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Gegenstand der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Applikator zum Aktivieren einer Funktionsschicht eines Beschichtungsmaterials. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Aktivieren der Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials, ein Verfahren und eine Verwendung eines Fluides und/oder eines Fluid-Feststoffgemischs.
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Stand der Technik
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Es hat sich bewährt, Schnittflächen von plattenförmigen Werkstücken, sogenannte Werkstückschmalflächen, mit einem etwa streifenförmigen Beschichtungsmaterial zu beschichten. Zum einen kann so die Schmalfläche an die Eigenschaften der Werkstückoberfläche des Werkstücks angepasst werden ohne ein aufwändiges Nacharbeiten erforderlich zu machen. Zum anderen ist es durch eine derartige Beschichtung möglich, den Kern des Werkstücks mit einem anderen beispielsweise kostengünstigeren oder stabileren Material auszuführen als die nach außen sichtbaren Oberflächen.
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Um das Werkstück mit dem Beschichtungsmaterial zu verbinden, wird ein Haftmittel bzw. ein Klebstoff eingesetzt. Hierbei wird insbesondere ein Haftmittel verwendet, welches durch einen Energieeintrag aktiviert wird und erst dann eine belastbare Verbindung zwischen zwei Komponenten (Beschichtungsmaterial und Werkstück) herstellen kann.
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Es gibt vielzählige Möglichkeiten, dieses Haftmittel in den Fügeprozess zu integrieren. So schlägt die
EP 1 163 864 B1 ein Verfahren vor, in dem eine Kunststoffkante mit einer Haftschicht koextrudiert wird. Dieser Verbund zwischen Beschichtungsmaterial und aktivierbarer Funktionsschicht (oder Haftschicht) wird anschließend beim Aufbringen auf das Werkstück mittels Laserlicht im Bereich des Haftmittels aufgeschmolzen und auf das Werkstück gepresst.
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Außerdem bekannt ist das thermische Aktivieren der Funktionsschicht mittels elektromagnetischer Wellen, insbesondere im Mikrowellenspektrum. Die Verwendung von elektromagnetischen Wellen im Mikrowellenspektrum kann Vorteile bezüglich der Genauigkeit und der Anpassbarkeit des Energiebetrags in die Funktionsschicht haben.
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Allerdings gibt es bei der Verwendung von elektromagnetischen Wellen Herausforderungen, denn elektromagnetische Wellen können gesundheitsschädliche Auswirkungen haben. Aus diesem Grund ist das Verwenden von Applikatoren bekannt, in denen die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials durch die elektromagnetischen Wellen aktiviert wird. Diese Applikatoren sind ausgestaltet, die elektromagnetischen Wellen abzuschirmen während das Beschichtungsmaterial darin geführt wird.
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Das Verwenden von Applikatoren wiederum bringt weitere Herausforderungen mit sich. Durch den thermischen Energieeintrag in die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials kann es zu partikelhaltigen Ausgasungen kommen, die sich als Verschmutzungen niederschlagen können. Auch eine staubhaltige Umgebungsluft oder Abrieb des Beschichtungsmaterials können zu Verschmutzungen führen. Die Verschmutzungen können sich dabei sowohl an einem Bereich des Applikators direkt an dem Beschichtungsmaterial als auch in einem Hohlraum des Applikators, durch den etwa elektromagnetische Wellen zu dem Beschichtungsmaterial geleitet werden, ablagern.
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Derartige Verschmutzungen können zu einer Lichtbogenbildung (Arcing) führen, wobei ein derartiger Lichtbogen den Energieeintrag in die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials beeinträchtigen kann und im schlimmsten Fall den Applikator und/oder das Kantenband zerstören kann.
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Es ist bekannt, dass Verschmutzungen in dem Applikator mittels eines Reinigungsvorgangs entfernt werden können. Der Reinigungsvorgang des Applikators ist dabei jedoch aufwendig und zeitintensiv, da der Applikator während dieser Zeit nicht verwendet werden kann und eine zumindest teilweise Demontage stattfinden muss. Dies bedingt nicht unerhebliche Standzeiten.
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Darstellung der Erfindung
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Aus dem oben Erläuterten ergab sich als Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Applikator zum Aktivieren einer Funktionsschicht eines Beschichtungsmaterials bereitzustellen, der auf weniger aufwendige und zeitintensive Weise gereinigt werden kann.
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Als Lösung stellt die vorliegende Erfindung den Applikator des Anspruchs 1 bereit.
