CN110771260A

CN110771260A - 用于热激活覆层材料的功能层的方法和设备

Info

Publication number: CN110771260A
Application number: CN201880041137.8A
Authority: CN
Inventors: 鲁文·魏斯; 路德维希·阿尔布雷赫特
Original assignee: Bold Corp
Current assignee: Bold Corp
Priority date: 2017-06-20
Filing date: 2018-06-19
Publication date: 2020-02-07
Anticipated expiration: 2038-06-19
Also published as: US20200107410A1; EP3643140A1; DE102017210261A1; US11617239B2; WO2018234295A1; CN110771260B

Abstract

通过本发明提出一种用于热激活覆层材料优选边缘材料的功能层的方法，其中所述方法包括下述步骤：提供所述覆层材料；将所述覆层材料输送给用于热激活所述覆层材料的功能层的设备；并且热激活所述覆层材料的功能层，其中通过微波对所述覆层材料的功能层进行热激活，所述电磁波由至少一个半导体波发生器产生。此外，通过本发明提供一种用于热激活覆层材料的功能层的设备。

Description

用于热激活覆层材料的功能层的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于热激活覆层材料的功能层的方法和一种用于热激活覆层材料的功能层的设备。此外，本发明涉及一种用于将覆层材料施加到工件的窄面上的方法和一种用于将覆层材料施加到工件的窄面上的设备。

背景技术

已经证实，板状的工件的面，尤其这些工件的切割面，所谓的工件窄面，通过条带状的覆层材料来覆层。一方面，因此能够使窄面匹配于工件的工件表面的特性，而不需要耗费的再加工。另一方面，通过这种覆层可行的是，与对外可见的表面相比，用另一例如更便宜的材料来构成工件的芯。

为了使工件与覆层材料连接，使用附着剂或黏胶。在这种情况下，尤其使用附着剂，所述附着剂通过能量输入来激活并且随后才能够建立两个部件(覆层材料和工件)之间的可承受负荷的连接。

存在将该附着剂集成到接合工艺中的各种各样的可行性。EP 1 163 864 B1因此提出一种方法，在所述方法中将塑料边缘与附着层共挤出。覆层材料和可激活的功能层(或附着层)之间的这种复合部紧接着在施加到工件上时借助于激光在附着剂的区域中熔融并且挤压到工件上。

此外已知的是，借助于热空气激活这种功能层。在这种情况下，提出一种设备，所述设备使热空气的受控的气流转向到这种覆层材料上，以便热激活该覆层材料，即加热该覆层材料。

激活功能层的这两种已知的方法，即借助于热空气和激光器，在此共同之处在于，所述方法必须精确地针对特定的产品优化，这导致，当例如需要附着剂的其它特性或者使用不同的覆层材料时，必须对生产***进行一般性重新调整和优化。

然而，例如在家具工业中需要越来越高的产品多样性，从产品多样性中导出对工具机器的相应要求。类似于在时尚业中那样，家具企业也在越来越短的时间段内改变其品种并且在此例如提供新的颜色组合或者功能搭接的家具产品线，所述家具产品线具有用于不同的功能区域例如卧室、厨房和浴室的彼此协调的设计。除此之外，可制造不仅用于私人使用的家具而且用于工业的家具，例如办公室或者实验室家具，所述办公室或实验室家具可能受到更高的质量要求。对于制造业而言，因此有利的是，提供具有高产品化程度的生产设备，所述生产设备无需大耗费就可以匹配于不同的产品。

在此，附着剂起重要作用。也就是说，根据制成的工件的功能，该附着剂必须具有相应的特性。一个要求例如是，借助于附着剂制造所谓的零接合，也就是说，这种接合最好不再能被人眼在之后的产品上看到。这例如通过如下方式实现：附着剂层非常薄地构成和/或在颜色上与覆层材料的外层一致。

然而，恰好这样薄的附着剂在覆层材料中使得寻找到最佳的能量输入以激活层更耗费并且更复杂。在这种情况下必须强调的是，尽可能仅附着剂本身，即覆层材料的功能层应当经受能量输入。如果能量输入未足够精确地调节，那么可能存在两种可能的后果。在能量输入过大时，预计有可见层或外层的烧毁和/或功能层的瓦解，这导致因视觉/功能性的损伤引起的无法接受的结果或导致与工件的不成功的连接。在能量输入过小时，功能层未进行充分激活。因此，这样也会引起覆层材料与工件的不成功的或者不充分的连接。

