäuben, sehr exakt positionieren und dosieren zu können. Es muss nicht mehr Kleber aufgetragen werden als unbedingt notwendig, wenn jeder Klebertropfen an der positionierten Stelle mit der genau dosierten Menge zur Verfügung steht.
Nachdem dadurch auch ein Hauptproblem, nämlich die Verschmutzung im Auftragsbereich mit Kleber verhindert wird, kann damit erstmals auch genau im Auftragsbereich die Furnierkante geführt werden, was wiederum Voraussetzung für die hohe Positioniergenauigkeit darstellt. Bereits geringe Mengen an Kleber auf den Führungsflächen würden genügen, um zu Ungenauigkeiten oder sogar zur Unterbrechung des Auftrages zu führen. Besonders bei dünnen Furnieren könnte es zum Absplittern von kleinen Spänen oder Holzfasern kommen, welche sich in
Verbindung mit Kleber zu extrem harten Verkrustungen aufbauen würden.
Allen Systemen zum berührungslosen Auftrag von Flüssigkeitströpfchen mit Volumina im Mikroliterbereich mittels Düse gemeinsam ist die hohe Fluggeschwindigkeit der Tröpfchen von ca. 1 ,5 bis 3 m/s, sodass die Auftragskante stark uneben oder wellig und je nach Anforderung bis zu einigen Millimetern entfernt sein kann. Diese Eigenschaft ist deshalb besonders vorteilhaft, weil insbesondere dünne Furnierblätter als natürlich gewachsener Werkstoff - geprägt durch Holzart, Faserverlauf und Bearbeitung - in seinen Merkmalen so unterschiedlich ist, dass kein Stück dem anderen gleicht. Somit wäre es praktisch unmöglich, den Abstand zur Düse im Auftragsbereich mit geringen Toleranzen zu führen, da oben genannte Merkmale, vor allem der unterschiedliche Faserverlauf und die Welligkeit, immer wieder zum Verlaufen von einigen Millimetern, besonders bei hohen Auftragsgeschwindigkeiten, führen können.
Hingegen sind Führungselemente im Auftragsbereich deshalb besonders wichtig, da die Furnierkante in der Auftragsebene der Düse absolut spielfrei geführt oder zentriert werden muss. Nur dadurch kann die genaue Auftragsposition der Klebertröpfchen vorteilhaft genau in der Mitte der Kante erreicht werden. Neben der genauen Auftragsposition kann durch die Größe und die Auftragsfrequenz der Klebertröpfchen die Dosierung genau gesteuert werden. Ziel ist es, genau so viel Kleber auf die Kante aufzubringen, dass beim Verpressen möglichst die ganze Kante benetzt wird, jedoch kein Kleber überquillt.
Zusätzlich lassen sich mehrere Düsen in Reihe schalten, sodass entweder mit größeren Auftragsgeschwindigkeiten gearbeitet werden kann oder auch eine oder parallel mehrere gleichmäßige Rauten durch viele kleine überlappende Tröpfchen erzielt werden.
Denkbar sind für bestimmte Anwendungen auch nur einzelne Kleberpunkte mit unterschiedlich großen Abständen. Besonders zu erwähnen ist in diesem Zusammenhang auch, dass man an keine bestimmte Auftragsrichtung gebunden, also unabhängig von der Gravitation ist. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden beschriebenen Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Auftragseinrichtung der Klebstofftröpfchen auf ein Werkstück, dargestellt in der Seitenansicht der Ebenen der Auftragsbewegung und im Schnitt.
Fig. 2 zeigt ebenfalls schematisch die Auftragseinrichtung, jedoch in diesem Fall die
Draufsicht.
In beiden Darstellungen wird die Auftragsdüse, der Klebstofftröpfchenverlauf mit Kleberraute, das Werkstück und Werkstückführungen vereinfacht dargestellt.
Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel soll mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens berührungslos und dosiert in Tröpfchenform, mittels einer oder mehrerer Düsen 1 , Klebertröpfchen 2 auf die streifenförmige Fläche, insbesondere die Kante 4, dünner, folienartiger Werkstücke aufgetragen werden.
Zu diesem Zweck wird, wie in Fig. 2 gezeigt, das Werkstück 5 relativ zur Düse 1 in Richtung 8 vorbeibewegt, wobei sich die von der Düse 1 erzeugten Klebertröpfchen 2 nach dem Auftreffen berühren oder sich mehr oder weniger überlappen und somit eine durchgehende und gleichmäßige Kleberraute 3 erzeugen. Durch die Auftragsfrequenz der Klebertröpfchen im Verhältnis zur Auftragsgeschwindigkeit, aber auch durch die
Anzahl und die Anordnung der verwendeten Düsen 1 kann die Klebstoffmenge genau dosiert und auch das Auftragsbild beliebig gestaltet werden. So können auch einzelne
Kleberpunkte mit beliebigen Abständen erzeugt werden.
In Fig. 1 werden in der Draufsicht die Führungselemente 6, 7 schematisch dargestellt. Dabei wird das- Werkstück 5 zum Zeitpunkt des Auftreffens der Klebertröpfchen 2 absolut spielfrei in der Auftragsebene der Düse 1 geführt oder zentriert. Nur dadurch kann die genaue Auftragsposition der Klebertröpfchen vorteilhaft genau in der Mitte der Auftragskante 4 während der Auftragsbewegung in Richtung 8 erreicht werden. Aufgrund der hohen Fluggeschwindigkeit der Tröpfchen 2, wird auch bei unregelmäßigen Werkstückkanten sichergestellt, dass es zu einem stabilen Auftragsergebnis kommt, insbesondere dann, wenn der Abstand der Düse 1 zur
Auftragskante 4 variiert.
Als Klebstoff kommen alle bei der Verleimung von Furnieren bewährten Materialien in Betracht, welche sich in Form dosierter Tropfen auftragen lassen. Bewährt haben sich insbesondere reaktive Schmelzkleber auf der Basis von Polyurethan.
Mikrodosierventile, insbesondere solche mit Piezoantrieb, mit denen das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist, werden von verschiedenen Herstellern angeboten, beispielsweise von der Firma PICODOSTEC GmbH.
Die neuartige erfindungsgemäße Verklebungstechnik hat bereits zu einem neuen Anwendungsbereich für Furnierplatten aus stumpf miteinander verklebten Streifen geführt: Der Vorschlag, Wabenkernplatten mit einlagigen Deckschichten aus Massivholz zu versehen, hat bisher keinen Eingang in die Praxis gefunden, da nur verhältnismäßig dicke und dadurch teure Platten miteinander verklebbar waren. Um die Kosten zu senken, wurden daher furnierte Sperrholzplatten als Deckschicht eingesetzt. Durch die Erfindung ist es hingegen möglich, die gegenseitige Verbindung der Furnierstreifen so stark zu machen, dass die Dicke der Deckschicht nur durch deren statische Funktion nach unten begrenzt ist. Dadurch werden Wabenkernplatten wirtschaftlich interessant, deren Deckschichten lediglich aus miteinander stumpf verklebten Streifen aus Sägefurnier aufgebaut sind.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Klebstoffauftrag auf die Schmalseite dünner, folienartiger Werkstücke, insbesondere von Furnierstreifen oder -blättern, wobei das Werkstück und mindestens eine den Klebstoff im Wesentlichen normal zur
Schmalseite des Werkstückes abgebende Düse mit geringem Abstand voneinander geführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff von der Düse in Form von dosierten Tröpfchen abgegeben wird.
2. Wabenkernplatte mit mindestens einer einlagigen Deckschicht aus Massivholz, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht aus Furnierstreifen besteht, welche nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 miteinander verbunden sind.
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