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Der Erfindung lag dabei die Erkenntnis zugrunde, dass die oben genannten Probleme vor allem darin begründet liegen, dass das bekannte manuelle Reinigen des Applikators bedingt, dass der Applikator während der Reinigung nicht verwendet werden kann.
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Darauf aufbauend wurde erkannt, dass die Reinigung des Applikators durch Spülung mit einem Fluid und/oder einem Fluid-Feststoffgemisch unter laufendem Betrieb des Applikators geschehen kann.
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Es wird somit ein Applikator zum Aktivieren einer Funktionsschicht eines Beschichtungsmaterials offenbart, der aufweist: einen Grundkörper mit zumindest einem Hohlraum darin, und eine Führung, die ausgestaltet ist, ein Beschichtungsmaterial zu führen, wobei der Grundkörper ausgestaltet ist, eine Durchströmung des zumindest einen Hohlraums mit einem Fluid und/oder einem Fluid-Feststoffgemisch zu ermöglichen und/oder der Grundkörper ausgestaltet ist, eine Befüllung des zumindest einen Hohlraums mit einem Fluid und/oder einem Fluid/Feststoffgemisch zu ermöglichen.
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Ein oben dargestellter Applikator kann somit eine Spülung desselben ermöglichen, was eine Verschmutzung verhindert und somit eine Lichtbogenbildung verhindern kann. Somit kann auch eine Reinhaltung der aufgeschmolzenen oder aufzuschmelzenden Fügeschicht ermöglicht werden.
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Neben der zuvor dargestellten Reinhaltung des Applikators können mittels der vorliegenden Erfindung auch weitere Vorteile realisiert werden. Weiterhin kann durch das Spülen mit einem Fluid und/oder einem Fluid-Feststoffgemischs eine Vorerhitzung/Kühlung der Funktionsschicht erreicht werden wenn das Fluid bzw. Fluid-Feststoffgemisch zu einer bestimmten Temperatur geregelt wird. Somit kann auch der Grundkörper auf einer vorteilhafte Temperatur gehalten werden, bevorzugt auf die vorteilhafte Temperatur gekühlt werden. Auch ist eine Vorreinigung der Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials vor dem thermischen Aktivieren möglich, wenn etwa der Spülvorgang an einer Position des Kantenbands angeordnet bzw. durchgeführt wird, an der das Kantenband noch nicht erwärmt wurde.
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Weiterhin ist auch die Einbringung eines reaktiven Fluides und/oder eines reaktiven Fluid-Feststoffgemischs für etwa die chemische Aktivierung der Funktionsschicht möglich. Beispielsweise sei hier ein 2-Komponenten-Klebstoff genannt, bei dem eine Komponente die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials ausbildet und die andere Komponente Teil des reaktiven Fluides und/oder eines reaktiven Fluid-Feststoffgemischs ist. Somit kann die Klebkomponente des Beschichtungsmaterials chemisch mittels des Fluides aktiviert werden.
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Auch das Anbringen von Markierungen ist möglich, etwa zum Markieren von Fehlteilen. Hierfür kann das Einbringen eines Fluides bzw. Fluid-Feststoffgemischs mit färbenden Eigenschaften vorgesehen sein.
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Wenn die Aktivierung der Funktionsschicht des Beschichtungsmaterial eine Schutzatmosphäre benötigt, so kann auch diese durch das Fluid bzw. Fluid-Feststoffgemisch bereitgestellt werden.
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Auch eine gezielte Regelung bzw. Steuerung des Prozesses des Energieeintrags in die Funktionsschicht während der Aktivierung der Funktionsschicht kann durch die Spülung ermöglicht werden. Wenn der Energieeintrag in die Funktionsschicht wie bevorzugt mittels elektromagnetischer Wellen wie beispielsweise Mikrowellen oder Laserlicht ermöglicht wird, so kann das Verwenden eines Fluides bzw. Fluid-Feststoffgemischs mit dielektrischen Eigenschaften die Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen derart verändern, dass bevorzugt ein Wellenmaximum auf eine Höhe in Ausbreitungsgeschwindigkeit mit der elektromagnetischen Welle liegt. Somit lässt sich die Effizienz der Energieübertragung in die Funktionsschichten maximieren.
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Auch eine Vor- bzw. Nachbehandlung des Beschichtungsmaterials ist denkbar, etwa mittels einer chemischen Behandlung davon.