综上所述，也就是说，借助于现有技术中的方法存在两个挑战。一方面困难的是，在没有大的耗费的情况下使现有***匹配于各种各样的产品。另一方面，精确地热激活，尤其在功能层薄的情况下不再可行。

发明内容

从上文中所阐述的内容中产生本发明的目的：提供用于热激活覆层材料的功能层的方法或设备，所述方法能够用于各种各样的覆层材料或由此待使用的工件，并且可简单地匹配于新的组合。换言之，本发明的目的是，提供一种方法或一种设备，其关于用于使工件面与覆层材料连接的附着剂具有高的灵活性。本发明的另一目的是，克服在上文中所描述的现有技术的在热层激活方面的缺点，于是尤其是，实现精确地激活覆层材料的功能层。

作为解决方案，本发明提供权利要求1的方法和权利要求6的设备。

在此，本发明基于如下知识：上述问题能够借助于更精确地控制用于激活功能层的能量输入来实现。此外已经认识到，无法以足够程度改进在现有技术中常用的用于进行能量输入即借助于热空气或激光进行能量输入的机构，以便因此更为灵活并且同时更精确地工作。在此，作为解决方案已经认识到使用电磁波辐射，尤其在微波范围中(大约0.3GHz至300GHz)以产生能量输入。其它可行的电磁波包括红外光谱、UV光谱和厘米波长范围。

传统的微波发生器借助于磁控管即真空漂移管工作以产生电磁辐射。原则上，在此功率和频率决定性地由结构所确定并从而无法(容易地)改变。此外还认识到，使用半导体波发生器能够避开这些缺点。CN 105120549A在此描述一种微波炉，所述微波炉使用半导体波发生器并且设置用于加热菜肴。

尤其是，传统的微波发生器借助于磁控管技术仅可两点控制，这也作为继电控制已知。这表示，控制器仅能够不连续地在两个起始状态之间切换，即全功率或者无功率。这如在上文中所描述的那样在于磁控管的构造，所述磁控管仅可以全功率运行。因此，借助于该磁控管技术受原理所决定无法如在控制技术中已知的那样进行精确调节，即例如借助于比例积分微分控制(PID控制)，这可能要求连续地调节调节变量(即微波发生器的功率)。

对于借助于磁控管技术的微波发生器而言，关于此存在解决方法途径。因此，能够使用功率电感例如多杆调谐器(例如3杆调谐器)。然而，这是附加的敏感的构件，所述构件使得精确校准是必需的并且其控制和协调也是重要的，这与上述动机相违背。

此外，借助于磁控管技术的微波发生器对振动和摇动是敏感的，但尤其不仅在其运行时如此。因此，这种振动和摇动不仅会引起微波产生的中断，而且也使磁控管受持久损伤。然而，恰好在所提出的工业环境中，这更频繁地引起这种负荷。

此外，存在波发生器的发送谱与磁控管技术(I)和所示出的半导体波发生器(II的区别。在图3中，以定性视图示出这两个不同的发送谱作为关于频率的能量量值。这两个波发生器具有相同的额定频率，该额定频率能够如在上文中所描述的那样借助于半导体波发生器(II，连续的线)可变地设定，而在基于磁控管技术的波发生器(I，非连续的线)中在结构上是固定的。可以看到，发送谱I明显更宽并且在额定频率下附加地具有更小的功率密度，而发送谱II具有非常窄的谱而具有更高的功率密度。

由于在半导体波发生器的发送频率中这种较高的功率密度，因此能够在涂布机中实现更高的能量转换，在所述涂布机中例如存在待加热的对象。这意味着更大的效率。

关于这一点此外应指出的是，磁控管投入运行包含待产生的功率的缓慢的瞬态响应。该瞬态响应通常在秒范围中，这无法与周期时间相一致，所述周期时间在用于工件的面的覆层技术中存在。这也适用于可能的借助于多杆调谐器的功率改变。半导体波发生器不具有这种时间延迟并且近似直接对这种改变做出反应。

鉴于该知识，本发明提供一种用于热激活覆层材料的功能层的方法。该方法根据本发明具有下述步骤。首先，提供覆层材料并且接着将覆层材料输送给用于热激活覆层材料的功能层的设备。由此，能够进行覆层材料的功能层的热激活，其中覆层材料的功能层的热激活通过电磁波，尤其微波进行，所述电磁波由至少一个半导体波发生器产生。

至少一个半导体波发生器的使用在此实现精确且可变地控制功能层的热激活过程。由此，利用一个或多个半导体波发生器实现关于用于熔融的运行能力的极快的起动响应并且在边缘带的功能层的熔融方面极其精确的方法。

优选地，所述方法能够附加地具有下述两个步骤：检测所述方法的至少一个过程变量并且接着利用这些过程变量调节半导体波发生器。

通过这种控制，能够实现精确地设定热激活过程。尤其是，至少一个过程变量例如能够使用在PID控制器的反馈回路中。

此外优选地，至少一个过程变量至少能够包括：在特定的部位处在借助于半导体波发生器进行热激活之前、期间或之后边缘带的功能层的温度，或者所入射或者反射的微波的功率、幅度或者相位。

这是优选的过程变量的实例，所述过程变量能够实现适合的控制。在这种情况下需注意的是，能够区分入射的和反射的微波。入射的微波就此而言实如下微波，所述微波在半导体波长发生器中产生并且例如朝向工件放射。借助于这种微波运输的功率也称为正向功率。根据应用情况的技术现实和参数，附加地存在不同强度的所反射的微波。这是如下微波，所述微波不被工件的功能层吸收并且其能量因此不以热能的方式消散。与之相应地，该过程变量是重要的指示器：所设定的额定频率是否适合于加热功能层，并且因此所使用的控制算法能够借助于在最小的被反射的微波功率方面的调节而调节到进入功能层中的最优的能量输入。

更优选地，至少一个过程变量至少包括在特定的部位处在借助于半导体波发生器进行热激活期间或之后边缘带的功能层的多个温度。因此，可实现覆层材料的功能层的特定的并且限定的热激活。

在借助于半导体波发生器进行能量输入之后覆层材料的功能层的温度是主要的过程变量并且能够在调节过程中用作为主过程变量。为了能够尽可能精确地达到该值，能够优选的是，在加热之前或在加热期间也检测其它值，以便因此例如避免过热。

本发明的另一方面是一种用于将覆层材料施加到工件的面，尤其窄面上的方法。该方法能够具有下述步骤：热激活覆层材料的功能层并且接着将覆层材料与工件的窄面压紧。

在上文中所描述的用于加热覆层材料的方法的这种优选的使用能够实现：例如生产开头所描述的零接合。

此外，本发明提供一种用于热激活覆层材料的功能层的设备。所述设备在此具有至少一个半导体波发生器，其中半导体波发生器能够产生电波，优选微波，所述电波接着能够热激活覆层材料的功能层。

也就是说，借助于例如针对之前所描述的方法能够使用的设备，实现精确且可变地控制功能层的热激活过程。

附加地，所述设备优选能够具有波导，所述波导将在半导体波发生器中所产生的微波转发给涂布机。

该波导例如是同轴线缆或者是空心导体并且用于将微波的产生地点与其实际的应用地点连接。

优选地，所述设备附加地具有测量值检测装置和控制装置，其中测量值检测装置能够检测测量值，所述测量值在热激活覆层材料的功能层时被测量并且这些测量值接着被转发给控制设备，并且控制设备能够借助于所接收的测量值调节或控制半导体波发生器。

这样测量到的测量值由此能够在调节或者控制法中用作为过程变量，如这关于用于激活覆层材料的功能层的对应方法所描述的那样。这实现：更精确地实现覆层材料的功能层的热激活。

更优选地，所述设备此外具有附加的半导体波发生器和附加的涂布机。在这种情况下，第一半导体波发生器和附加的半导体波发生器更优选设计用于，产生微波，所述微波借助于PLL同步来同步。