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Dies sind einige Vorteile, die sich aus dem im vorigen dargestellten Applikator ergeben.
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Bevorzugt weist der Applikator zusätzlich zumindest eine bevorzugt steuer- bzw. regelbare Fluid- bzw. Fluidfeststoffzuführung zum Zuführen des Fluides und/oder eines Fluid-Feststoffgemischs in den zumindest einen Hohlraum und/oder zumindest eine bevorzugt steuer- bzw. regelbare Fluid- bzw. Fluidfeststoffabführung zum Abführen des Fluides und/oder des Fluid-Feststoffgemischs aus dem zumindest einen Hohlraum auf.
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Fluid- bzw. Fluidfeststoffzuführungen und/oder Fluid- bzw. Fluidfeststoffabführungen können eine genau gesteuerte Spülung mit einem Fluid bzw. mit einem Fluid-Feststoffgemisch ermöglichen. Dies ist sowohl mittels manueller Anpassung der Rate der Zuführung bzw. Abführung möglich, als auch durch eine Steuerung bzw. Regelung davon. Dies kann beispielsweise geschehen, um die im vorigen dargestellte Vorerhitzung/Kühlung zu regeln, also einen optimalen Energieeintrag in die Funktionsschicht zu gewährleisten.
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Weiter bevorzugt ist der Applikator ein Applikator, der ausgestaltet ist, eine Funktionsschicht eines Beschichtungsmaterials mittels elektromagnetischer Wellen, noch weiter bevorzugt Mikrowellen, thermisch zu aktivieren.
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Elektromagnetische Wellen, insbesondere Mikrowellen, haben sich zur Erwärmung von Funktionsschichten von Beschichtungsmaterial als besonders vorteilhaft erwiesen.
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Der Applikator kann noch weiter bevorzugt ausgestaltet sein, elektromagnetische Wellen innerhalb des Hohlraums des Grundkörpers zu einer Funktionsschicht eines Beschichtungsmaterials zu leiten.
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Somit kann eine Abschirmung für die elektromagnetischen Wellen erreicht werden, weiterhin ist der Applikator somit unabhängig von räumlichen Gegebenheiten am Aufstellort.
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Bevorzugt ist der Applikator derart ausgestaltet, dass das Fluid und/oder das Fluid-Feststoffgemisch einen Bereich des Applikators durchströmt, in dem die Führung vorgesehen ist.
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Verschmutzungen können insbesondere an dem Beschichtungsmaterial und somit an der Führung entstehen, etwa durch Abrieb oder Ausgasungen während des Erwärmens. Die Durchströmung kann somit auf besonders effiziente Art und Weise derartige Verschmutzungen abführen und insbesondere die Führung des Applikators sauber erhalten.
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Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin eine Vorrichtung zum thermischen Aktivieren eines Beschichtungsmaterials bereit, die aufweist: einen Generator zum Erzeugen von elektromagnetischen Wellen, insbesondere Mikrowellen, und einen Applikator wie zuvor dargestellt, der ausgestaltet ist, die im Generator erzeugten elektromagnetischen Wellen auf das Beschichtungsmaterial zu applizieren.
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Die Vorrichtung ist somit in der Lage, elektromagnetische Wellen, insbesondere Mikrowellen, zu erzeugen und diese anschließend auf ein Beschichtungsmaterial zu übertragen unter Vermeidung von Ablagerungen von Verschmutzungen.
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Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum thermischen Aktivieren einer Funktionsschicht eines Beschichtungsmaterials bereit, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Thermisches Aktiveren einer Funktionsschicht eines Beschichtungsmaterials bevorzugt mittels elektromagnetischer Wellen, insbesondere Mikrowellen, und Durchströmen eines Hohlraums des Applikators mit mindestens einem Fluid und/oder einem Fluid-Feststoffgemisch, wobei die vorigen beiden Verfahrensschritte bevorzugt zumindest teilweise simultan ablaufen.
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Bevorzugt wird dieses Verfahren unter Verwendung eines Applikators wie im vorigen dargestellt und/oder unter Verwendung einer Vorrichtung wie im vorigen dargestellt durchgeführt.
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Weiterhin offenbart die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Fluides und/oder eines Fluid-Feststoffgemischs zum Durchströmen eines Applikators zum thermischen Aktivieren einer Funktionsschicht eines Beschichtungsmaterials.
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Die Verwendung des Fluides und/oder des Fluid-Feststoffgemischs hat es als technischen Effekt, eine einfache und schnelle Reinigung des Applikators zu ermöglichen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Applikators.