如果例如所使用的边缘带的功能层需要相对高的能量输入，那么可能需要设置更多的半导体波发生器。这些半导体波发生器能够同时或者按顺序对覆层材料增温。尤其是在同时增温时，这两个或者多个半导体波发生器的微波能够具有这种相移，使得得到的叠加的微波经受相消干涉。这会导致，局部地不发生加热或者发生较小的加热。借助于PLL同步(也称为锁相环或者“phase-locked loop”)在此实现：该相移被均衡。

此外，本发明提供一种用于将覆层材料施加到工件的窄面上的设备。该设备具有用于热激活覆层材料的功能层的设备和用于将覆层材料与工件的窄面压紧的挤压设备。

在上文中所描述的用于加热覆层材料的设备的这种优选的应用能够实现：例如生产开头所描述的零接合。

附图说明

图1示出根据本发明的覆层设备的一个优选的实施方式。

图2示出根据本发明的覆层设备的一个优选的实施方式的功能性图表。

图3示出能量量值图，所述能量量值关于不同的微波发生器的频率绘制。

图4示出根据本发明的设备或者所属的方法的一个优选的实施方式的控制回路。

具体实施方式

图1示出本发明的一个实施方式。在此需注意的是，在所示出的实施方式中，为了本发明的全面的理解示出多个可行的特征，所述特征能够根据之前所提到的一般性概述和所附的权利要求删除或者以其它方式组合。

图1示出覆层材料3，所述覆层材料在进给方向2中通过涂布机12a运输给用于热激活覆层材料10的功能层的设备(在下文中称为设备10)。可能的进给方向在该附图中未示出，同样可能的用于接着压紧覆层材料的挤压设备也未示出。该视图集中于设备10和其与覆层材料3的相互作用。

除了开头提及的涂布机12a，设备10还具有半导体波发生器11a、波导13a、接口14a和输入耦合部15a。

在半导体波发生器11a中，在此借助于半导体技术产生微波。关于能量水平和频率的精确产生能够借助于控制回路来限定，这参照图2和3进一步阐述。如此产生的微波在波导13a中继续传导。通过接口14a，波导13a与耦合输入部15a连接。该接口能够构成为，在需要时将这两个装置彼此分开，例如在维护的过程中或者在替换有故障的部件时。由此，微波到达覆层材料3，以便热激活其激活层。

关于这一点，也必须提及的是，涂布机在该优选的实施方式中作为空腔谐振器工作并从而在借助于其谐振频率适当激发时可实现关于电场特性方面在涂布机内的谐振状态。由此，显著提高涂布机之内的电场。这对于进入到覆层材料中的伴随有高的介电损耗的热量输入具有有利的影响，所述覆层材料随后可更容易置于所期望的温度上。

相对于借助于磁控管的传统的微波产生，整个设备10能够通过使用HL发生器从空间需求的角度来看变得明显更紧凑。这尤其是因为不存在如下必要性：出于导出所反射的微波的目的而设置独立的环形器。更确切地说，能够使用安装在半导体波发生器中的导出电阻，所述导出电阻接受环形器的功能。此外，功能元件能够大部分集成到半导体发生器构型中并从而也明显更紧凑地构成。

图2示出所述设备的一个优选的实施方式的功能性图表。该设备相对于图1中的部件扩展了下述部件。因此，设备10附加地具有附加地半导体波发生器11b、附加的涂布机12b、附加的波导13b、附加的接口(未示出)和附加的耦合输入部(未示出)。如果例如半导体波发生器11a的功率不足，那么能够使用该附加的半导体波发生器11b。在所述半导体波发生器11a和11b之间设有PLL同步，所述PLL同步保证这两个半导体波发生器11a和11b的微波之间的相差尽可能小。由此，避免相消干涉，所述相消干涉虽然在此处示出的具有多个涂布机12a和12b的实施方式中不出现，但是也会使得半导体波发生器11a和11b借助于单一的涂布机运行。此外简略示出另一附加的半导体波发生器11c，所述另一附加的半导体波发生器可能实现产生附加的功率。未示出的是相应的涂布机12c、波导13c、接口14c和用于在第三位置上施加热功率的耦合输入部15c。在一个替选的、未示出的实施方式中，多个半导体波发生器能够在单一的涂布机中在覆层材料上应用电磁波。这能够是优选的，因为借助于该实施方式能够节省用于附加的涂布机的成本。