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
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1 zeigt eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Applikators. Der Applikator 10 ist vorgesehen, mit einem Generator und einer Einspeisevorrichtung (beides nicht dargestellt) verbunden zu werden, der elektromagnetische Wellen erzeugt und diese zu dem Resonanzraum des Applikators leitet. Weiterhin ist vorgesehen, dass diese elektromagnetischen Wellen eine Funktionsschicht eines Beschichtungsmaterials 8 thermisch aktivieren.
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Als elektromagnetische Wellen sind in dieser bevorzugten Ausführungsform insbesondere Mikrowellen in einem Frequenzband zwischen 2,4 GHz - 2,5 GHz vorgesehen, aber auch das Frequenzband von 5,725 GHz - 5,875 GHz ist hierfür denkbar. Dies ist in der Vollzugsordnung für den Funkdienst der Konstitution und Konvention der Internationalen Fernmeldeunion, einem völkerrechtlichen Vertrag zur Funkfrequenznutzung als ISM Band (Industrial, Scientific and Medical Band) und somit auch für derartige Anwendungen vorgesehen.
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Der Applikator weist dabei zunächst einen Grundkörper 13 auf, der die Struktur des Applikators 10 ausbildet und weitere Elemente davon aufnimmt. So ist in dem Grundkörper 13 der Hohlraum 14 angeordnet, der in dieser bevorzugten Ausführungsform im Wesentlichen eine rechtwinklige Form entlang einer Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen hat. In 2 ist diese Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen in derselben Richtung wie die Einbringung der elektromagnetischen Wellen über einen Hohlleiteranschluss 19, wobei die Einbringung der Wellen hier mit Bezugszeichen 17 dargestellt sind. Elektromagnetische Wellen treffen nach dem Energieeintrag in das Beschichtungsmaterial 8 auf die Absorptions- oder Reflektionsschicht 18, welche die elektragnetischen Wellen absorbieren oder reflektieren kann. Je nach konkretem Anwendungsfall können beide dieser technischen Möglichkeiten bevorzugte Ausführungsformen darstellen.
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Zum Führen des Beschichtungsmaterials 8 ist weiterhin eine Führung 11 vorgesehen, die das Beschichtungsmaterial 8 führen kann und umhüllen kann. Diese kann entnehmbar in dem Grundkörper angeordnet sein und besteht in der hier dargestellten Ausführungsform aus einem Dielektrikum wie etwa Polyethylen, PTFE oder Aluminiumoxid. Somit wird es ermöglicht, dass elektromagnetische Wellen einen geringen Energieeintrag in die Führung 11 liefern.
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Bei der Verwendung des Applikators 10 können verschiedene Verunreinigungen auftreten. Diese Verunreinigungen entstehen dabei vor allem an dem Beschichtungsmaterial 8, etwa durch Abrieb oder Ausgasungen während des Energieeintrags. Es sind jedoch auch andere Quellen von Verunreinigungen denkbar, etwa durch Staub aus der Umgebungsluft, der an verschiedenen Stellen des Applikators 10 in den Hohlraum 14 des Grundkörpers 13 eintreten kann.
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Unter anderem zur Reinigung des Hohlraums 14 sind mehrere Fluid- bzw. Fluid-Feststoffgemischzuführungen 15a, .., 15g vorgesehen. Diese Zuführungen können die Spülung mit einem Fluid und/oder mit einem Fluid-Feststoffgemisch versorgen. Diese Elemente sind in der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform als Düsen ausgestaltet, die das Fluid- bzw. Fluid-Feststoffgemisch von einer Lagereinrichtung wie etwa einem Tank beziehen.
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Analog hierzu sind in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform mehrere Fluid- bzw. Fluid-Feststoffgemischabführungen 16a, .., 16g vorgesehen, die das Fluid bzw. das Fluid-Feststoffgemisch abführen. Diese Elemente sind in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform als Absaugeinrichtungen ausgestaltet, die aufgesaugtes Fluid und/oder Fluid-Feststoffgemisch in einer nicht dargestellten Auffangvorrichtung auffangen können.
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Diese Fluid- bzw. Fluid-Feststoffgemischzuführungen 15a, .., 15g und Fluid- bzw. Fluid-Feststoffgemischabführungen 16a, .., 16g können getrennte Kammern 12a, .., 12g spülen, wobei es nicht zwingend erforderlich ist, dass sämtliche Kammern 12a, .., 12g gespült werden. Es ist dabei bevorzugt, das zumindest ein Teil dieser Kammern durch Trennwände unterteilt ist, in 1 mittels der gestrichelten Linien dazwischen dargestellt.
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In 1 wird durch die Fluid- bzw. Fluid-Feststoffgemischzuführung 15d, die in der vorliegenden Ausführungsform als eine Düse ausgebildet ist, ein Reinigungsfluid in die Kammer 12d eingeführt. Dieses Reinigungsfluid kann bevorzugt aus gereinigter Umgebungsluft bestehen, die anfallenden Staub aufnimmt und mit diesem zusammen von der Fluid- bzw. Fluid-Feststoffgemischabführung 16d abgeführt wird. Somit werden schädliche Ablagerungen im Inneren des Grundkörpers 13 des Applikators 10 vermieden. Abgetrennt wird die Kammer 12d von den benachbarten Kammern 12c und 12e mittels der oben erwähnten Trennwände, die bevorzugt aus einem Dielektrikum wie etwa Polyethylen, PTFE oder Aluminiumoxid ausgebildet sind.
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Die Verunreinigungen können dabei sowohl direkt, etwa mittels direkter Anströmung, als auch indirekt, etwa durch ein Fluid-Wirbelsystem entfernt bzw. ausgetragen werden.
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In einer alternativen Ausführungsform besteht das durch die Düse 15d eingeführte Fluid aus einem reaktiven Gas, das sich mit den zu erwartenden Ablagerungen verbindet und so etwa in der Lage ist, diese in unschädliche bzw. weniger schädliche Ablagerungen umzuwandeln.
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In der in 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform wird in die weiteren Fluid- bzw. Fluid-Feststoffgemischzuführungen 15a bis 15c und 15e bis 15g ein Fluid-Feststoffgemisch mit dielektrischen Eigenschaften eingebracht, um ein Wellenmaximum der elektromagnetischen Wellen an dem Beschichtungsmaterial 8 zu gewährleisten. Als Fluid-Feststoffgemisch ist dabei ein mit Aluminiumoxidgranulat bzw. -pulver versetzte Umgebungsluft vorgesehen. Dabei kann es bevorzugt sein, eine aktive Regelung der Menge des eingebrachten Fluid-Feststoffgemischs vorzusehen, um einen stets optimalen Energieeintrag in das Beschichtungsmaterial zu gewährleisten.
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Nicht dargestellt in 1 sind weitere Spülungen mit einem Fluid bzw. mit einem Fluid-Feststoffgemisch, diese sind in einer Ebene außerhalb der Schnittebene, also davor oder dahinter, angeordnet. Somit können evtl. notwendige Oberflächenbeschichtungen aufgebracht werden, was einer Vor-/ und/oder Nachbehandlung des Beschichtungsmaterials 8 entspricht.
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Beispiele für eine derartige Vorbehandlung sind eine chemische Reinigung, ein Materialabtrag des Beschichtungsmaterials 8 vor dem thermischen Aktivieren, ein Vorerwärmen mittels eines temperierten Fluids, oder das Einbringen von Zusatzpartikeln zur Unterstützung eines Klebevorgangs des Beschichtungsmaterials 8.
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Als Beispiel für eine Nachbehandlung des Beschichtungsmaterials 8 sei eine optionale Beaufschlagung des Beschichtungsmaterials 8 mit Farbstoffen genannt, die dazu dienen können Markierungen auf das Beschichtungsmaterial aufzutragen, wie etwa zum Kennzeichnen eines Fehlteils.
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All die im vorigen dargestellten Arten der Spülung des Applikators bilden weiterhin einzeln oder in beliebiger Kombination beispielhafte Ausführungsformen davon. Es ist ersichtlich, dass verschiedene Spülungen in einem Applikator vorgesehen sein können und diese je nach Anforderungen miteinander kombiniert werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 8
- Beschichtungsmaterial
- 10
- Applikator
- 11
- Führung
- 12a, .., 12g
- Kammer
- 13
- Grundkörper
- 14
- Hohlraum
- 15a, .., 15g
- Fluid- bzw. Fluid-Feststoffgemischzuführung
- 16a, .., 16g
- Fluid- bzw. Fluid-Feststoffgemischabführung
- 17
- elektromagnetische Wellen
- 18
- Absorptions- oder Reflektionsschicht
- 19
- Hohlleiteranschluss
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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