此外，在该附图中示出对过程变量的检测和处理。因此，半导体波发生器的过程变量N_i(在下文中简称为过程变量N_i)被转发给控制装置16，所述过程变量包括半导体波发生器11a的不同的过程变量N₁至N₃等等。过程变量N_i的实例例如是所产生的微波的频率和其功率(即正向功率)。

这同样适用于涂布机的过程变量P_i(在下文中简称为过程变量P_i)，所述过程变量P_i也转发给控制装置16。过程变量P_i的实例例如是所反射的微波的频率和其功率(即反向功率)。

能够测量其它过程变量。因此，在不同的点测量连续的覆层材料的温度，所述温度是过程变量T_i。为了检测所述过程变量T_i，在该实施方式中设有测量值检测装置17。

综上所述，这些过程变量N_i、P_i和T_i被转发给控制装置16。该控制装置16例如具有PID控制器，所述PID控制器能够借助于所述过程变量N_i、P_i和T_i产生设定值S_i，所述设定值被转发给半导体波发生器11a和11b。这些设定值S_i的实例是半导体波发生器11a和11b的频率和功率。

根据在半导体波发生器11a和11b处可设定的发送频率，使谐振条件匹配于待增温的介质能够与在借助于磁控管的传统的微波产生中不同地在没有附加的调谐元件(例如线性的或者旋转的调谐器)的情况下进行。所述匹配能够仅通过有针对性地控制半导体波发生器11a和11b的发送频率来实现。因此，所使用的介质也能够在运行期间改变其微波相关的特性。

对此必要的是，根据覆层材料对涂布机的加载测量仅一个所反射的功率并且可将其代入到设定变量的计算中。例如如果减小涂布机内部的自由体积，那么通常也提高其谐振频率，因此发生器的微波的期望频率相应地减小，并且反之亦然。

为此，借助于适合的测量装置例如定向耦合器测量正向和反向功率或者正向定向和反射的微波，并且在控制回路中加以考虑以设定微波的理想的频率。这将关于图4进一步阐述。由此可行的是，半导体波发生器11a和11b的功率的特性针对待增温的介质，即零接合边缘带的功能层最优地设定。

发送频率能够在技术上借助于频率合成器来调整。由此可更简单地实现谐振，因为谐振条件能够借助于频率匹配于负荷并且因此省去附加的调谐元件。这也引起成本降低和涂布机的更紧凑的构造方式。除此之外，减少了所使用的技术的规模。控制方案，其中反射系数借助于适合的算法被调节到最小的或者所期望的值，可更适合地借助于HL发生器实现。具有其它过程变量的叠加的过程控制由此更简单地实行，如关于图4所描述的那样。

在图3中以定性视图示出磁控管I和半导体波发生器II的两个示例性的发送谱作为关于频率的能量量值。这两个微波发生器具有相同的额定频率，该额定频率能够如在上文中深入所示出的那样借助于半导体波发生器(II，连续的线)可变地设定，而在基于磁控管技术的微波发生器(I，非连续的线)中在结构上固定。可以看到，发送谱I明显更宽并且在额定频率情况下附加地具有更小的功率密度，而发送谱II是非常窄的谱并且具有更高的功率密度。用于生成微波的不同技术的其它优点和比较在引言部段中描述。

图4示出根据本发明的设备或所属的方法的一个优选的实施方式的控制回路。在此其是双回路的控制回路，所述控制回路设计为关于两个参数进行调节。

一方面，关于过程变量调节温度T_i。这能够设置为主过程变量，因为覆层材料的功能层的最终温度有决定性的意义。期望温度T_i,soll能够针对每个单一的温度测量点预设，所述温度测量点可尽可能精确地达到。与之相应地，激活过程5的温度的实际值借助于反馈回路引入到控制装置16中，所述实际值对应于所测量的状态变量。

另一过程变量是反射系数r。该反射系数从正向功率即半导体波发生器的功率和反向功率即所反射的功率的比较中得出，所反射的功率不被覆层材料的功能层消散。所述变量的改变主要经由频率的改变来实现。与之相应地，在所使用的控制算法中，所述变量能够彼此关联，也就是说，在非最优的反射系数r_ist的情况下，能够进行频率的改变。反射系数优选变得非常小，例如被调节到至多-10dB至-20dB或者更优选被调节到0。

此外，通过这种控制线路可以简单地进行现场总线和控制器集成。

附图标记列表

2 进给方向

3 覆层材料

4 PLL同步

5 热激活覆层材料的功能层的过程

10 用于热激活覆层材料的功能层的设备

11a、11b、11c 半导体波发生器

12a、12b 涂布机

13a、13b 波导

14a 接口

15a、15b 耦合输入部

16 控制装置

17 测量值检测装置

I 磁控管的发送谱

II 半导体波发生器的发送谱

f 频率

f_nenn 额定频率

E 能量

N_i 半导体波发生器的过程变量

P 功率

P_i 涂布机的过程变量

S_i 设定变量温度

T_i 过程变量温度

Claims

1.一种用于热激活覆层材料(3)的功能层的方法，其中所述方法包括下述步骤：

提供所述覆层材料(3)；

将所述覆层材料(3)输送给用于热激活所述覆层材料的功能层的设备(10)；并且

热激活所述覆层材料(3)的功能层，

其中通过电磁波，尤其微波对所述覆层材料(3)的功能层进行热激活，所述电磁波由至少一个半导体波发生器(11a，11b，11c)产生。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法附加地具有下述步骤：

检测所述方法的至少一个过程变量(T_i，P_i，N_i)，

借助于所述过程变量(T_i，P_i，N_i)调节所述半导体波发生器(11a，11b，11c)。

3.根据权利要求2所述的方法，其中

至少一个所述过程变量(T_i，P_i，N_i)至少包括：在特定的部位处在借助于所述半导体波发生器(11a，11b，11c)进行热激活之前、期间或之后边缘带的功能层的温度，或者入射或者反射的微波的功率、幅度或者相位。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中

至少一个所述过程变量(T_i，P_i，N_i)包括在特定的部位处在借助于所述半导体波发生器(11a，11b，11c)进行热激活之前、期间或之后边缘带的功能层的多个温度，以便由此实现所述覆层材料(3)的功能层的特定的和限定的热激活。

5.一种用于将覆层材料(3)施加到工件的面上，尤其窄面上的方法，所述方法具有下述步骤：

根据权利要求1至4中任一项所述的方法热激活所述覆层材料(3)的功能层，

将所述覆层材料(3)与所述工件的窄面压紧。

6.一种用于热激活覆层材料(3)的功能层的设备(10)，所述设备具有：

至少一个半导体波发生器(11a，11b，11c)，

其中所述半导体波发生器(11a，11b，11c)能够产生电磁波，优选微波，所述电磁波接着能够热激活所述覆层材料(3)的功能层。

7.根据权利要求6所述的设备(10)，所述设备附加地具有：

涂布机(12a，12b，12c)；

波导，所述波导能够将在所述半导体波发生器(11a，11b，11c)中产生的电磁波转发给所述涂布机(12a，12b，12c)，以便在该处热激活所述覆层材料(3)的功能层。

8.根据权利要求6或7所述的设备(10)，所述设备附加地具有：

测量值检测装置(15)和控制装置(16)，

其中所述测量值检测装置(15)设计用于检测测量值，所述测量值在热激活覆层材料(3)的功能层时被测量，并且所述测量值接着被转发给所述控制设备(16)，并且

所述控制装置(16)设计用于，借助于所接收的测量值调节或控制所述半导体波发生器(11a，11b，11c)。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的设备(10)，所述设备附加地具有：

附加的半导体波发生器(11a，11b，11c)和附加的涂布机(12a，12b，12c)，

其中第一半导体波发生器(11a，11b，11c)和所述附加的半导体波发生器(11a，11b，11c)设计用于产生微波，所述微波借助于PLL同步来同步。

10.一种用于将覆层材料(3)施加到工件的窄面上的设备，所述设备具有：

根据权利要求6至9中任一项所述的用于热激活覆层材料(3)的功能层的设备(10)，和

用于将所述覆层材料与所述工件的窄面压紧的挤压设备。